Круговорот материи во Вселенной

Джеймс Пиблс (один из наиболее заметных приверженцев идеи Большого Взрыва) предложил [Піблс, 2001] рассматривать теорию Большого Взрыва не как объяснение начала Вселенной, а как описание её эволюции. Такой необычный и осторожный подход позволяет подойти к трактовке наблюдаемых явлений по-новому. По его примеру, не станем и мы рассматривать непонятное возникновение Вселенной, первоначально будем считать её вечной, сосредоточимся на её современном состоянии, на наблюдаемых явлениях, и лишь по результатам станем судить о степени стационарности.

* * *

В 1930 году швейцарский физик Вольфганг Паули предсказал, (ради выравнивания баланса энергии при ядерных реакциях) существование особой частицы – нейтрино, очень слабо взаимодействующей с другими частицами. Одно взаимодействие нейтрино с протоном, по теории, должно было приходиться на сотню световых лет полёта нейтрино сквозь вещество.

Для экспериментального обнаружения нейтрино нужно было преодолеть эту трудность. Американские физики Рейнс и Коуэн воспользовались тем, что на расстоянии 10 метров от реактора мощностью в 300 тысяч киловатт каждый квадратный сантиметр пространства должны ежесекундно пронизывать до тысячи миллиардов нейтрино. Они установили рядом с реактором цистерну с веществом, содержащим большое количество водорода. При реакции нейтрино с ядром водорода, т.е. с протоном, должны возникать нейтрон и позитрон. Поскольку позитрон является античастицей электрона, он должен тут же аннигилировать, давая вспышку света. Образовавшийся нейтрон неизбежно вливается в какой-то атом вещества и вызывает ещё одну вспышку света. Такие вспышки, действительно, были зарегистрированы фотоэлектронными умножителями и подтвердили существование нейтрино.

В состав лептонов – элементарных частиц, участвующих в слабых взаимодействиях, входят заряженные (положительно или отрицательно) частицы – электрон, мюон и тау-лептон и соответствующее каждому из них нейтрино – электронное, мюонное и тау-нейтрино, а также их античастицы. Интересно, что во взаимодействиях лептон и соответствующее ему нейтрино всегда участвуют попарно. Электронное, мюонное и тау-нейтрино были экспериментально обнаружены соответственно в 1956, 1962 и 1997 годах.

В последние годы одной из наиболее острых проблем физики элементарных частиц являлся вопрос о существовании у нейтрино массы покоя. Опыты, выполняемые на грани экспериментальных возможностей, приносили то положительные, то отрицательные сообщения о массе покоя нейтрино. В 1980 году группа учёных ИТЭФ (Москва) заявила о существовании массы покоя электронного антинейтрино. Потом их опровергла серия экспериментов в США, Японии и Швейцарии, а также анализ нейтринного сигнала от вспышки сверхновой 1987А. Затем в Японии (в эксперименте Super-Kamiokande) были получены указания на нейтринные осцилляции, что снова говорило о ненулевой массе нейтрино.

Исследования проблем, связанных с нейтрино, ведутся широким фронтом. В 2000 году были завершены эксперименты по регистрации солнечных нейтрино на подземном детекторе MACRO и продолжены исследования на трёх подземных нейтринных детекторах: Super-Kamiokande (SK) (Япония), Баксан (Россия) и Soudan 2 (Канада), на глубоководном детекторе HT200 (Байкал) и подлёдном детекторе AMANDA (Антарктида). Основная статистика нейтринных событий была набрана на детекторах SK, Баксан, MACRO и IMB3 (США, подземный детектор, на котором эксперименты были завершены в 1994 году). Статистика превысила 3000 случаев, расцениваемых как регистрация нейтрино. В последнее время появилась новая информация о существовании у нейтрино, хотя и очень малой, но несомненной массы покоя. Постепенно выясняется, что именно малая масса вела к противоречивости результатов экспериментов. После этого приходится удивляться лишь немыслимо большому количеству нейтрино во Вселенной.

* * *

Сверхмалое „сечение взаимодействия” нейтрино при их встречах с другими частицами до сих пор не получило научного объяснения. В литературе не встречаются даже догадки о природе этого странного, уникального явления. Между тем, особая роль нейтрино во Вселенной привлекает к ним всё большее внимание, требует хотя бы гипотетических ответов на возникающие вопросы. Одной из интригующих загадок, связанных с нейтрино, и относящихся к этому же кругу проблем, является отсутствие признаков аннигиляции перемешанных в космической пустоте (и близких по количествам) нейтрино и антинейтрино. Попытаюсь предположить, в чём же дело.

Нейтрино оказались самыми лёгкими из известных элементарных частиц с массой покоя. Их масса наиболее близка к кванту массы, а возможно, даже равна ей. Нужно думать, именно это и привело к наиболее яркому проявлению в данной группе частиц характерных особенностей квантового мира, обусловило уникальные черты их поведения. При отсутствии внешних силовых полей, их столкновения с другими частицами, как правило, оказываются столь слабыми, что эффект взаимодействия не достигает квантового порога – постоянной Планка – и соударения как бы вообще не происходят. Без внешних полей, пороговый эффект взаимодействия достигается только в редчайших случаях особо точных встречных соударений, когда одновременно выполняются следующие три условия:

– отклонение от строгой параллельности траекторий частиц не превышает кванта угла;

– несовпадение центров частиц в месте встречи не превышает кванта расстояния;

– отклонение фазы колебаний каждой частицы от нуля не превышает кванта времени.

Такая ситуация объясняет, в частности, упомянутый факт отсутствия аннигиляции нейтрино и антинейтрино в просторах космической пустоты. Произведение „сечений взаимодействия” нейтрино и антинейтрино оказывается настолько малым, что при условии квантования, его можно считать строго равным нулю. Зато в ядрах квазаров и обычных галактик, где интенсивные гравитационные поля многократно усиливают соударения частиц (превышая тем самым квантовый порог), наблюдается бурное возникновение вещества и потоков энергии, что может быть объяснено как раз аннигиляцией больших масс нейтрино и антинейтрино. Есть основания полагать, что такие же, но более слабые (в соответствии с меньшей гравитацией) процессы аннигиляции добавляют вещество и энергию ядрам звёзд, планет и даже их крупных спутников (о чём подробнее – в главе 4).

Как ни парадоксально, проникающая способность нейтрино снижается при увеличении его энергии. С другой стороны, по изложенной гипотезе так и должно быть – чем больше энергия столкновения нейтрино с частицами вещества, тем чаще преодолевается квантовый порог и происходит взаимодействие нейтрино с атомами вещества.

* * *

В 1933 г. швейцарский астроном Фриц Цвикки при измерениях скоростей движения галактик в районе созвездия Волос Вероники, обнаружил существование какой-то скрытой массы. Так „в поле зрения” учёных впервые попало невидимое вещество Вселенной. Галактики исследуемого скопления двигались так быстро, что для удержания их в скоплении требовалась масса, примерно вдесятеро превышающая его видимую массу. Так возник „парадокс Цвикки”, подтвердившийся позже при изучении других скоплений галактик.

