Анатолий Томилин - Занимательно о космологии
Эта теория явилась одним из многочисленных обобщений теории Эйнштейна. И, как видит читатель, с каждым из них может быть связана своя космология.
С течением времени космологии, основанной на теории относительности, пришлось иметь дело со все возрастающим количеством гипотез-конкурентов. Если период до начала второй мировой войны специалисты считают временем «развития теоретических представлений и накопления эмпирического материала о наиболее удаленных туманностях», то после войны наступило время обобщения этих результатов и подготовки новых теорий.
Математическими моделями вселенной занимаются многие выдающиеся специалисты у нас и за рубежом. При этом некоторые решения, даже не подходящие для описания действительности, дают мощные толчки развитию чистой теории.
Возникает вопрос: можно ли считать числовое манипулирование коэффициентами чистой спекуляцией? «1040» — модное число XX века! Но выражает оно какую-либо закономерность или имеет примерно тот же смысл, что и число десять в учении пифагорейцев, сейчас трудно сказать. Анализ еще до конца не доведен. А у обоих полярных взглядов имеются свои авторитетные сторонники и свои не менее авторитетные противники. Так что подождем…
Сегодня клан ученых, пытающихся реализовать идеи Дирака, возглавляет Роберт Дикке — молодой и исключительно активный профессор Принстонского университета. Это ему принадлежит интерпретация непонятного шумового фона как «реликтового излучения». Он же провел и великолепный эксперимент по проверке равенства инертной и гравитационной масс, повысив точность существовавших до него результатов сразу на три порядка.
Вместе со своим аспирантом Брансом Р. Дикке предложил новую теорию развития вселенной. Его модель не нуждалась в «творящем поле Иордана», и постоянная гравитации менялась в ней пропорционально времени, а не обратно пропорционально, как в предыдущих теориях. В общем, теория производила очень хорошее впечатление, пока дело не дошло до расчетов.
Согласно теории Дикке — Бранса перигелий орбиты Меркурия вращался, обгоняя классическую теорию на 39 секунд, вместо 43 секунд по теории Эйнштейна. Чтобы убрать неувязку, Дикке предполагает, что Солнце сплющено, и эта сплющенность вносит поправку в те самые 4 угловых секунды за столетие. Мало того, Дикке проводит эксперимент и объявляет, что сплющенность нашего светила доказана… Правда, научным экспериментом называется обычно то, что в аналогичных условиях может быть повторено другими.
Результат наблюдений Дикке пока еще никем не подтвержден. Однако его теория, основанная на реализации идей Дирака, сегодня рассматривается многими как главный конкурент общей теории относительности. Справедливо ли это мнение или ошибочно — покажет время.
Вещество + антивещество = ?
В Стокгольме в Королевском технологическом институте отдел физики плазмы возглавляет, по выражению академика Б. П. Константинова, один из «интереснейших и оригинальных физиков и астрофизиков нашего времени», профессор Г. Альвен. Его работы в области магнитной гидродинамики, совсем молодом, но чрезвычайно быстроразвивающемся разделе современной физики, трудно переоценить. За научные достижения профессор Г. Альвен избран в 1966 году иностранным членом Академии наук СССР. Физикам известны многие глубокие исследования Альвена. Но вот совсем недавно вышла в издательстве «Мир» популярная книжка шведского профессора, посвященная описанию космологической гипотезы, которую Г. Альвен уже давно разрабатывает вместе с профессором О. Клейном. Суть гипотезы заключается в том, что оба автора, положив в основу своих взглядов концепцию о полной зарядовой симметрии мира, приходят к выводу о равноправности существования во вселенной как вещества, так и антивещества. И на этой базе вырастает гипотеза происхождения вселенной. Вот как определяет профессор Г. Альвен задачи, которые он видит стоящими перед собой:
«В нашем анализе мы старались не прибегать к каким-либо новым законам природы; напротив, мы старались понять, как далеко можно продвинуться, опираясь на уже известные законы. Иными словами, мы пытались включить проблемы космологии в систему идей лабораторной физики. Мы избегали также постановки вопросов: каким образом возникла вселенная и как далеко находятся ее границы, если таковые вообще существуют? Мы скромно ограничились рассмотрением последнего триллиона лет во времени и ближайшего триллиона световых лет в пространстве»…
Альвен и Клейн начинают рассматривать вселенную с момента, когда огромное сферическое пространство, заполненное сильно разреженной первоначальной плазмой с одинаковым содержанием протонов и антипротонов, подчиняясь законам тяготения, медленно сжимается. На какой-то стадии сжатия плотность плазмы достигает такой величины, что становятся заметными процессы аннигиляции, порождающие излучение. Излучение (главным образом, в виде гамма-лучей и радиоволн) накапливается, повышается его давление, которое останавливает сжатие. А потом наступает радиационный взрыв. Сжавшаяся плазма переходит в состояние расширения, которое продолжается и по сей день, о чем достаточно красноречиво свидетельствует галактическое красное смещение.
