Одвічні питання, які завжди хвилювали людство, багато в чому не вирішені досі. Як виникли зірки, планети, весь Всесвіт? Як розвивався цей Всесвіт у минулому, куди рухається в сьогоденні і що його чекає в майбутньому? На деякі питання ми може відповісти зараз, інші чекають своєї відповіді. Але кожен крок вперед ставить також і нові питання, розсуваючи області невідомого. Скільки речовини у Всесвіті? Чи існують у Всесвіті інші види матерії? Невідома природа дивних об'єктів, що випромінюють фантастичну кількість енергії з дальнього Космосу. І так далі...
Тим не менш, до теперішнього часу склалися певні наукові уявлення про походження та еволюції Всесвіту. Слід відразу зазначити, що однією з основних труднощів при вивченні астрономічних і космологічних подій є те, що над досліджуваним об'єктом не можна провести контрольного експерименту. Ми можемо спостерігати лише природний хід подій. Тому, можна сказати, вражаючим є не безмежне розмаїття спостережуваних астрономічних подій, а можливість, аналізуючи ці явища, робити висновки щодо еволюції зірок і галактик протягом мільярдів років.
Зупинимося на фізичних підставах космології та астрофізики. Предметом космології є вивчення будови, походження та еволюції Всесвіту як цілого. Тому космологія пов'язана із загальною теорією відносності (ОТГ), оскільки у Всесвіті доводиться мати справу з великими відстанями, високими швидкостями і величезними масами.
Перша сучасна космологічна теорія була запропонована Ейнштейном в 1917 р. як наслідок його формулювання ОТГ. Ейнштейн показав, що ОТГ однозначно пояснює можливість існування статичного всесвіту, який не змінюється з часом. Як ми зараз розуміємо, цього не може бути, але в той час здавалося, що це важливий успіх ОТГ. Цей парадокс, мабуть, був пов'язаний з тим, що ще з уявлень вчених стародавньої Греції і Єгипту утвердилася думка про непорушність, стаціонарність Всесвіту, і модель Ейнштейна ніби підтвердила це. Проте вже в 1922 р. наш співвітчизник А. Фрідман показав, що з самих рівнянь загальної теорії відносності слід нестаціонарність, тобто розвиток Всесвіту Він стверджував, що викривлений простір не повинен бути стаціонарним, він повинен або розширюватися, або стискатися. І Ейнштейн змушений був публічно погодитися з висновками Фрідмана. На жаль, роботи Фрідмана, зокрема його книга «Світ як простір і час», були піддані замовчуванню аж до теперішнього часу. Його роботи не перевидавалися і не пропагувалися, а автором теорії Всесвіту оголошується абат Ж. Леметр, президент Папської академії наук у Ватикані. Значною мірою це пов'язано з ідеологічною кампанією проти «фізичного ідеалізму», розгорнутою в СРСР у 30-50-ті роки []. Стаціонарний, нескінченний у просторі і часі Всесвіт фігурував і у філософії Канта, Гегеля і Енгельса і був «узаконений» Марксистсько-Ленінською філософією. Всі інші подання були оголошені помилковими і псевдонауковими, в тому числі і сама теорія відносності А. Ейнштейна.
І дійсно через якийсь час була створена теорія розширюється Всесвіту, причому вона була підтверджена експериментально. З телескопічних спостережень зірок було встановлено, що крім нашої Галактики, зоряного скупчення у вигляді Чумацького шляху, існує величезна кількість інших галактик. Як ми вже вказували в розділі 1.4 за червоним зміщенням, точніше зміщення світлових променів до червоного кінця видимого спектру, можна визначити рух об'єкта відносно спостерігача. У більш загальному вигляді - це так званий ефект Доплера при поширенні хвилі будь-якої природи і русі джерела цієї хвилі щодо спостерігача. Наприклад, звуковий сигнал рухомого поїзда відносно нерухомого спостерігача на платформі буде вище, коли поїзд наближається до нього, і нижче, коли видаляється. Так от, експериментально спостерігалися і вимірювалися радіальні рухи (від нас або до нас) окремих зірок, а потім і галактик методом ефекту Доплера. Було встановлено, що якщо зірка рухається до нас, то спектральні лінії зміщуються до фіолетового кінця спектру, якщо від нас - то до червоного кінця.