Дело в том, что существуют два независимых способа определения массы скопления галактик. Один из них основан на хорошо изученной связи между массами звёздных систем и их светимостями. Измеряя светимости, можно довольно точно определить массы галактик и их групп. Другой способ основан на использовании теоремы вириала, по которой кинетическая энергия устойчивой динамической системы равна половине потенциальной энергии тяготеющих масс. Эта теорема была доказана ещё в XIX веке и многократно подтверждена. Например, известно, что в атоме кинетическая энергия каждого электрона равна половине его же потенциальной энергии. Поскольку скорости и радиусы движения галактик можно определить с хорошей точностью, это позволяет определить так называемую „вириальную” массу (по названию теоремы). И вот здесь-то оказалось, что „вириальные” массы превышают массы, определённые по светимости, в десятки и в сотни раз!

Естественно, что проблема не обошла и нашу Галактику. В 1970-е годы выяснилось, что внешние области Млечного Пути, вопреки законам небесной механики, имеют такие же угловые скорости вращения вокруг галактического центра, как и внутренние! Эта аномалия легко объясняется всё тем же предположением о существовании скрытой массы. Если допустить, что Галактика полностью погружена в огромное массивное невидимое „облако” (не оказывающее сопротивления её движению!), то странности её кинематики становятся понятными и закономерными.

„Наблюдения установили, что всякое скопление галактик обладает массой, раз в 5–10 большей суммарной массы всех, содержащихся в нём галактик … Откуда взять недостающее вещество? Астрономия его не находит … Приходится констатировать, что ни астрономы, ни физики не знают сейчас, что составляет бóльшую часть Вселенной.” [Мартынов, 1988] Подобная ситуация сохраняется и сегодня.

Если предположить, что невидимая материя представляет собой совершенно прозрачный, не обнаруживаемый телескопами газ, то при таком количестве он должен был бы, как минимум, тормозить движение небесных тел, как воздух тормозит полёт артиллерийского снаряда. Но невидимая материя (теперь полагают, что она примерно в 20 раз превышает массу материи знакомого нам мира) никак (кроме гравитации) не влияет на движение звёздных систем – нигде во Вселенной не тормозит, не ускоряет и не отклоняет их.

Перед нами не просто невидимая материя! Наука столкнулась с тяготеющей материей, неощутимой и для органов чувств, и для приборов, и вообще для любых материальных тел нашего мира! Проблема скрытой массы Вселенной очень активно изучается учёными всего мира. Достаточно полно осветить здесь эти работы невозможно. Поэтому отметим лишь работу последних лет – обнаружение так называемых „галактик c низкой поверхностной яркостью” [Бозан, 2001]. Они похожи на обычные спиральные галактики, с обычной массой, но почему-то имеют многократно увеличенный диаметр, что снижает их яркость, и затрудняет выявление на фоне обычных галактик. Естественно, что обнаружение не замеченного ранее типа галактик несколько изменяет расчётное количество скрытой массы. Но не намного. Общая ситуация решительных перемен не претерпела.

Исключительно слабо взаимодействуя с обычным веществом, нейтрино могут пронзить свинцовую стену толщиной в миллион километров! Поэтому, с точки зрения физики, огромная масса скрытой материи Вселенной, не тормозящейдвижение небесных тел, вовсе не является чем-то экстраординарным. Обнаруженные астрономами феномены допускают, но не требуют выявления новых видов материи. Невидимая материя обладает как раз такими свойствами, какие следует ожидать от колоссальных скоплений нейтрино.

Кроме нейтрино, предсказано существование и других элементарных частиц, например, гравитонов, которые, практически, не взаимодействуют с окружающим веществом, соответственно, не воздействуют на органы чувств и крайне трудно регистрируются приборами. Конечно, и они могут являться компонентами скрытой массы (подобно тому, как и среди видимой материи вполне возможно обнаружение новых частиц).

Астрофизикам эти факты известны. „Что касается нейтрино и гравитационных волн, то … взаимодействие этих видов … материи с веществом крайне слабое и поэтому, если бы Вселенная была заполнена нейтрино или гравитационными волнами с плотностью массы … даже больше ρ_крит[1], то всё равно прямые физические методы не позволили бы их обнаружить … Нейтрино … очень многочисленны во Вселенной … В одном кубическом сантиметре их в среднем более, чем в миллиард раз больше, чем протонов.” [Новиков, 1990]

* * *

Другой проблемой астрофизики является загадочное возникновение вещества и энергии в ядрах галактик. Ещё в 1928 г. английский астроном Джеймс Хопвуд Джинс писал: „Настойчиво заявляет о себе предположение, что центры туманностей[2] имеют природу точек сингулярности, в которых в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других, совершенно неизвестных нам пространственных измерений и которые проявляют себя в нашей Вселенной как точки, где происходит непрерывное образование вещества”. [Новиков, 1990]

Центральные области множества галактик сейчас изучены довольно подробно, но это лишь подтвердило первоначальное представление. Обычно в центре галактики имеется сгущение, называемое ядром, а внутри ядер многих галактик наблюдаются более яркие зоны замысловатой формы – керны. Природа ядер резко отличается от природы остальных частей галактик. В них-то и наблюдается активное выделение вещества и энергии.

Большие неожиданности принесло открытие квазаров (квазизвёздных объектов), автором которого явился американец голландского происхождения Мартен Шмидт. Он анализировал загадочный спектр голубой звезды, зарегистрированной под номером 3С 273 (273-я позиция в третьем кембриджском каталоге) и высказал мысль, что непонятный вид спектра объясняется аномально большой величиной красного смещения. Это подтвердилось, и показало, что исследуемый объект находится на расстоянии в несколько миллиардов световых лет от Земли. Выходило, что это вовсе не звезда нашей Галактики, а загадочный объект, находящийся у границ видимой (в 1960-е годы) части Вселенной.

Отсюда следовало, что объект излучает неправдоподобно большое количество энергии, подобное излучению сотни крупнейших галактик! Кроме сверхмощного излучения, объект выбрасывал из себя в разные стороны колоссальные массы вещества со скоростями порядка тысяч километров в секунду, что вызывало расширение спектральных линий. После интенсивных исследований оказалось, что квазары – это очень активные ядра далёких галактик. Иногда, прикрыв яркое ядро, удавалось разглядеть и саму галактику. Полагают, что сегодня в видимой части Вселенной можно насчитать около десяти миллионов квазаров. Распределены они довольно неравномерно, плотнее всего – приблизительно на расстоянии в 2 млрд. световых лет. Но некоторые из них удалены на десятки миллиардов световых лет.

Активность квазаров особенно удивительна потому, что они являются компактными образованиями – их поперечники составляют несколько световых месяцев, максимум – световой год (для сравнения – поперечник нашей галактики Млечный Путь оценивается примерно в 100'000 световых лет). Не только источник вещества, но и источник энергии квазаров непонятен; ясно лишь, что это не термоядерные реакции, поскольку они не могли бы дать такой высокий выход энергии из столь малого объёма.

Активность квазаров проявляется, в частности, в виде истечения газообразного вещества компактными, но очень мощными струями, в двух противоположных направлениях, вероятно, совпадающих с осью вращения квазара. Эти струи принято называть джетами. Длина джетов достигает сотен тысяч световых лет, но иногда они тянутся на мегапарсеки [Мартынов, 1988], что говорит о чрезвычайной активности квазаров много миллионов лет подряд. Длительный выброс такого количества вещества и энергии без одновременного притока их извне не удаётся объяснить никакими известными процессами.

