WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

«ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ 523 12 ГОРЯЧАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ /Г. В. Зельдович Минувший 1965 г. принес важнейшее открытие в астрономии. Измерения в области коротких и ультракоротких ...»

-- [ Страница 1 ] --

1966 г. Август Том 89, вып. 4

УСПЕХИ ФИЗЖЧЕСКИХ АУ К

ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ

523 12

«ГОРЯЧАЯ» МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ

/Г. В. Зельдович

Минувший 1965 г. принес важнейшее открытие в астрономии. Измерения в области коротких и ультракоротких радиоволн ( = 7; 3; 0,25 см) показали наличие изотропного, т. е. не зависящего от направления наблюдения, излучения, соответствующего температуре около 3° К. К моменту написания статьи имелись: опубликованное в июле 1965 г. краткое сообщение об измерениях на — 7,3 см, заметка об измерениях на — 3 см (март 1966 г.), сообщение о неопубликованных измерениях другой группы на = 0,25 см, также радиометодами *).

Изучение спектра поглощения радикала циана (CN) в галактическом газе в оптическом диапазоне также подтверждает наличие излучения с длиной волны 0,254 см, интенсивность которого соответствует 3° К. Любопытно, что результаты измерений, относящихся к CN, были известны еще в сороковых годах, но тогда они остались необъясненным парадоксом. В изученной области длин волн обнаруженное излучение в 10 2 —10 5 раз больше того, что можно ожидать от известных источников — звезд и радиогалактик.

Возможность существования такого излучения была предсказана на основе теории расширяющейся Вселенной Фридмана. Начиная с 1948 г. в рамках этой теории рассматривалась горячая модель, в которой предполагается, что в дозвездном состоянии вещество характеризуется большой энтропией. Понятие энтропии имеет в данном случае простой и наглядный смысл: в тепловом равновесии при большой энтропии на каждый атом приходится много квантов света, и оказывается, что энтропия прямо пропорциональна числу квантов. Измерения, упомянутые выше, приводят к значению около 10° квантов на атом. В ходе расширения энтропия, а значит, и число квантов сохраняются. Однако энергия квантов при расширении убывает в соответствии с тем, что длина волны увеличивается в той же пропорции, в которой в ходе расширения растут все расстояния между каждой заданной парой частиц или парой галактик.

Таким образом, экстраполяция в прошлое приводит к представлению о плазме, в которой число квантов в единице объема гигантски превосходит число атомов или, точнее, число нуклонов и электронов в том же объеме. Температура этой плазмы в ходе расширения меняется. Предположим, что был момент, когда плотность была бесконечна, и будем отсчитывать время от этого момента, отстоящего от сегодняшнего дня приблизительно на 10 10 лет в прошлое. Из уравнений механики и из *) В самое последнее время измерения проделаны и на длине волны 20 см.

8* 648 Я. Б. ЗЕЛЬДОВИЧ известного сейчас соотношения между числом квантов и числом атомов в единице объема можно найти температуру и написать соответствующие зависимости от времени. В момент t = 1 сек температура была около 1 Мэв, т. е. 10 10 градусов; кроме квантов в равновесии было почти столько же пар электронов и позитронов; при этом ядра не могли существовать, имелись протоны и нейтроны в почти одинаковом числе; столкновения с электронами и позитронами приводили к взаимным превращениям протонов и нейтронов.

По мере расширения исчезали позитроны. Часть нейтронов распадалась, остальные нейтроны соединялись с протонами и в конечном счете дали состав: ~ 7 0 % водорода и 30% гелия по весу (т. е. около 10% по числу атомов гелия). От этого периода должны остаться также нейтрино и антинейтрино в количестве, примерно равном количеству квантов, и с той же средней энергией, отвечающей в настоящий момент нескольким градусам, т. е. около 10~3 эв. Несколько лет назад считалось, что содержание гелия в веществе, не подвергшемся переработке в звездах, значительно меньше 30%, и это представлялось существенной трудностью для горячей модели.

В этот период была сформулирована гипотеза о возможной «холодной»

модели, дающей 100% водорода при полном отсутствии радиоизлучения того типа, который открыт в настоящее время. Очевидно, что в свете последних данных гипотеза о холодной модели должна быть оставлена, хотя вопрос о первичном содержании гелия с наблюдательной стороны остается неясным и требующим исследования *).