При аналізі вивчення далекий галактик вийшов дивовижний результат: у всіх галактик спостерігається червоне зміщення! Тому можна вважати, що вони віддаляються від нас. Причому величина цього червоного зміщення і, отже, швидкість розбігання галактик більше для більш віддалених галактик (що саме по собі надзвичайно дивно і досі причина цього не з'ясована):
S = Hr (1.6.1)
де S - променева швидкість, r - відстань до об'єкта, Н - постійна Хаббла, рівна ауд (3 - 5) & # 215; 10-18c-1 і названа так на честь Е. Хаббла, який в 1929 р. експериментально підтвердив розширення Всесвіту. З Н можна визначити вік Всесвіту (t ауд 1/H), який оцінюється 10-20 мільярдів років. У 1997 р. з'явилися дані вимірювань відстані до галактики N100 в сузір'ї Діви, що Н більше, ніж передбачалося, і тоді вік всесвіту складе 8 мільярдів років. До речі, за даними радіоактивного розпаду деяких речовин вік Землі визначається в 5 мільярдів років.
Якщо всі галактики віддаляються від нас, то виникає питання: чи не займаємо ми особливого становища у Всесвіті? Простий фізичний досвід не дає підстав вважати, що це так. Припустимо, що ми надуваємо повітряну кульку, на поверхні якої рівномірно нанесені плями. У міру того як кулька буде роздуватися, спостерігачеві, що знаходиться на одній з плям, буде здаватися, що всі інші плями віддаляються від неї. Більше того. йому буде здаватися, що більш далекі плями видаляються значно швидше, ніж ті які розташовані близько. Такі ж результати виходять, природно, при спостереженні з будь-якої іншої плями. Таким чином, при однорідному розширенні будуть збільшуватися всі відстані між плямочками. Тому зміна червоного зміщення зазвичай трактується як очевидний доказ, що всесвіт розширюється. Оскільки розширення, мабуть, відбувається рівномірно в усі боки, то «центру» Всесвіту явно виділити не можна. Природно залишається багато питань: Чому всесвіт розширюється, чи буде він розширюватися далі або спалиться? Кінцева вона чи нескінченна? Як утворюються галактики, з чого складаються? І т. д.
1.6.1.
Моделі походження всесвіту
Не зупиняючись детально тут на інших ранніх моделях, нагадаю все ж, що в історичному аспекті першими моделями Всесвіту були моделі Сонячної системи, в центрі якої була нерухома Земля, нерухома сфера з зірками і рухомі 5 планет, Сонце і Місяць. Потім Арістарх Самоський у III столітті до нашої ери запропонував геліоцентричну систему, відроджену польським священиком Коперником у 1514 р. Сюди ж можна віднести і античну систему Птоломея, згідно з якою за останньою сферою розташовувалися пекло і рай. До речі, «модернізацією» цієї моделі займалися і Кеплер (еліптичні орбіти замість кругових) і Галілей. Усе це тривало до появи законів Ньютона в небесній механіці XVIII століття. Вже в цей час (а ідеї Джордано Бруно ще раніше - XVI століття) виникли уявлення про нескінченний Всесвіт. У XIX столітті вони розвинулися в уявлення Платона про нескінченний у просторі, але незмінний у часі Всесвіту. Це була стаціонарна космологічна модель, яка по суті близька до статичного Всесвіту Ейнштейна.