Изучение квазаров и так называемых активных галактик показало, что галактики могут пребывать в двух различных состояниях – в активном и в спокойном, что определяется процессами в ядре галактики, а между крайними уровнями активности наблюдается ряд переходных состояний. Судя по тому, что процент активных галактик очень мал, активная стадия составляет лишь небольшую часть общего времени их существования. Остальное время галактики проводят в относительно спокойном состоянии.

Активные галактики отличаются, прежде всего, исключительно мощным ультрафиолетовым излучением. Для них характерно также интенсивное радиоизлучение нетеплового (вероятно – синхротронного) происхождения. Кроме того, они проявляют признаки мощных взрывных процессов. Сильно расширенные линии спектра говорят о бурных и разнонаправленных движениях вещества. Регистрируется также сверхмощное излучение явно нетеплового происхождения в рентгеновской и инфракрасной областях или в сплошном оптическом спектре. Наблюдаются исключительно высокая светимость ядра и мощное гамма-излучение.

Взрывная природа протекающих процессов подтверждается быстрыми вариациями интенсивности излучения и мощными выбросами в пространство огромных масс вещества, излучающих в оптическом и в радиодиапазонах. При этом активность квазара напоминает пожар на складе боеприпасов, когда взрывы долго следуют друг за другом. И оптическое, и радиоизлучение квазаров часто проявляет периодичность, отчего некоторые квазары раньше были известны как переменные звёзды. „Квазары … не являются объектами, совершенно чуждыми нормальным галактикам.., так как существуют объекты, промежуточные по физическим свойствам между теми и другими.” [Мартынов, 1988]

Вариации активности ядер галактик размывают границы между разными группами. Так, давно известная звезда X Comae во время вспышки 1911 г. достигла такой абсолютной звёздной величины, что в этот период являлась квазаром. Её блеск за считанные месяцы менялся на 1–3 единицы звёздной величины, после чего следовали длительные периоды покоя.

Самое примечательное у активных галактик – частые случаи скоротечных изменений активности. Отмечались изменения блеска вдвое за месяц, а иногда даже в течение одного-двух дней. У квазара 3С 446 между осенью 1965 и летом 1966 г. интенсивность излучения выросла в 20 раз. Столь быстрые изменения у объектов размером в один парсек представляются странными и даже невозможными, так как свет проходит парсек за 3,26 года и невозможно представить себе процесс, распространяющийся с более высокой скоростью. Приходится допускать, что быстрые изменения излучения происходят в каких-то небольших образованиях внутри сложной структуры квазара. Но тогда плотность излучения должна достигать ещё более чудовищных (чем при равномерном свечении всего квазара) и совершенно интригующих величин.

Заметим, что активность ядер нормальных галактик (например, таких, как наш Млечный Путь) также заслуживает уважения. В центральной части нашей Галактики вырисовывается область поперечником около 65 световых лет, существенно отличающаяся от всех других областей. По косвенным данным, подавляющая часть её массы сосредоточена в звёздах. Но газовые облака здесь ускоряют движение по мере приближения к центру, что говорит о существовании в самом центре сильно тяготеющего объекта. По новейшим оценкам масса этого объекта составляет примерно 2,6 миллионов солнечных масс. В этой же области находится компактный источник нетеплового радиоизлучения сантиметрового диапазона. В центре его расположено ещё более яркое и очень компактное „радиопятно”, которое могло бы поместиться внутри орбиты Юпитера. Его светимость на единицу объёма чрезвычайно велика – она сравнима со светимостью наиболее мощных источников излучения в нашей Вселенной!

Говоря о возникновении вещества „из Ничего”, отметим, что и ядро нашей Галактики, кроме мощного радиоизлучения, непрерывно выбрасывает газ в количестве 1,5 массы Солнца в год. Даже без учёта огромных затрат энергии, объект с массой в 2,6 миллионов масс Солнца от такого выброса газа должен исчерпаться, грубо говоря, через 1,7 миллиона лет (тогда как Земля существует более 4,5 млрд. лет). А ведь в прошлом ядро нашей Галактики, надо полагать, выбрасывало вещество и энергию несравненно интенсивнее, чем сейчас. Иначе говоря, даже ядро такой спокойной галактики, как наша, проявляет необъяснимую, не согласующуюся с расчётами активность. Ещё менее понятно, откуда берётся баснословное количество вещества и энергии, выбрасываемых квазарами.

Поскольку возникновение материи „из Ничего” плохо стыкуется с наукой, для объяснения процессов в ядрах галактик немецким физиком П. Иорданом была выдвинута гипотеза о том, что во Вселенной существует особый, пока ещё не обнаруженный вид материи, особый вид поля. У нас ещё просто нет инструментов для наблюдения подобного поля. Между тем, его энергия с течением времени постепенно, монотонно переходит в обычные для нас формы – в энергию и массу элементарных частиц. Это поле назвали „полем творения”.

Пытаясь найти другое объяснение источника вещества и энергии квазаров, В.А. Амбарцумян выдвинул гипотезу о том, что ядра галактик и квазаров являются местом перехода вещества из дозвёздного существования ( в форме недоступных наблюдению сверхплотных тел) в обычные для астрономии формы в виде звёзд или разрежённой межзвёздной среды. [Мартынов, 1988] Произошедший с тех пор значительный прогресс наблюдательной астрономии не принёс каких-либо подтверждений такого варианта гипотезы.

* * *

Существование во Вселенной огромных количеств нейтрино (судя по всему, многократно превышающих наш мир по массе) можно рассматривать как объединение в одном и том же пространстве и времени двух взаимопроникающих миров – видимого и невидимого, нашего и „нейтринного”. Их можно назвать проявленным и непроявленным мирами. Между этими мирами существуют сложные взаимоотношения. С одной стороны, они чужды друг другу, практически не взаимодействуют (если не считать тяготения). Но с другой стороны, они взаимосвязаны – в определённых зонах пространства материя одного мира переходит в другой [Барбараш, 2002а, 2002б].

При таком видении Вселенной протягивается цепочка от нейтрино и невидимого мира к феномену квазаров. Вот что пытались объяснить П. Иордан и В.А. Амбарцумян! Напрашивается вывод, что именно через ядра галактик (прежде всего – квазаров) невидимая „нейтринная” форма материи, обнаруживающая себя „вириальной” массой, врывается в наш мир, превращаясь в потоки знакомого астрономам вещества и в мощные выбросы энергии.

Конечно, переход материи из невидимого мира в наш мир не может быть односторонним. Иначе за миллиарды лет один мир переполнился бы, а другой исчерпался бы. То, что этого не произошло, что ядра галактик продолжают выбрасывать вещество и энергию, говорит о существовании, кроме прямого превращения материи в ядрах галактик из „нейтринной” формы в обычную, также и обратного процесса – массового перехода видимой материи в „нейтринную” форму. При этом не исключено, что „нейтринная” форма материи, кроме нейтрино, включает в себя и другие частицы с высокой проникающей способностью (отчего её название и взято в кавычки). Вероятно, так замыкается вечный круговорот материи.

