Читать книгу "Принцип апокалипсиса. Сценарии конца света - Олег Фейгин"

Большой взрыв – космологический сценарий, по которому все вещество Вселенной в самом начале находилось в точке сингулярности микроскопических размеров со сверхвысокой плотностью и температурой. Известные физические законы начали действовать, начиная с размеров атомного ядра. В первую секунду образовались фундаментальные частицы вещества: кварки, антикварки и фотоны электромагнитного излучения. Затем из них образовались протоны, антипротоны и нейтроны. Между частицами и античастицами началась аннигиляция, заполнив Вселенную излучением. К исходу первой секунды температура упала до десяти миллиардов градусов, образовались другие элементарные частицы, и обычное вещество окончательно стало преобладать над антиматерией. К третьей минуте из четверти всех протонов и нейтронов образовались ядра гелия. Через несколько сотен тысяч лет расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что ядра гелия и протоны смогли удерживать возле себя электроны, образуя атомы водорода и гелия. Вселенная наполнилась микроволновым излучением, которое сейчас фиксируется как реликтовое с температурой 3 К. Это излучение служит главным аргументом теории Большого взрыва.

Большой разрыв – гипотеза о судьбе Вселенной, предсказывающая развал (разрыв) всей материи за конечное время. Справедливость этой гипотезы сильно зависит от природы темной энергии, а именно от отношения давления темной энергии к ее плотности. Если оно меньше -1, то Вселенная будет ускоренно расширяться, и величина масштабного фактора станет равной бесконечности за конечное время. Если гипотеза Большого разрыва верна, то, по мере увеличения скорости расширения, расстояние до горизонта событий, т. е. той части Вселенной, которая удаляется от наблюдателя со скоростью света, будет уменьшаться. Все, что находится за горизонтом, недоступно наблюдению, поэтому объекты, расположенные в центре наблюдаемой вселенной, не взаимодействуют ни с чем, находящимся за горизонтом. Если размер горизонта событий становится меньше размеров какого-либо объекта, то между частями этого объекта невозможны никакие взаимодействия – ни гравитационное, ни электромагнитное, ни сильное или слабое.

Большой хлопок – гипотетический конец эволюции Вселенной в результате космологического гравитационного коллапса с переходом материи в сингулярное состояние.

Белый карлик – маленькая звезда, размером с Землю, но при этом весьма массивная (как Солнце) и поэтому очень плотная: в миллион раз плотнее воды. При такой огромной плотности вещество звезды переходит в особое состояние, называемое вырожденным газом. Белые карлики происходят из сжавшихся остывающих ядер нормальных звезд, на заключительном этапе эволюции сбросивших с себя оболочку. В отличие от обычных звезд, в белом карлике не идут термоядерные реакции, и он светится исключительно за счет остывания.

Виртуальная частица – в квантовой механике частица, которую невозможно обнаружить непосредственно, но чье существование порождает измеримые эффекты. Как некоторый абстрактный объект в квантовой теории, обладает некоторыми параметрами (квантовыми числами) реальных элементарных частиц (с массой т), но для него, однако, не выполняется обычная связь между энергией и импульсом (т. е. E2 = m2c2 + p2c2). Виртуальные частицы не могут «улететь в бесконечность»; они рождаются и будут непременно поглощены какой-либо частицей.

Виртуальность – особый параметр для мнимых частиц, насыщающих физический вакуум; характеризуется релятивистски-инвариантной величиной Q2 = Е2 – р2с2 – m2c4, причем Q2 может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Область значений Е и р, при которых виртуальность равна нулю, называется массовой поверхностью, или массовой оболочкой частицы.

Гамма-излучение – электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, порождаемое радиоактивным распадом и столкновениями элементарных частиц.

Гравитационное красное смещение – смещение положений линий спектра электромагнитного излучения, испущенного с поверхности компактного массивного объекта; составляет: z = GM / (Rc2), где М и R – масса и радиус тела, G – гравитационная константа.

Гравитационный радиус (горизонт событий) – граница черной дыры. Черные дыры были предсказаны как объекты, у которых вторая космическая скорость больше или равна скорости света, т. е. в ньютоновской теории объект, имеющий начальную скорость, равную скорости света, поверхность которого ничто не может покинуть. Из этого простого условия легко получить характерный т. н. гравитационный радиус: R(g) = 2GM/c2. К примеру, для массы Солнца, 2×1030 кг, получаем оценку гравитационного радиуса порядка трех километров. На самом деле, в Ньютоновской теории такой результат может быть получен только формально, так как в ней могут существовать движения со скоростями выше скорости света. Реально черные дыры были предсказаны в общей теории относительности Эйнштейна, однако формула для гравитационного радиуса в обеих теориях оказалась одной и той же. Как видно из формулы, черную дыру можно получить или сильно сжав объект при неизменной массе (например, наше Солнце – до 3 км), или существенно увеличив его массу при постоянном радиусе. «Звездные» черные дыры образуются путем сжатия, когда массивная звезда, исчерпав источники энергии, падает «сама в себя». Давление не может противодействовать силам гравитации, и они схлопывают звезду, исчерпавшую источники энергии.

Квантовая механика – теория на основании квантового принципа Планка и представления о том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться и поглощаться только дискретными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна длине волны. Устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов) а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми в макроскопических опытах.

Квантовая гравитация – квантовая механика и гравитационная теория в рамках общей теории относительности очень плохо стыкуются между собой. С практической точки зрения нам в повседневной жизни квантовая теория гравитационного взаимодействия, по большому счету, не нужна, поскольку все явления, с которыми мы прямо или косвенно сталкиваемся, описываются либо гравитационными эффектами, на фоне которых квантово-механические эффекты никак не проявляются, либо наоборот. С другой стороны, если нас интересует происхождение Вселенной и процессы, происходившие в первые мгновения после Большого взрыва, универсальная

и непротиворечивая теория нам все-таки нужна. В самом начале квантово-механические и гравитационные взаимодействия были в равной мере значимы. Именно это и послужило одним из главных стимулов к разработке квантовой теории гравитации. Такой теорией стала теория струн. В ее рамках удалось, наконец, объединить квантовомеханические и гравитационные взаимодействия. Мы не знаем, верна ли эта теория, но лучшей кандидатуры на роль универсальной теории на сегодня не существует.

Кварки – фундаментальные (неделимые и бесструктурные сточки зрения современной физики) компоненты материи с дробным электрическим зарядом. Имеют по шесть различных разновидностей, или «ароматов»: «верхний», «нижний», «странный», «очарованный», «красивый» и «истинный»; обычно объединяются в пары или тройки, формируя другие элементарные частицы. Кварки скрепляются между собой за счет ядерных сил – сильных взаимодействий, переносчиками которых являются другие частицы – глюоны.