Передбачалося, що простір - абсолютно, однорідно і ізотропно, а час - абсолютно і однорідно, тобто використовувалися будівельні матеріали класичної механіки і євклідової геометрії. Це, до речі, влаштовувало теологічний підхід до розуміння світу: система світу без початку і кінця, як у просторовому так і в тимчасовому розумінні. Бог створив і все! До речі, з матеріалістичної точки зору можна припустити, що Бог у теології - це і є простір і час у фізиці. Виходило, що світ в цілому не еволюціонує. Простір і час представлялися як жорсткий каркас (вони ж абсолютні!) і не брали участь у процесах, тобто розглядалися як параметри. Висловлюючись гуманітарною мовою, можна сказати - залишалися «байдужими» на такій сцені життя. Зауважимо при цьому, що якщо незмінність простору і часу викликала деякий дискомфорт, то нескінченність світу частково ця незручність згладжувала. Можна навіть сказати, що стаціонарна модель світу виконувала згідно [] як би роль стикувального вузла між культурами Заходу (раціоналізм) і Сходу (містицизм). Як ми вже знаємо, в СТО і ОТГ Ейнштейн припустив, що простір і час не абсолютні, а відносні і пов'язані між собою, причому швидкість передачі взаємодії кінцева і дорівнює швидкості світла с. Було показано, що геометрія простору і часу не є євклідовою і визначається наявністю матерії в даній області. Простір і час набувають динамічних властивостей, їм приписується кривизна, яка впливає на характер руху тіл в даній області і яка сама залежить від наявності і руху тел. Простір і час - вже не «байдужа» сцена подій, а активні учасники, що впливають на події, що регулюють їх.
В даний час існує багато космологічних теорій, і не можна, природно, сказати, що вже встановлена істина в останній інстанції, враховуючи ще зазначену складність астрофізичних і космологічних експериментів. Однак одна з сучасних таких теорій - теорія Великого вибуху (Big Bang) - змогла до теперішнього часу пояснити майже всі факти, пов'язані з космологією.
В основі цієї теорії лежить припущення, що фізичний Всесвіт утворився в результаті гігантського вибуху приблизно 10 мільярдів років тому, коли вся речовина і вся енергія сучасного Всесвіту були сконцентровані в одному згустці з щільністю понад 1025 г/см3 і температурою понад 1016K. Таке уявлення відповідає моделі гарячого Всесвіту. Модель Великого Вибуху (БВ) була запропонована в 1948 р. нашим співвітчизником Г. Гамовим. Свого часу Г.Гамов, блискучий теоретик (навчався в ЛДУ разом з Л. Ландау, Н. Козирєвим), до війни був наймолодшим членом-кореспондентом АН СРСР, потім емігрував на Захід і з цього приводу, природно, до останнього часу [] замовчувався радянською офіційною наукою. Водночас йому належать принаймні три наукові результати «нобелівського рангу»: модель БВ, передбачення температури реліктового випромінювання і генетичного коду ДНК. Крім того він був відмінним популяризатором науки і опублікував понад 20 прекрасних наукових книг.
Водночас невідомо достовірно - як цей згусток утворився. З чого? І звідки взялася така гігантська кількість початкової енергії? Проте величезний радіаційний тиск всередині цього згустку призвів до надзвичайно швидкого його розширення - Великого Вибуху. Складові частини цього згустку, що розлетілися з максимальними відносними швидкостями, тепер утворюють далекі галактики, що дуже швидко віддаляються від нас. Ми спостерігаємо їх зараз такими, які вони були приблизно 2 & # 215; 109 років тому. Таким чином, розширення Всесвіту виявляється природним наслідком теорії Великого Вибуху (ТБВ). Зауважимо тут, що відкриття Всесвіту і прийняття науковою спільнотою цього факту можна вважати величезним світоглядним проривом в інтелектуальному світі.
Гамов також припустив, що всі елементи Всесвіту утворилися в результаті ядерних реакцій у перші моменти після БВ. Подальші уточнення цієї теорії показали, що ядерні реакції дійсно мали місце, але в результаті їх могло бути утворення лише гелію. Спектр гелію спостерігався в сонячному випромінюванні до того, як він був виявлений на Землі, звідси і назва цього елемента від грецького Геліос - Сонце. Сучасні методи аналізу випромінювання зірок і галактик показали, що майже всі вони складаються з водню - (ауд 60%) і гелію (ауд 20%). Лише мала частина водню і гелію міститься в зірках, інша кількість розподілена в міжзоряному просторі. У зірках, де температура винятково велика, атоми повністю іонізовані і становлять високотемпáну плазму. У міжзоряному просторі водень і гелій знаходяться в основному в атомарному стані. Таким чином теорія БВ узгоджується зі спостережуваною поширеністю гелію у Всесвіті.