Собственно, обратный поток и искать не нужно – кроме мощных термоядерных реакций в недрах звёзд, кроме реакторов АЭС, нейтрино рождаются и при других процессах в ядрах атомов. Например, один из нейтронов ядра превращается в протон с выделением электрона и антинейтрино при спонтанном превращении стронция-90 в иттрий-90 (или, скажем, свинца-214 в висмут-214 и т.д.). В другом варианте процессов фосфор-30 превращается в кремний-30 (или, аналогично, натрий-22 в неон-22 и т.п.) при спонтанном превращенииодного из протонов ядра в нейтрон с выбрасыванием позитрона и нейтрино.

Поскольку нейтрино рождаются в очень больших количествах при термоядерных реакциях в недрах звёзд, а звёзды представляют собой около 92% вещества нашего мира, то рождение нейтрино в ходе ядерных процессов синтеза и распада является во Вселенной одним из очень интенсивных процессов. На космическую роль этого явления обращали внимание давно. Например, в работе [Васильев, Станюкович, 1969] с характерным подзаголовком „о материи – живой и спящей” писалось: „Если посмотреть шире, в масштабах Вселенной, можно сказать, что в ней идёт непрерывный процесс перетекания материи из вещественного состояния в … поле нейтрино … ”.

Но, несмотря на большую интенсивность генерирования нейтрино звёздами[3], некоторые данные заставляют думать, что не меньшее значение имеет другой тип перехода видимой материи в „нейтринное” состояние. О чём речь?

В мире элементарных частиц нет стабильности. Одни частицы спонтанно перерождаются в другие, а те – в третьи и т.д., причём события могут каждый раз случайно выбирать один из нескольких возможных сценариев. Знакомство с такими процессами началось с обнаружения факта рождения пары электрон-позитрон из фотонов. Возможно и обратное превращение электронно-позитронной пары в фотоны. „Дальнейшее развитие физики превратило эту сравнительно частную констатацию порождения и уничтожения электронно-позитронных пар и фотонов в исток нового физического мировоззрения, основанного на понятиях трансмутации частиц. ” [Кузнецов, 1983]

В ряде случаев недолговечные частицы продлевают свою жизнь, объединившись с частицами других типов. Так, стабильные, казалось бы, нейтроны атомных ядер, если их освободить от внешних связей, распадаются примерно через 16 минут, превращаясь в протоны, электроны и антинейтрино. Есть и противоположные примеры. В частности, высокостабильный в свободном состоянии протон может закономерно трансмутировать в нейтрон, позитрон и нейтрино, оказавшись в ядре атома, подверженного радиоактивному β⁺-распаду. Важно подчеркнуть, что нейтрино участвуют во многих подобных трансмутациях. Можно напомнить, что сам факт существования нейтрино впервые был экспериментально подтверждён благодаря реакции распада протонов (ядер атомов водорода) на нейтроны и позитроны под ударами нейтрино. Есть основания предполагать, что при отсутствии внешних источников энергии (например, силовых полей) подобный распад протона под ударом нейтрино способен породить новые нейтрино.

Круговорот веществ, как правило, включает в себя противоположно направленные процессы, протекающие в диаметрально противоположных условиях. Например, испарение воды вызывается нагревом, а конденсация воды в снег или дождь, наоборот, связана с охлаждением. Соответственно, если обычное вещество, по нашему предположению, рождается из „нейтринного” в ядрах галактик, обладающих огромными массами и экстремальными гравитационными полями, то, вероятно, для обратного превращения атомов и молекул в „нейтринное” вещество наиболее подходит космическая пустота, удалённость от галактик, от гравитационных полей. Упоминавшийся нейтрон не случайно распадается, когда оказывается в одиночестве, вырывается из полей атомного ядра.

Возникает мысль, что именно эти специфичные условия перехода атомов в „нейтринную” форму материи, требующие больших интервалов времени, а также удаления атомов от крупных масс и различных полей, обусловили удивительную крупномасштабную структуру Вселенной с колоссальными ячейками, наподобие сот.

* * *

В 1976 г. в Институте прикладной математики им. М. Келдыша было высказано предположение о существовании во Вселенной своеобразных „пустот” – областей, свободных от звёзд и галактик. Через год это подтвердили сотрудники Тартуской астрофизической обсерватории А. Саара, М. Йыэвээра и др. под руководством Я. Эйнасто. К исследованиям подключились и американские астрономы. Они изучили распределение звёздных островов вдоль трёх близко расположенных прямых линий, направленных в глубины Вселенной. По избранным направлениям до расстояний порядка 500 млн. св. лет и после 800 млн. св. лет галактики расположены довольно густо. Но в промежутке между ними ни одной галактики зарегистрировать не удалось. Ориентировочный объём открытой учёными полости составил 10²⁵ кубических световых лет.

Так впервые выяснилось (подробно и многократно подтвердившись в дальнейших исследованиях), что скопления галактик образуют гигантские ячейки, напоминающие пчелиные соты, что видно на рис. 1. „Исследованиями эстонских астрофизиков … и американских специалистов П. Пиблса, О. Грегори, Л. Томпсона и др. показано, что самые крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят „ячеистый” характер. В „стенках ячеек” много галактик, их скоплений, а внутри – пустота. Размеры ячеек около 100 мегапарсек, толщина стенок 3–4 мегапарсека. Большие скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные фрагменты ячеистой структуры иногда называют сверхскоплениями.” [Новиков, 1990]

Рис. 1. Крупномасштабная структура Вселенной. Компьютерной обработкой устранены звёзды и показаны только галактики до 19-й звёздной величины. Видны гигантские ячейки – крупнейшие структурные единицы Вселенной. [Новиков, 1990]

В видимой части Вселенной (т.е. в пределах Метагалактики) находятся миллионы таких ячеек. Как они образовались, что удерживает миллиарды лет их структуру от деградации, выполняют ли они какую-то функцию – наука не знает.

Согласно излагаемой гипотезе о двух мирах и круговороте материи, один из наиболее весомых потоков материи, переходящей в „нейтринную” форму, проходит как раз через пустоту гигантских ячеек, завершаясь на расстояниях 100–150 миллионов световых лет от ближайших галактик. В 1899 г. Пётр Николаевич Лебедев открыл давление света на твёрдые тела, а в 1907 г. – на газы. Согласно рассматриваемой гипотезе круговорота, принципиально важную роль играет вытеснение световым давлением межзвёздного газа в пустоту ячеек. В этой пустоте, вдали от гравитационных и электромагнитных полей атомы и ионы вещества за сотни миллионов лет полёта и беспорядочных столкновений претерпевают ряд спонтанных превращений, оканчивающихся переходом их в „нейтринную” форму.

Так как для твёрдых частиц площадь, испытывающая световое давление, при одинаковой массе, во много раз меньше соответствующей площади молекул газа, то одновременно с выталкиванием газопылевой фракции в пустоту ячеек, световое давление производит сепарацию – отделяет пыль от газа. Твёрдые частицы пыли под действием тяготения возвращаются к галактикам, а водород с примесью гелия, испытывающие более сильное давление излучений, выталкиваются в пустоту ячеек. Здесь, учитывая размеры ячеек (поперечник – 300 млн. св. лет), молекулы газа обречены примерно на миллиард лет полёта, за который они, по ряду данных, могут распасться на составляющие элементы.