Но где же здесь галактики, звезды, планеты наконец? Неужели всюду плазма, да еще состоящая поровну из частиц и античастиц?.. Авторы гипотезы считают, что галактики должны образовываться одновременно с разлетанием, то есть с момента взрыва все идет так, что мало чем отличается от модели Гамова. Вот только антивещество… Сколько звездолетов стартовало со страниц фантастических романов в другие звездные системы, имея на борту «полные баки вещества» и не менее полные баки антивещества. «Встречаясь в фокусе гигантского зеркала, вещество и антивещество аннигилировали, разгоняя звездный корабль до скоростей, близких к световым».
А теперь антифантастика.
Случалось ли вам брызнуть на раскаленную плиту? Наверняка случалось. И что? Ничего? В следующий раз будьте во время эксперимента внимательнее.
«Если уронить каплю воды на плиту, нагретую немного больше 100 °C, капля почти мгновенно с шипением испарится, — пишет Г. Альвен в своей книжке „Миры и антимиры“. — Если температуру увеличить еще немного, капля как бы взрывается и исчезает за доли секунды. Но если нагреть плитку до нескольких сот градусов, докрасна, то происходит другое явление. Капля не испаряется мгновенно, она может оставаться на нагретой пластинке более 5 минут. Она начинает дрожать и метаться из стороны в сторону, постепенно уменьшаясь в размерах, прежде чем совсем исчезнуть».
Объяснение простое — между раскаленной плитой и каплей возникает слой пара, который служит изоляцией при передаче тепла. Чем выше температура плиты, тем толще слой пара — лучше изоляция, дольше держится капля. Просто, а выглядит парадоксом.
Это явление было исследовано и описано еще в XIX столетии, получив название эффект Лейденфроста, по имени первооткрывателя. А теперь вернемся на борт звездолета, движущегося с помощью аннигиляции. Выброшенные магнитными пушками, встречаются в фокусе отражателя куски вещества с антивеществом. Взрыв? Ослепительная вспышка ярче солнечного протуберанца?..
Ничуть не бывало. Не зажмуривайте глаза, не накрывайтесь белой простыней. Вспышка? Вроде есть, только маленькая, типа трамвайной искры. А дальше? Дальше неслышно (явление происходит в неслышном глубоком вакууме) оба куска разлетаются в разные стороны. Эффект, аналогичный явлению Лейденфроста. При первом соприкосновении вещества и антивещества произошла аннигиляция, и силы начавшегося взрыва разметали куски в разные стороны. Конечно, может быть, сравнивать начало аннигиляции с искрой на трамвайной дуге и не очень прилично, а главное, обидно для фантастов, но существует предположение, что реакция аннигиляции должна происходить довольно медленно, «сечение взаимодействия», как говорят специалисты, недостаточно для того, чтобы реакция аннигиляции протекала интенсивно.
А теперь вернемся ко вселенной. В начальный момент расширения, после радиационного взрыва, плазма горяча. Горячая плазма обладает прекрасной электропроводностью. В разлетающейся вселенной генерируются и бушуют магнитные поля. Они-то и играют роль сепаратора, отделяя положительно заряженные протоны от отрицательно заряженных антипротонов; не дают им сгореть, «проаннигилировать» всему веществу. В дальнейшем плазма из частиц создаст вещество, из него сконденсируются галактики, звезды, планеты, появится человек. Из античастиц произойдет все так же, только с соответствующей приставкой «анти».
Альвен и Клейн считают, что даже в пределах нашей Галактики могут существовать звезды из вещества и антивещества. Вы скажете: «А ну, как сблизятся?» Что ж? Еще на дальних подступах реакция аннигиляции настолько поднимет давление излучения в пограничном слое («слое Лейденфроста»), что тела из вещества и антивещества тут же начнут разбегаться в разные стороны. Альвен пишет, что «слой Лейденфроста» может быть очень тонким по космическим масштабам. При определенных условиях его толщина остается в пределах 0,001 светового года и даже меньше. Такой толщины, по-видимому, достаточно для эффективного разделения койновещества и антивещества. (Койновеществом шведский физик называет обычное вещество нашего мира.)