Розглянемо варіанти пояснення утворення згустка. Передбачається, що ці міжзоряні атоми водню і гелію служать сировиною для утворення нових зірок. Зауважимо, що розподіл газу в міжзоряному просторі неоднорідний. Середня концентрація речовини в нашій Галактиці ауд 1 атом/см3, проте є сильні флуктуації. Ці флуктуації щільності пояснюються хаотичним рухом атомів у просторі. Випадково щільність речовини в певній області може істотно перевищити середню. При цьому передбачається, що якщо кількість речовини перевищить в будь-якій області критичне значення, близько 1000 сонячних мас, то в цій області виникають досить сильні гравітаційні поля, здатні протистояти розльоту газової хмари і прагнуть стиснути її до можливо менших розмірів. Тоді виникає гіпотеза: утворення з міжзоряного пилу згустка, гігантське ущільнення і вибух.
Найбільш важливим підтвердженням теорії БВ є виявлення реліктового випромінювання (РІ), якраз і пов'язаного, мабуть, з існуванням початкового надщільного згустку речовини і випромінювання. Назву «реліктове випромінювання» ввів наш астрофізик І. Шкловський. Спочатку це випромінювання являло собою промені, які володіли величезною енергією, але розширення і охолодження згустка призвели до того, що випромінювання також «охололо» і енергія фотонів зменшилася, тобто зросла довжина їх хвилі. Це випромінювання і зараз існує у Всесвіті, але тепер вже у вигляді радіохвиль, мікрохвильового та інфрачервоного випромінювання. Г.Гамов якраз і розрахував температуру реліктового випромінювання. За розрахунками вона становить 3K, згідно з сучасними даними 2,7 К.
Розглядаючи такий згусток речовини і випромінювання, ми повинні розуміти, що його не можна розглядати як би з боку, з далекої відстані, і вважати, що він розширюється у напрямку до нас (або від нас). Згусток є ні що інше як сам Всесвіт, і Земля знаходиться всередині нього. Усередині ж згустка при розширенні його вся інша речовина у Всесвіті рухається в напрямку від Землі (згадаймо кульку з плямочками), або від будь-якого шматка речовини в згустці. Тому випромінювання згустка бомбардує Землю з усіх боків. Будь-який спостерігач у Всесвіті повинен реєструвати це випромінювання з рівною інтенсивністю з будь-якого напрямку в просторі.
Так як розширення триває ауд 1010 років, то величезна початкова температура зменшилася згідно теорії, до теперішнього часу до середньої температури Всесвіту близько 3 К. Максимум в розподілі довжин хвиль, відповідний випромінювання джерела з такою температурою в 3K, повинен припадати на довжину хвилі 0,1 см. Це означає, що якщо теорія БВ вірна, то повинні експериментально спостерігатися спектр випромінювання Всесвіту повинен відповідати рівноважному випромінюванню при 3K і це випромінювання повинно приходити з рівною інтенсивністю з будь-якого напрямку в просторі, тобто бути ізотропним. Починаючи з 1965 р. проводилися численні вимірювання, що виявили космічні радіохвилі з малою енергією, які можна інтерпретувати як рівноважне випромінювання гостилого, але все ще розширюється згустка, причому з довжиною хвилі, що відповідає Т = 3K. Таким чином, отримано деякі експериментальні докази справедливості теорії БВ.
Якщо вважати, що експерименти підтверджують нинішнє розширення Всесвіту, то чи буде він продовжувати розширюватися і далі? ОТГ передбачає наступну відповідь на це питання. Вважається, що існує якась критична маса Всесвіту. Якщо справжня маса Всесвіту менша за критичну, гравітаційного тяжіння речовини у Всесвіті буде недостатньо, щоб зупинити це розширення, і воно буде йти і далі. Якщо ж дійсна реальна маса більше критичної, то гравітаційне тяжіння врешті-решт сповільнить розширення, призупинить його і потім призведе до стиснення. У цьому випадку Всесвіт очікує колапс, в результаті якого знову утворюється згусток. Тим самим готові умови для нового Великого вибуху і подальшого потім розширення. Отже, Всесвіт може пульсувати між станами максимального розширення і колапсу. Це і є модель пульсуючого Всесвіту.