Если такое предположение справедливо, то два типа превращений материи, обеспечивающих её круговорот, оказываются диаметрально противоположными не только по условиям протекания, но и по внешним проявлениям. Рождение видимой материи в ядрах галактик сопровождается мощными, демонстративными выбросами вещества и энергии, эти процессы сконцентрированы в пространстве (а часто – и во времени), тогда как обратные превращения атомов в „нейтринное” вещество протекают в пустоте ячеек спокойно, равномерно, рассредоточено, не привлекая внимания исследователей. Важно, что редкие спонтанные перерождения частиц, считающихся стабильными, представляют собой обычное явление, что создаваемые окружающим веществом поля продлевают жизнь элементарных частиц, а их отсутствие ускоряет превращения. Если отдельный нейтрон распадается за 16 минут, то ничем не отличающиеся от него нейтроны атомов египетских пирамид тысячелетиями не проявляют заметного распада!

Сложнее ситуация с протонами. Распад отдельного протона вызывает особый интерес потому, что он представляет собой ядро наиболее распространённого атома – атома водорода. Водород составляет основную массу вещества, выталкиваемого галактическими излучениями в полости ячеек. Протоны часто называют высокостабильными частицами, хотя выше упоминалось радиоактивное превращение фосфора-30 в кремний-30 с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино. Аналогично распадается протон в ходе превращения натрия-22 в неон-22, с периодом полураспада 2,6 года. Подобные превращения вообще характерны для так называемого β⁺-распада, протекающего с образованием позитрона. Но распад радиоактивных элементов – это мелочи по сравнению с мощными процессами превращения протонов в нейтроны, которые протекают в недрах звёзд. Суть главного процесса термоядерного синтеза в недрах Солнца – это превращение четырёх протонов в два протона и два нейтрона, составляющих ядро атома гелия.

Нельзя забывать и распад протона на нейтрон и позитрон под ударом нейтрино, что лежало в основе первого эксперимента по обнаружению нейтрино. Приводя мнение физиков о высокой стабильности протона, нельзя забывать, что в уникальных условиях сверхслабых полей ячеек Вселенной скорость его распада не исследовалась. Но об этом – чуть позже.

Атомы газа, многократно сталкивающиеся за миллионы лет в пустоте ячеек Вселенной, имеют много возможностей выстраивать разнообразные цепочки распада. Для перехода в „нейтринную” форму всей массы выталкиваемого галактиками газа, вероятно, требуется длинная цепочка трансмутаций и немалое время. Потому-то путешествие вещества вглубь ячеек надолго затягивается. Размеры ячеек Природа, надо думать, согласовала со скоростями перемещения в них частиц, и временем, нужным для перехода материи в „нейтринную” форму. После предполагаемого перерождения обычного вещества в „нейтринное”, на него перестаёт действовать давление излучений.

* * *

По данным астрономии, наблюдаемая Вселенная на 98% состоит из водорода и гелия. К тому же, газ, как отмечалось, отсекается от пыли и поступает в пустоту ячеек без неё. Поэтому переход материи через полости ячеек в „нейтринный” мир – это, прежде всего, распад протонов, в том числе – с превращением их в нейтрино. Однако среднее время пребывания атомов газа в полости ячейки – вероятно, около миллиарда лет, а период полураспада протона оценивается в 10³² лет. Здесь нет формального согласования гипотезы с данными физики.

Но можно ли считать, что такое расхождение перечёркивает возможность постепенного перехода материи, через полости ячеек, в „нейтринный” мир? Тогда, для длительного сохранения космического вакуума, альтернативой осталось бы лишь непрерывное расширение Вселенной. А с этим трудно согласиться, потому что оно вызвало бы различие размеров разноудалённых ячеек и различную среднюю плотность материи во Вселенной, что противоречит имеющимся данным. Нет ли другой причины расхождения? Скажем, допустимо ли переносить оценку времени полураспада протона, полученную в земной лаборатории, на условия полости ячейки Вселенной, где температура 2,73 К и отсутствуют силовые поля?

Долгое время неделимой частицей считался атом (что и дало ему название). Но даже в те времена неделимость атомов вызывала сомнение, поскольку разные атомы обладают разными характеристиками – разным весом, разными химическими свойствами и т.п. Это более подходит для составных частиц. Иначе отнеслись физики к обнаруженным позже протонам и нейтронам – их более уверенно назвали элементарными частицами, потому что все протоны (как и все нейтроны) неотличимы друг от друга, что соответствует интуитивным представлениям об элементарности. Затем, в экспериментах на ускорителях вдруг обнаружилось, что протоны и нейтроны не элементарны, что они состоят из кварков. А уж кварки считаются сегодня истинно элементарными частицами. Но кварки повторили ситуацию, которая была с атомами – они, как и атомы, резко отличаются индивидуальными свойствами – имеют разные электрические и цветовые заряды, разные массы, что снова противоречит представлениям об элементарности.

Кварки удалось исследовать на ускорителях, но не удалось извлечь из ядра. Каждый из шести известных типов кварков назван ароматом и обозначен буквой. Комбинация кварков, составляющих протон, обозначается буквами uud, а нейтрон, соответственно, udd. Интересно, что все кварки обладают электрическим зарядом, причём этот заряд не кратен заряду электрона или позитрона. Так заряд кварка аромата u равен двум третьим положительного единичного заряда, а кварка аромата d – одной трети отрицательного единичного заряда (т.е. заряда электрона). Упоминавшийся выше распад нейтрона на протон, электрон и антинейтрино считается следствием превращения кварка аромата u в кварк аромата d.

Кварки относятся к фермионам, т.е. к частицам с полуцелым спином. Это значит, что они подчиняются так называемому запрету Паули, не разрешающему пребывать вместе двум частицам, находящимся в одинаковом состоянии. Следовательно, и в протоне, и в нейтроне два кварка одинакового аромата обязательно должны отличаться друг от друга. Это отличие было названо цветом, а его носитель – цветовым зарядом. Находящаяся в процессе становления теория сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика – исходит из существования „трёх типов цветовых зарядов, выражающих присущую веществу способность к объединению кварков и антикварков в сильном взаимодействии. Каждый кварк обладает некоторой комбинацией этих зарядов, но полной их взаимокомпенсации в одной частице не происходит, поэтому кварк обладает результирующим цветом, то есть, сохраняет способность к сильному взаимодействию. Но когда три кварка или кварк и антикварк, или три антикварка объединяются в адрон, суммарная комбинация цветовых зарядов в нём такова, что адрон, как частица, оказывается нейтральным в отношении цвета.” [Ровинский, 2001]

„Основная функция сильного взаимодействия – соединять кварки и антикварки в адроны, функция слабого взаимодействия обратная, она состоит в разрушении сложных микрочастиц, если какой-то из входящих в их состав элементов обладает слабым зарядом. Слабое взаимодействие переводит один фермион в другой, не меняя при этом его цветового заряда. Подобные превращения не проходят безболезненно для составных частиц, содержащих слабо взаимодействующие лептоны или кварки, эти образования распадаются, трансформируясь в другие частицы... ” [там же]

Можно предположить, что и каждый кварк тоже является составной частицей, однако наука этого пока не обнаружила. Если туннелирование электронов позволяет острию щупа туннельного микроскопа с минимальным зазором отслеживать поверхность молекулы, то возможно, что в пределах атомного ядра цветовой заряд тоже способен туннелировать от кварка к кварку, особенно, когда амплитуда колебаний кварков и расстояния между ними предельно уменьшены криогенным охлаждением.