Еще более парадоксальные выводы следуют из горячей модели для более ранних моментов и более высоких температур. Из теории следует, что был период (когда 10 13 градусов), когда было много нуклонов и антинуклонов, и с этой точки зрения сегодняшние нуклоны представляют собой результат малого избытка нуклонов над антинуклонами на той ранней стадии. Если существуют еще более тяжелые частицы — кварки, то и они должны были находиться в заметном количестве в равновесии, и можно рассчитать, что к сегодняшнему моменту могло уцелеть до 10~9—10~10 кварков на один атом водорода; это больше, чем средняя концентрация золота 10~12—10~13 и радия 10~18 (также на один атом водорода). Следует подчеркнуть, что выводы о ядерных реакциях при t ~ 1 сек и позже практически не зависят от предположений о более ранней стадии, о природе кварков и антинуклонов и о том, достигалась ли когда-нибудь плотность больше 10°' г 1см3 и температура выше 10 10 градусов. Уже при указанных условиях все процессы идут быстро; какой бы ни был задан начальный состав, в этот момент произойдет почти мгновенное установление равновесия; система забудет начальный состав, дальнейшее развитие событий не зависит от предположений о том, что было при t C 1 сек. Напомним, что, по существу, теория горячей Вселенной представляет собой экстраполяцию в прошлое состояния окружающей нас Вселенной, свойства которой изучаются в настоящее время.



Как и всякая экстраполяция, она тем надежнее, чем ближе к нам, т. е.

чем менее удалено в прошлое рассматриваемое состояние.

После периода ядерных реакций (1 сек С t C 100 сек) второй характерной вехой является момент t — 3·10 лет, соответствующий температуре 3000 -н 4000°. Если водород и гелий более или менее равномерно перемешаны с излучением, то до этого периода они ионизованы. Плотность излучения превышает плотность обычного вещества. Давление излучения *) В самое последнее время, согласно частным сообщениям, обнаружены старые -.звезды с низким содержанием гелия. Надежность этих сообщений не ясна.

«ГОРЯЧАЯ» МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ велико; «вещество», т. е. электроны и ионы (ядра), сильно взаимодействует с излучением. Это взаимодействие с излучением препятствует образованию звезд и галактик. Силы тяготения, которые собирают вещество в ту область, где плотность вещества уже превосходит среднюю («гравитационная неустойчивость»), не в состоянии преодолеть давление излучения, повышающееся при сжатии вещества. Только после t = 3-106 лет происходит рекомбинация электронов и протонов в атомы водорода и, предположительно, начинается образование звезд и галактик. При этом намечается концепция, согласно которой первое поколение звезд составляет малую долю общей массы вещества; может быть, здесь более уместен термин «празвезды», поскольку условия их образования радикально отличаются от условий, в которых в настоящее время образуются звезды; соответственно могут отличаться и их свойства.

Итак, предполагается, что празвезды могут быстро выделить энергию, достаточную для нагрева остальной, большей части вещества.

Значительная часть этого вещества остается в виде горячей ионизованной плазмы и не конденсируется в звезды. Таким образом, концепция горячей модели Вселенной увязывается с независимо возникшей гипотезой о существовании (в настоящее время!) горячего ионизованного межгалактического газа, плотность которого ~ 10~29 г/см3 в десятки раз больше плотности вещества в звездах, усредненной по всему пространству.

Необычайно яркие объекты — сверхзвезды (квазары), открытые в последние несколько лет, дают наблюдательные основы для этой гипотезы.

Спектр одного из наиболее удаленных (из известных в настоящее время) квазаров ЗС-9 имеет особенности, на основании которых сделан вывод, что в межгалактической среде содержится 6-Ю" 1 1 атомов нейтрального водорода в 1 см3 (плотность 10~34 г/см3) *). Этот водород поглощает линию Лаймана ее с длиной волны = 1216 А, Источник ЗС-9 находится на таком расстоянии, что красное смещение увеличивает все длины волн в 3,012 раза! Благодаря этому далекая ультрафиолетовая область спектра с длиной волны = 1216 А (которую атмосфера не пропускает) воспринимается нами как = 3662 А и доступна наблюдению земными телескопами. Чем ближе к нам рассматриваемый слой межгалактического газа, тем меньше смещена в красную сторону линия поглощения; в целом получается полоса поглощения для земного наблюдателя, простирающаяся от — 3,012-1216 = 3662 А. в сторону более коротких волн. Указанная плотность нейтрального водорода 10~34 г/см'А относится к окрестности 3G-9, т. е. не только к пространственно удаленному объекту, но и к далекому прошлому. Предполагается, что в этот период плотность ионизованного газа составляла (2 -:- 5)-10~28 г 1см3, т. е. нейтральный газ составлял менее 10~ доли всего газа, для чего требуется температура газа порядка 10 градусов. При этом газ весьма разрежен, прозрачен и отнюдь не находится в равновесии с общим космическим излучением, температура которого в этот момент порядка 10 градусов Кельвина.