Що дають експерименти? Вони, звичайно, дуже не прості, швидше оціночні, оскільки крім визначення маси Всесвіту у вигляді речовини і енергії в зірках, галактичного пилу і газі необхідно враховувати речовину і в міжгалактичному просторі. А ось з цим якраз велика невизначеність. Прямі експерименти ускладнені тим, що міжгалактичний водень майже повністю іонізований випромінюванням галактик і квазізвїзних об'єктів (квазарів). Тому для реєстрації іонізованого водню необхідні рентгенівські методи вимірювання і поза межами атмосфери Землі, щоб уникнути поглинання. Як показують вимірювання за допомогою ракет і супутників, а також попередні розрахунки, повна маса Всесвіту з урахуванням міжгалактичної речовини значно перевищує критичну. Це означає, що модель пульсуючого Всесвіту ніби підтверджується. Виходить, що ми живемо в такому всесвіті, який вибухає, розширюється і знову стискається приблизно кожні 80 мільярдів років.
Розгляньмо, якою є поведінка гарячого всесвіту, що розширюється після своїх пологів під час Великого Вибуху. Відомий наш теоретик, який займався в тому числі і астрофізикою, Я.Б. Зельдович зауважив, що теорія БВ зараз не має скільки-небудь помітних недоліків. Вона настільки ж надійно встановлена і вірна, наскільки вірно те, що Земля обертається навколо Сонця. Обидві теорії займали центральне місце в картині світобудови свого часу і обидві вони мали багато супротивників, які стверджували, що нові ідеї, викладені в них, абсурдні і суперечать здоровому глузду. Але згадаймо визначення Ейнштейном здорового глузду!
Успіх моделі Всесвіту пов'язаний не тільки з експериментальними підтвердженнями, про які ми говорили раніше, але і з тим, що, як виявилося, фізикою мікроміру, в тому числі фізикою елементарних частинок, можна непротиворечиво пояснити поведінку «раннього» Всесвіту, причому, як це не парадоксально звучить, буквально за частками мікросекунд ( Тому в цьому розділі розглянемо коротко і наявні уявлення про фізику елементарних частинок. Взагалі ж, по суті зараз виникла нова наука - космомікрофізика. У космомікрофізиці об'єднуються не тільки космологічні моделі Великого Вибуху, що розширюється і пульсує Всесвіту, а також і будова матерії у вигляді елементарних частинок і поняття стійкості-нестійкості матерії, її симетрії-асиметрії, самоорганізації та еволюції. Модель гарячого Всесвіту описує її як «котел киплячих елементарних частинок».
Який же сценарій, як люблять говорити космологи, розвитку подій за моделлю БВ і гарячим Всесвітом? Відразу після БВ Всесвіт являла собою вогняну кулю з елементарних частинок і фотонів (світло) величезних енергій зі взаємними перетвореннями. Далі Всесвіт почав розширюватися зі зменшенням щільності і температури. При передбачуваних величезних щільностях (ауд 1025 г/см3) і температурах (ауд 1016К) речовина складається тільки з елементарних частинок - протонів і нейтронів. Частинки рухаються так швидко, що при зіткненнях утворюються парами нові частинки (частинка - античастинка). Взагалі кажучи, чим вище температура Всесвіту, тим більш важкі частинки можуть народжуватися при зіткненнях. У цій моделі поведінки Всесвіту можна встановити взаємозв'язок між щільністю, температурою і часом життя всесвіту:
, (1.6.2)
де r - середнє значення щільності матерії у Всесвіті в момент часу t (с) від початку розширення;
. (1.6.3)
Передбачається, що якісний склад елементарних частинок, що утворюють новий Всесвіт змінюється при його розширенні. Коли Всесвіту «виповнилося» 10-43 с, всі фундаментальні взаємодії в природі були об'єднані і мали однакову інтенсивність. Через 10-23 з настав час важких частинок, точніше того, з чого вони складаються, - кварків. У цей час весь Всесвіт складався з кварків і антикварків. У міру зменшення температури і з ростом часу зменшувалася кількість пар цих важких частинок і за рахунок аннігіляції вони швидко зникали. Далі ще через 10-2 з після БВ настає час легких частинок. Всесвіт ніби «омолодився» і практично складався з легких частинок - лептонів і випромінювання (фотонів). Ще далі в часі (ауд 1 - 20 c) Всесвіт, розширюючись далі, втрачає і ці частинки. При аннігіляції вони перетворюються на фотони. Фотонам же не вистачає енергії, щоб утворити електрон-позитронну пару, і тому випромінювання переважає над частинками.