Если такие предположения справедливы, то в ядрах атомов водорода, длительно пребывающих в полостях ячеек Вселенной при температуре 2,73 К может возникнуть не известное физикам явление – маловероятный туннельный перескок цветовых зарядов от одного кварка к другому. В результате „перетасовки” могут возникать нейтральные по цвету комбинации цветовых зарядов, которые, соответственно, не удерживаются сильным взаимодействием. Бесцветная комбинация зарядов должна обладать очень высокой проникающей способностью, и легко покидать ядро. По мнению физиков, упоминавшийся ранее распад нейтрона на протон, электрон и антинейтрино является следствием превращения кварка аромата u в кварк аромата d. Но почему такое превращение происходит? Не потому ли, что цветовой заряд изредка туннелирует от одного кварка к другому, создавая в нуклоне новую ситуацию, и, в частности, формирует нейтральную по цвету, легко покидающую ядро комбинацию цветовых зарядов, которую в данном случае мы воспринимаем как антинейтрино?

Можно ожидать, что на основе цветовых зарядов трёх типов возможны три варианта бесцветных комбинаций. Напрашивается параллель с электронным, мюонным и тау-нейтрино – как раз с тремя разновидностями частиц, имеющих высочайшую проникающую способность. Не являются ли те и другие одними и теми же объектами, т.е. не являются ли нейтрино бесцветными комбинациями цветовых зарядов? Тогда именно этот процесс редких туннельных перескоков цветовых зарядов от кварка к кварку может оказаться основой перехода в „нейтринный” мир (через полости ячеек Вселенной) вещества нашего мира!

Такие предположения сегодня противоречат представлениям физиков. Физики не допускают существования самостоятельных цветовых зарядов, не допускают их туннелирования от кварка к кварку. Но нужно учесть, что все сведения о поведении кварков были получены либо на ускорителях, либо при исследованиях космических лучей, то есть исключительно в области сверхвысоких энергий (и температур). Экспериментального материала в интересующей нас области параметров – сверхнизких температур и отсутствия внешних силовых полей – сегодня нет. Поэтому мнение физиков, будто самостоятельные цветовые заряды невозможны, как и их туннелирование от кварка к кварку – это тоже не более чем гипотеза, не имеющая экспериментального подкрепления.

Характерно, что ни у протонов, ни у нейтронов не обнаружено никаких „возрастных” отличий, никаких признаков старения. В таких условиях самопроизвольный распад этих частиц, со строго определённым для каждой ситуации периодом полураспада (например, распад протонов при их значительном преобладании в атомном ядре по сравнению с нейтронами) может быть объяснён только каким-то очень маловероятным событием. А к числу таких событий как раз можно отнести туннельный перескок цветовых зарядов от кварка к кварку!

Эту мысль подкрепляют такие соображения. Считается, что протон распадается на нейтрон, позитрон и нейтрино, а нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Иначе говоря, вырисовывается цикл „протон-нейтрон-протон”, и каждый раз „бесплатно” рождаются электрон или позитрон, а также антинейтрино или нейтрино. Причиной может являться как раз проведение исследований в ситуации притока энергии от внешних полей или частиц, что, возможно, и давало энергию для формирования электронов и позитронов, нейтрино и антинейтрино. А в условиях полостей ячеек Вселенной, на расстояниях в десятки и сотни миллионов световых лет от ближайших галактик, при, практически, полном отсутствии внешних полей, и температуре, лишь на 2,73 К выше абсолютного нуля, ожидать распада нуклонов по такой схеме нет оснований. Для этого недостаёт притока энергии. Например, рождение электрона и антинейтрино при распаде нейтрона в таких условиях не может компенсироваться притоком энергии извне, и возникновение нового протона становится проблематичным. Вместо этого, вероятно, образуются отдельные, неустойчивые в свободном состоянии части нуклона – кварки, которые вскоре тоже распадутся.

Хочется высказать ещё одно предположение. Похоже, что существует особый, автоматически действующий механизм, поддерживающий в космической пустоте (прежде всего, в полостях ячеек) стабильную температуру 2,73 К. Как в человеческом организме есть биохимическая система, устойчиво сохраняющая температуру тела 36,7ºС, так, вероятно, в космическом пространстве есть физическая система, обеспечивающая температуру 2,73 К. И очень может быть, что как раз эта температура является наиболее оптимальной для перехода атомов водорода и гелия в „нейтринный” мир.

* * *

Сверхмалое „сечение взаимодействия” нейтрино при их встречах с другими частицами до сих пор не понятно. Интересны такие соображения. Нуклоны атомного ядра не имеют чётких границ, но по результатам рассеяния на них электронов высоких энергий, диаметр протона и нейтрона можно оценить приблизительно одинаковой величиной порядка 0,8 фемтометра („Ядерная физика в Интернете”). Отсюда площадь проекции нуклона – около 2*10^–30 м², а сумма проекций всех нуклонов кубометра воды на стенку этого куба – около 1,2 м². Другими словами, даже если принять нейтрино за материальную точку, не имеющую размера, то и в этом случае оно должно была бы с высокой вероятностью столкнуться и прореагировать с одним из протонов или нейтронов кубометра воды. Реально же считают, что нейтрино легко пронзило бы свинцовую стену толщиной в миллион километров.

Энрико Ферми создал теорию бета-распадов, предсказавшую основные свойства нейтрино, включая процессы их взаимодействия с вещественными частицами и определяющую сечения подобных взаимодействий. Низкую вероятность соударений Э. Ферми объяснил тем, что при встрече нейтрино с нуклонами происходят соударения не с самими нуклонами, а с составляющими их кварками, которые он рассматривает как геометрические точки без размера. Но можно представить себе другое объяснение низкой вероятности результатов соударений – необходимостью совпадения нескольких независимых случайных событий. Такое объяснение выглядит более естественным, чем предположение о нулевом размере кварка.

Особая роль нейтрино во Вселенной привлекает к ним всё больше внимания. Одной из интригующих загадок, относящихся к этому же кругу проблем, является отсутствие признаков аннигиляции перемешанных в космической пустоте (и близких по количествам) нейтрино и антинейтрино. Попытаемся представить себе природу этого явления.

Нейтрино оказались самыми лёгкими из известных элементарных частиц с массой покоя. Их масса наиболее приблизилась к кванту массы. Это привело к наиболее яркому проявлению в данной группе частиц характерных особенностей квантового мира, обусловило уникальные черты их поведения. При отсутствии внешних силовых полей, их столкновения с другими частицами, как правило, оказываются столь слабыми, что эффект взаимодействия не достигает квантового порога – постоянной Планка – и соударения как бы вообще не происходят. Можно предположить, что без внешних полей пороговый эффект взаимодействия достигается только в редчайших случаях особо точных встречных соударений, когда одновременно выполняются следующие три условия:

– отклонение от строгой параллельности траекторий частиц не превышает кванта угла;

– несовпадение центров частиц в месте встречи не превышает кванта расстояния;

– отклонение фазы колебаний каждой частицы от нуля не превышает кванта времени.