В рассматриваемый период (t ~ 2 · 1 0 9 лет) нагрев газа осуществляется только за счет энергии таких объектов, как звезды и галактики.

Нужно различать две связанные между собой, но существенно отличающиеся по содержанию гипотезы:

10 ° К при t = 1 сек до 3° К сегодня. Изотропное радиоизлучение в области длин волн порядка сантиметров и миллиметров есть следствие горячей модели. Радиоизлучение является прямым наследником того мощного *) В самое последнее время измерения на другом источнике не подтвердили этот вывод, что, однако, не исключает наличия ионизованного водорода (см. ниже).

излучения в сжатой горячей плазме, плотность которого на ранней стадии во много раз превосходила плотность вещества; при этом совершенно несущественно, имеем ли мы дело с теми же самыми индивидуальными квантами: в состоянии полного теплового равновесия происходит поглощение одних квантов, испускание других, рассеяние третьих, но все эти процессы уравновешены так, что не меняют ни полной энергии среды, ни спектра квантов. Так обстоит дело при большой плотности. При малой плотности поглощение и испускание квантов становится несущественным, рассеяние их не играет роли, можно следить за судьбой отдельного кванта. Во всяком случае наблюдаемые сейчас радиокванты — это или те же кванты, или потомки тех квантов, которые, как предполагается, имели энергию порядка Мэв при t — 1 сек и уменьшили свою энергию в силу красного смещения в ходе расширения, т. е., по существу, за счет допплер-эффекта. По отношению к этим квантам сейчас в ходу термин «реликтовое излучение».

Важно, что ни звезды, ни радиогалактики, ни горячий межгалактический газ не могут дать ничего приближающегося по свойствам к реликтовому излучению: энергия реликтового излучения слишком велика, и спектр его не похож ни на спектр звезд, ни на спектр радиоисточников * ). Этим и доказывается космологическое, реликтовое происхождение рассматриваемого радиоизлучения.

2) Г о р я ч а я м е ж г а л а к т и ч е с к а я п л а з м а. Эта концепция относится к периоду заведомо после t = 3 · 10е лет; плазма нагрета до 105 — 10е градусов и уже не находится в равновесии с реликтовым излучением. Значит, такая плазма нуждается в источниках нагрева.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:

«ПЯТЬ НЕРЕШЕННЫХ ПРОБЛЕМ НАУКИ Рисунки Сидни Харриса Уиггинс А., Уинн Ч. THE FIVE BIGGEST UNSOLVED PROBLEMS IN SCIENCE ARTHUR W. WIGGINS CHARLES M. WYNN With Cartoon Commentary by Sidney Harris John Wiley & Sons, Inc. Книга рассказывает о крупнейших проблемах астрономии, физики, химии, биологии и геологии, над которыми сейчас работают ученые. Авторы рассматривают открытия, приведшие к этим проблемам, знакомят с работой по их решению, обсуждают новые теории, в том числе теории струн, хаоса,...»

«Библиотека повара выпускается для того, чтобы помочь повару в его практической работе на производстве, повысить его квалификацию. В настоящем издании изложена технология приготовления 226 холодных блюд и закусок из мясопродуктов, домашней и дикой птицы, субпродуктов, рыбопродуктов, мясной и рыб ной гастрономии, грибов, свежей зелени, свежих, соленых и маринованных овощей, а также 35 соусов и приправ. Кроме того, в книге приведены некоторые сведения о ра бочем месте повара, необходимом инвентаре...»

«Л юбознательные путешественники, совершающие вояж по побережью или горным внутренним районам Валенсии, не перестают удивляться тому, как разнообразна народная кухня испанского средиземноморья. Вездесущая паэлья и другие блюда из риса – далеко не единственная гастрономическая достопримечательность этих мест. В городах и сельских районах Валенсии готовят бесчисленное множество оригинальных повседневных блюд, столь вкусных, сколь мало известных. Время и житейская мудрость простых людей...»

«РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ по дисциплине НАУКИ О ЗЕМЛЕ Для студентов I курса Направление подготовки 020400.62 Биология Профиль: Биоэкология, Ботаника, Общая биология, Физиология человека Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения Очная Обсуждено на заседании кафедры Составители: ботаники 2013 г. к.б.н., доцент Иванова С.А., Протокол № к.б.н., ассистент Зуева Л.В. Заведующий кафедрой С.М. Дементьева Тверь 2013 2. Пояснительная записка Цели дисциплины: Формирование теоретических знаний и...»

«Annotation Эта книга – для тех, кто хочет больше всех знать. В энциклопедии собраны тысячи самых любопытных, удивительных и необычных фактов из самых разных областей человеческого знания: астрономии, физики, географии, биологии, медицины, истории, археологии, мифологии и искусства. Увлекательно изложенные, краткие и емкие статьи помогут эрудиту расширить свой кругозор и поразить знакомых уровнем своих познаний. Прочитав эту книгу, вы сможете сказать с уверенностью: теперь я знаю все! Анатолий...»

«38 Русский американец Редакция: ИхтиоСфера Солнечный окунь 121151, Москва, ул. Киевская д.21 Главный редактор: Комардин О.В. Редколлегия: Базилевский А.А. 56 Страничка архивариуса Бородин В.В. Голубой окунь Мурзин Н.В. Подарин А.В. Степанов А.Л. Издание является проектом Межрегиональной общественной организации Академия Собора 62 Аральское море Гибель и ©Использование любых статей и иллюстраций возможно только возрождение с письменного разрешения редакции, при этом ссылка на ИхтиоСферу...»

«Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи Москва Радио и связь 2003 УДК 621.396 Горячкин О.В. Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи. – М.: Радио и связь, 2003. – 230с.: ил. ISB 5-256-01712-8. Книга посвящена новому направлению цифровой обработки сигналов, известному как слепая обработка сигналов. Методы и алгоритмы слепой обработки сигналов находят свои приложения в системах связи, задачах цифровой обработки речи,...»

«В.Е. Еремеев СИМВОЛЫ И ЧИСЛА КНИГИ ПЕРЕМЕН М., 2002 Электронная версия публикуется с исправлениями и добавлениями Оглавление Введение Часть 1 1.1. “Книга перемен” и ее категории 1.2. Символы гуа 1.3. Стихии 1.4. Музыкальная система 1.5. Астрономия 1.6. Медицинская арифмосемиотика Часть 2 2.1. Семантика триграмм 2.2. Триграммы и стихии 2.3. Пневмы и меридианы 2.4. Пространство и время 2.5. “Магический квадрат” Ло шу 2.6. Триграммы и теория люй 2.7. Этические спектры дэ 2.8. Теория эмоций 2.9....»

«BY JERRY HOPKINS FOREWORD BY ANTHONY BOURDAIN PHOTOGRAPHS BY MICHAEL FREEMAN PERIPLUS ДЖЕРРИ ХОПКИНС ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ КУХНЯ ПРИЧУДЛИВЫЕ И УДИВИТЕЛЬНЫЕ БЛЮДА, КОТОРЫЕ ЕДЯТ ЛЮДИ Москва 2006 УДК 641 ББК 36.997 (7США) Х-78 Хопкинс Д. Х-78 Экстремальная кухня: Причудливые и удивительные блюда, которые едят люди / Джерри Хопкинс. — Пер. с англ. К. Ткаченко. — М.: ФАИР-ПРЕСС, 2006. — 336 с: ил. ISBN 5-8183-1032-9 (рус.) ISBN 0-7946-0255-Х (англ.) Тараканы, змеи, личинки насекомых, мясо собак и кошек,...»

«4. В поэме Медный всадник А. С. Пушкин так описывает наводнение XXXV Турнир имени М. В. Ломоносова 30 сентября 2012 года 1824 года, характерное для Санкт-Петербурга: Конкурс по астрономии и наукам о Земле Из предложенных 7 заданий рекомендуется выбрать самые интересные Нева вздувалась и ревела, (1–2 задания для 8 класса и младше, 2–3 для 9–11 классов). Перечень Котлом клокоча и клубясь, вопросов в каждом задании можно использовать как план единого ответа, И вдруг, как зверь остервенясь, а можно...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.