Через ауд 100 з життя Всесвіту її температура впала до 109 К і швидкості решти протонів зменшилися настільки, що за рахунок ядерних сил тяжіння вони починають з'єднуватися в ядра легких елементів, в основному гелію, потім літію і берилію. Після кількох годин після ВВ освіта цих ядер закінчилася. Цей період еволюції називається часом нуклеосинтезу. А далі рахунок пішов вже на мільйони років. Всесвіт продовжував розширюватися і охолоджуватися. При цьому енергії фотонів були значно більше сил зв'язку електронів і ядер, і тому атоми поки не могли утворитися. Потім при зменшенні температури до 3000 К енергія електромагнітного тяжіння ядра і електрона стає більше енергії фотонів і тоді починають утворюватися атоми водню і гелію. Фотони перестали взаємодіяти з речовиною, як кажуть космологи, Всесвіт став прозорим. Передбачається, що з тих далеких часів до наших днів ці фотони (це випромінювання) заповнюють наш Всесвіт. За цей час температура впала з 3000 К до 3 К в наш час. Це і є реліктове випромінювання, про яке ми вже говорили. Таким чином РІ дає нам інформацію про молодий Всесвіт, коли йому сповнилося «всього» 1 мільйон років. Тепер в рамках моделі Всесвіту, що розширюється, можна побудувати схему фізичної історії Всесвіту (рис.).
У початковий період часу прозорий Всесвіт був однорідним «бульйоном» з елементарних частинок, ядер, атомів і фотонів. Потім флуктуаційно виникали області, де щільність матерії дещо вища. Це, в свою чергу, призвело до збільшення гравітаційного тяжіння в цих областях, а значить до відставання цих областей від загального темпу розширення Всесвіту. Атоми і частинки в цих областях відчували велику кількість зіткнень (об'єм-то зменшився!), газ розігрівався, йшли термоядерні реакції. Тиск всередині області зростав, область перестала стискатися.
Зауважимо, що хоча теорія або модель БВ в цілому виправдовує довіру наукового світу, але все ж деякі речі вона пояснити не може. Так, вона не може пояснити конкретну причину БВ, причину «первотолчка». Крім того, чому потужність вибуху була саме такою, якою була, не більше і не менше. І швидкість розльоту, і щільність речовини дуже близькі до критичних значенням. Теорія не може також пояснити причину великомасштабної однорідності Всесвіту, але одночасно в менших масштабах допускає наявність у минулому відхилень від однорідності, які і призвели згодом до виникнення галактик. При цьому передбачається, що розширення відбувається з великим ступенем однорідності та ізотропності, а віддалені один від одного неоднорідності причинно між собою не пов'язані.
Частково ці питання знімає ще одна сучасна модель - сценарій роздувається Всесвіту (РВ). Це модель хаотичного роздування в період часу від 10-43 до 10-32 с, і пов'язана вона з поняттям вакууму. Згідно з цими ідеями, Всесвіт почав своє життя зі стану вакууму, позбавленого речовини і випромінювання. Зауважимо, що проблема вакууму зараз стає однією з центральних у фізиці.