Такая ситуация способна объяснить также упомянутый факт отсутствия аннигиляции нейтрино и антинейтрино в просторах космической пустоты. Без внешних силовых полей, столкновения нейтрино и антинейтрино оказываются столь слабыми, что не достигают квантового порога, отчего соударения как бы не происходят. Зато в ядрах квазаров и обычных галактик, где интенсивные гравитационные поля многократно усиливают соударения частиц, наблюдается бурное возникновение вещества и потоков энергии, которое можно объяснить как раз аннигиляцией больших масс нейтрино и антинейтрино. Есть основания полагать, что такие же, но более слабые (в соответствии с меньшей гравитацией) процессы аннигиляции добавляют вещество и энергию ядрам звёзд, планет и даже их крупных спутников (о чём подробнее – ниже).

Как ни парадоксально, проникающая способность нейтрино снижается при увеличении его энергии. С другой стороны, так и должно быть – чем больше энергия столкновения нейтрино с частицами вещества, тем чаще преодолевается квантовый порог взаимодействия.

* * *

В 1917 г., из теоретических соображений, А. Эйнштейн посчитал, что кроме сил тяготения во Вселенной должны существовать и силы отталкивания. Он обозначил их в уравнениях так называемым λ (лямбда)-членом. Позже Эйнштейн отказался от этой мысли, но уже другие учёные, из похожих соображений, стали учитывать силы отталкивания, хотя и не объясняли их природу. Не могли помочь выяснению истины и эксперименты, так как эти силы, по теории, чрезвычайно малы – на тридцать порядков (!) слабее земного притяжения.

Противоречивое отношение к λ -члену сохранилось до сих пор. С одной стороны, только силы отталкивания способны объяснить увеличение скорости удаления галактик по мере роста их расстояния от наблюдателя. С другой стороны, гипотеза Большого Взрыва ничего не говорила о природе отталкивания. Таким образом, одним из принципиальных пробелов современной астрофизики остался непонятный характер расширения Вселенной. Эту проблему пытаются решать на основе представлений о невидимой „вакуумной материи”, якобы обладающей отрицательной массой (что противоречит положительной величине регистрируемой скрытой массы Вселенной.)

Гипотеза о вечном круговороте двух форм материи делает объяснение сил отталкивания особенно необходимым. Но теперь их природа оказывается очевидной. Реактивная сила выброса вещества в полости ячеек, по грубой оценке, способна уравновесить силу гравитационного притяжения стенок ячеек. Во всяком случае, если теоретически необходимую силу отталкивания, из-за её малости, даже не пытались обнаружить, то световое давление экспериментально продемонстрировано ещё в XIX веке. Можно заключить, что в противовес очень слабым (из-за большого расстояния) силам взаимного притяжения, на стенки ячеек Вселенной действуют реактивные силы отталкивания газа, выбрасываемого излучениями в пустоту ячеек. При перевесе реактивной силы размеры ячеек увеличиваются, если же перевешивает гравитация – ячейки уменьшаются. Возраст Вселенной оценивается многими миллиардами лет, поэтому нужно думать, что силы притяжения и отталкивания хорошо уравновешивают друг друга, обеспечивая стационарность Вселенной в целом.

Полное объяснение природы сил отталкивания, вероятно, ещё долго будет загадкой, потому что основная часть этих сил находится в недоступном для наших исследований „нейтринном” мире, точно так же, как в нём заключена и основная часть массы Вселенной. Есть веские основания предполагать, что важнейшая составляющая этих сил порождена и обусловлена как раз процессами формирования ячеек Вселенной. О сущности же ячеек несколько подробнее будет сказано далее.

С такой точки зрения, становится уместным представление о бесконечной длительности круговорота двух форм материи. „Нейтринное” вещество непрерывно взрывается в ядрах квазаров-галактик, выплёскивая потоки энергии и обычного, видимого вещества. А параллельно в колоссальных ячейках Вселенной и в знакомых ядерных реакциях протекает противоположный процесс перехода видимого вещества в „нейтринную” форму.

Поскольку ядра галактик очень малы по сравнению с расстояниями между ними, у нейтрино мало шансов быстро попасть в одно из них, и снова превратиться в видимое вещество.Путь частиц к ядрам галактик, как к воротам перехода в видимый мир, вероятно, длится миллиарды лет. Нейтрино успевают пересечь множество ячеек, прежде чем попадут в одно из таких ядер. Это значит, что нейтрино, возникшие в какой-то ячейке Вселенной, расходуются не столько на поддержание активности ближайших квазаров и галактик, сколько на формирование общего вселенского пула [4] „нейтринного” вещества, объединяющего процессы во многих ячейках Вселенной.

* * *

Интересно, а прав ли был Д.Х. Джинс, говоривший только о центрах туманностей, как о точках притока вещества „из других измерений”? Прав ли был В.А. Амбарцумян, видевший только в ядрах галактик и квазаров „места перехода вещества из дозвёздного существования … в обычные для астрономии формы...”? Действительно ли только квазары и ядра галактик, благодаря экстремальным массам, способны преобразовывать „нейтринную” материю в обычную? А „спокойно” ли проходят нейтрино сквозь менее интенсивные гравитационные поля звёзд, не добавляют ли они звездам порции энергии?

В 40–60-е годы ХХ столетия астрофизики были убеждены, что Солнце питается исключительно энергией внутренних реакций термоядерного синтеза, прежде всего – синтеза гелия из водорода. Позже такая уверенность пошатнулась. Для этого было несколько причин. Первая связана с динамикой Солнца. В 1975 г. в СССР, в Англии и в США, почти одновременно, обнаружили пульсацию солнечной фотосферы с периодом 2 часа 40 минут. Это не совпадало с поведением стандартной модели Солнца, по которой, как требуется для термоядерной реакции, в центре звезды температура должна составлять около 15•10⁶ К, а плотность – 50 г/см³, откуда по теории адиабатических пульсаций газовых шаров вытекал период колебаний 48 минут. Если же пересчитать модель на реальный период колебаний, то температура в центре Солнца оказывалась 6,5•10⁶ К, и нелинейно связанная с температурой интенсивность термоядерного синтеза падала до 0,01% от реального излучения звезды!

Важно подчеркнуть, что в случаях, когда не затрагивается собственно источник звёздной энергии, астрофизики, как правило, получают очень хорошее совпадение математических моделей с реальными параметрами звёзд. Например, одним из методов проверки математической модели звезды является регистрация вращения линии апсид (т.е. большой оси орбиты) у близко расположенных компонентов двойной звезды. Этот метод даёт очень хорошее совпадение теории с экспериментом. Но в этом случае факторы, влияющие на результат, расположены не в центре звезды, не в зоне термоядерных реакций, а в звёздной оболочке!