За сучасними уявленнями вакуум - особливий тип фізичної реальності, найбільш фундаментальний стан матерії, особливе «ніщо», приховане буття, що містить в потенції всілякі частинки і при повідомленні енергії цьому вакууму з нього можна витягти будь-які частинки і об'єкти, в тому числі не тільки наш Всесвіт, але й інші всесвіти. У цій моделі передбачається, що Всесвіт народився 15-18 мільярдів років тому з вакууму шляхом спонтанного (мимовільного) порушення його симетрії. Виходить, що Всесвіт ніби самозародився. Звичайно, це виглядає дещо парадоксально: чим не є Божественне створення Світу?
Ось що говорив з цього приводу згаданий вже нами Я.Б. Зельдович: "Поняття класичної космологічної сингулярності має бути суттєвим чином замінено квантово-гравітаційним процесом, що описує народження нашого світу. Передбачається, що в початковому стані не було нічого, крім вакуумних коливань всіх фізичних полів, включаючи гравітаційне. Оскільки поняття простору і часу є суттєво класичними, то в початковому стані не було реальних частинок, реального метричного простору і часу. Вважаємо, що в результаті квантової флуктуації і утворилася тривимірна геометрія... Крім того, на цій стадії з вакуумних флуктуацій негравітаційних полів народжуються флуктуації щільності речовини, які значно пізніше, в близьку нам епоху, призводять до утворення скупчень галактик, нашої Галактики, зірок і в кінцевому підсумку планет і самого життя ".
Варто також зазначити, що модель роздувається Всесвіту ще раз звертає нас до глобальної світоглядної проблеми - проблеми множинності світів. Зокрема, один з творців моделі РВ А.Д. Лінде зазначає: «Звичний погляд на Всесвіт як на щось в цілому однорідне і ізотропне змінюється уявленням про Всесвіт острівного типу, що складається з багатьох локально-однорідних і ізотропних мінівселених, в кожній з яких властивості елементарних частинок, величина енергії вакууму і навіть розмірність простору можуть бути різними».
У цьому сенсі можна вже по-іншому поглянути на проблему життя «розумних» істот в інших галактиках. З вищесказаного випливає, що інші галактики можуть мати зовсім інші властивості і взаємодіяти (говорити) зовсім іншими мовами без принципової можливості перекладу. І справа тут, як правильно зазначає Рівкін [], не в зміні нашого мислення для розуміння іншого Всесвіту, а в зміні структури, просторового орієнтування, розмірності матеріального світу, носія мислення, тобто нас самих, і все це без уявлення, як це зробити! Можна зазначити, що може бути згорнута програма CETI пошуку зв'язку з іншими «розумними» цивілізаціями. Потрібні інші принципові підходи, до яких людство на Землі, мабуть, не доросло.
1.6.2.
Сучасні моделі елементарних частинок як першооснови будови матерії Всесвіту
Розгляньмо тепер, з чого ж складається речовина Всесвіту, з чого складається той згусток, який і призвів до Великого Вибуху? У космомікрофізиці матерія Всесвіту представляється складається з елементарних частинок, як найменших структурних одиниць речовини. Розвиваючи далі атомістичну модель Демокріта про те, що весь світ складається з атомів, на сучасному рівні ми вже повинні говорити, що він складається з взаємодіючих елементарних частинок. Як вже зазначалося, за часів Арістотеля передбачалися чотири основні субстанції - земля, повітря, вогонь і вода. Все сущее складалося з цих свого роду «елементарних частинок». Надалі до початку 30-х років нашого століття наука змогла дати більш прийнятний науковий опис будови речовини на основі чотирьох видів елементарних частинок: протонів, нейтронів, електронів і фотонів. Використовуючи ці стійкі і стабільні освіти, а також і закони квантової механіки, вдалося пояснити природу хімічних елементів, їх класифікацію (таблиця Менделєєва), освіту різних сполук і випромінювань. Додавання до них п'ятої частинки нейтрино, спочатку, до речі, постульованого Паулі через необхідність збереження моменту імпульсу при b-розпаді, дозволило пояснити процеси радіоактивного розпаду. Тому спочатку здавалося, що названі елементарні частинки і є як би основними цеглинками світобудови.
Однак, на жаль, приємна простота незабаром зникла. Не минуло й року з відкриття нейтрона (Чадвік, 1931), як було виявлено позитрон. Він теж спочатку був передбачений Діраком в 1928 р., який показав, що його релятивістське рівняння може описувати як електрон зі звичайним негативним зарядом (-е), так і позитивний електрон (+ е). Цей позитрон був надалі в 1932 р. експериментально виявлений Андерсеном. Згодом спочатку в природних космічних променях, а потім і в побудованих прискорювачах були виявлені й інші частинки - мезони, піони тощо. Таких частинок зараз налічується вже більше двох сотень.
Релятивістською квантовою теорією було встановлено, що будь-якій елементарній частинці відповідає античастинка в тому сенсі, що маючи однакові маси, періоди напіврозпаду, а також однакові квантові числа, вони виявляють протилежні електромагнітні властивості. Таким чином виникла глобальна проблема частинка - античастинка. Простий приклад - різні за знаком заряду частинки. Причому при зіткненні частинки і античастинки відбувається аннігіляція, тобто вони взаємно знищують один одного і при цьому виділяється енергія у вигляді квантів електромагнітного випромінювання (фотонів). Зауважимо, що фотони, нейтральні піони і & # 951; ° -мезони тотожні власним античастинкам, тобто ці частинки та їхні античастинки не є різними. Все це безліч частинок і прийнято називати елементарними частинками. Слід підкреслити, що це не означає, що всі вони обов'язково є згаданими цеглинками світобудови - для цього достатньо протонів, нейтронів і електронів, з них складаються атоми. Але ці частинки виникають в результаті основних взаємодій частинок звичайної речовини і беруть участь у цих взаємодіях, тобто їх теж необхідно враховувати.
Достаток типів елементарних частинок поставив перед фізиками важкі питання: що ж лежить в основі будови речовини, чи є якась загальна схема, систематика, яка дозволила б просто і ясно пояснити взаємний зв'язок елементарних частинок? Фізики - теж люди, і вони наполегливо вірять в те, що природі притаманна внутрішня гармонія і існує єдиний принцип, який, коли його відкриють, дозволить побудувати загальну картину і систематизувати цю велику кількість частинок.
В даний час в основі сучасної класифікації елементарних частинок лежить їх поділ на два класи: сильновзаимодействующих (адроны) и слабовзаимодействующих (лептоны). Адрони діляться так само на мезони і баріони, а останні, своєю чергою, на нуклони (нейтрони і протони) і гіперони (& # 955;, & # 931;, & # 920;, & # 937;). Назва гіперони походить від грецького «гіпер» - вище, оскільки вони важчі за протон, баріони - грецького «баріс» - важкий. До лептонів належать електрони, мюони і нейтрино. Баріони при будь-яких реакціях можуть перетворюватися на протони або з них виходити. Баріонам приписується особливе число В = 1, антибаріони мають В = -1. У теорії елементарних частинок показується, що існує закон збереження баріонного числа в будь-якому процесі. Саме цим законом обумовлена неможливість аннігіляції протона і електрона в звичайних умовах, тому що протон - це баріон, а електрон - лептон. З точки зору квантової статистики, частинки з різними (цілими і напівцілими) спинами можуть також розділятися на ферміони (статистика Фермі) з напівцілим спином (1/2) (електрон, нейтрон, мюон, протон, гіперон), бозони (статистика Бозе) з цілим (0 або 1) спином (піон (& # 960; Ферміони завжди, без винятку, виникають або анігілюють парами. З іншого боку, бозони можуть народжуватися або поглинатися по одному і групами по кілька частинок.
Символ Заряд
q Дивина
S Баріонне число B Спін
s
Кварки + 2/3 e 0 1/3 1/2
–1/3 e 0 1/3 1/2
–1/3 e –1 1/3 1/2
Антикварки -1/3 e + 1 -1/3 1/2
+1/3 e 0 –1/3 1/2
–2/3 e 0 –1/3 1/2
На додаток до закону збереження числа баріонів Гелл-Манн і Нішиджима в 1953 р. ввели ще одну квантову характеристик