Объяснение энергии излучения Солнца термоядерными реакциями в его ядре плохо согласуется и с достаточно авторитетной гипотезой В.Г. Фесенкова о повышении концентрации тяжёлых элементов к центру газопылевого облака, из которого сформировалась Солнечная система. Ведь если даже ядра далеко расположенных планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна – как полагают, состоят из металлов и силикатов, то это, тем более, должно относиться к Солнцу, возникшему в самой точке максимума концентрации тяжёлых элементов. А тяжёлое металло-силикатное ядро – это совсем не та зона, не те условия, в которых могли бы протекать мощные термоядерные реакции. По мере увеличения веса атомов, термоядерный синтез даёт всё меньше энергии, и требует всё более высоких температур. В области атомного веса железа ядерные реакции, в среднем, вовсе не выделяют энергию. Поэтому, хотя конвекционными потоками тяжёлые элементы перемешиваются с водородом, (не поднимаясь, однако, к фотосфере), их высокое содержание в центре Солнца должно существенно мешать термоядерному синтезу.

Ещё одно несоответствие принесли солнечные нейтрино. Научившись регистрировать нейтрино атомных реакторов, физики применили сходную методику и для регистрации нейтрино, возникающих при термоядерном синтезе в недрах нашей звезды. Первый эксперимент по регистрации нейтрино от Солнца начался в 1968 году в Homestake (США) и продолжался почти 30 лет. Отношение зарегистрированного количества нейтрино к расчётному оказалось равным всего 0,273 ± 0.015.

С тех пор, на основе разных принципов и методик, проводился длинный ряд экспериментов по регистрации солнечных нейтрино. Можно назвать детекторы Kamiokande и SuperKamiokande (Япония), SAGE (Баксан, Россия), GALLEX и GNO (Gran Sasso, Италия), SNO (Sudbury, Канада). Во всех экспериментах наблюдался дефицит солнечных нейтрино, что говорило о малой интенсивности термоядерных процессов в недрах Солнца, не обеспечивающих реально излучаемую светилом энергию. Тем самым обнаружил себя какой-то дополнительный источник звёздной энергии, не связанный с термоядерным синтезом. Вероятно, гравитационного поля металло-силикатного ядра звезды оказалось достаточно для стимулирования постепенного перехода „нейтринной” формы материи в видимую. Но даже этот слабый процесс дал в тысячи раз больше энергии, чем термоядерный синтез!

Неясно лишь, почему дефицит солнечных нейтрино (в 2–4 раза против расчётов) намного меньше дефицита термоядерной энергии (в 10'000 раз, по сравнению с расчётами). Так могло бы произойти, например, если рождение солнечных нейтрино сопровождает оба энергетических процесса – и термоядерный синтез гелия из водорода, и переход „нейтринной” материи в видимую форму – но второму процессу соответствует в 2–4 раза меньший поток солнечных нейтрино на единицу генерируемой мощности.

Основным недостатком экспериментов с атмосферными и солнечными нейтрино является неконтролируемость источников нейтрино. Поэтому интересна идея генерирования нейтрино больших энергий (до 100 ГэВ) с помощью ускорителя и детектирования их устройством, удалённым на 100 км и более. Такой эксперимент позволил бы зарегистрировать появление нового типа нейтрино в “чистом пучке”, и точно определить параметры осцилляций.

В 1999 году коллаборация К2К начала эксперимент, в котором пучок мюонных нейтрино с энергией 1 ГэВ от ускорителя КЕК (Япония) направлен сквозь толщу Земли на детектор SK. Расстояние между ускорителем и детектором составляет 250 км. Планируется проведение еще двух экспериментов. Один из них MINOS, должен использовать пучок мюонных нейтрино от ускорителя в Fermilab с энергией 25 ГэВ и мюонный спектрометр в шахте SOUDAN. Расстояние между ускорителем и детектором 730 км. Второй проект планирует использовать пучок мюонных нейтрино с энергией 25 ГэВ от ускорителя в CERN и подземный детектор в лаборатории Гран Сассо на расстоянии 730 км.

При двух главных космических источниках энергии – термоядерном синтезе и притоке из „нейтринного” мира – взрывной характер активности квазаров, рядом с более стабильным свечением звёзд (у которых, вероятно, больше, чем у квазаров, доля энергии термоядерного синтеза), заставляет думать, что основную нестабильность процессов (например, у Солнца) создаёт именно поток из „нейтринного” мира.

* * *

Здесь мы подошли ещё к одной из загадок Вселенной, получающей новое объяснение с позиций рассматриваемой гипотезы.

Известно, что максимальная яркость галактик в больших скоплениях приблизительно одинакова, что позволяет использовать их звёздные величины как критерий расстояний до них. С другой стороны, расстояния до галактик можно оценивать и по красному смещению линий спектра. Американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл сопоставил эти величины, построив график зависимости красного смещения z ярчайших галактик скоплений от их звёздной величины m, и получил при этом достаточно хорошее приближение к прямой линии (сам Хаббл использовал не ярчайшую, а пятую по яркости галактику скопления). Казалось бы, аналогичный график может быть построен и для квазаров. Однако попытки его построения привели к иному результату – точки, соответствующие квазарам, рассыпались в широкой области и сместились от прежней прямой в сторону более высоких яркостей.

Предпринималось много попыток объяснить полученные данные. Трудности вызывал, прежде всего, общий сдвиг точек графика в область более высоких яркостей, по сравнению с яркостями ядер спокойных галактик. Сдвиг показывал, что энергетика квазаров принципиально интенсивнее, чем энергетика ядер спокойных галактик. С позиций гипотезы о круговороте форм материи, особенность энергетики квазаров в том, что именно они являются самыми широкими воротами, через которые в наш мир вливается вещество и энергия из невидимого „нейтринного” мира. Ядра спокойных галактик (и, вероятно, звёзды) играют в этом принципиально меньшую роль, в них ощутимее вклад термоядерного синтеза.

* * *

Круговорот форм материи говорит, что Вселенная устроена сложнее, чем представлялось ранее. Связь между видимым и невидимым мирами образует динамичную саморегулирующуюся систему, режим которой непосредственно определяет свойства Вселенной. Изменения режима могут сказываться на её расширении-сжатии. Интенсивность сил отталкивания зависит от активности галактик и, значит, от колебаний мощности питающего их вселенского нейтринного пула. Мощность нейтринного пула, в свою очередь, зависит от интенсивности перехода обычной материи в „нейтринную” форму, т.е. от размеров полостей ячеек и времени пребывания в них газа.

Расширение ячеек усиливает преобразование обычной материи в „нейтринную” форму, увеличивает мощность нейтринного пула и излучение галактик, позволяет реактивным силам отталкивания перевесить силы тяготения и ещё более раздвигать стенки ячеек. Возникает положительная обратная связь, всё усиливающая перетекание обычной материи в „нейтринную” форму. Но существует оптимальный размер ячеек, превышение которого уже не увеличивает интенсивности перехода обычной материи в „нейтринную” форму и лишь бесполезно расходует энергию нейтринного пула. После достижения такого размера ячеек излучение галактик начнёт слабеть, силы тяготения постепенно станут перевешивать, и начнётся сжатие этой части Вселенной, пока снижение активности галактик не восстановит мощность нейтринного пула. Подобные колебания способны продолжаться вечно.

Поскольку масса нейтринной формы материи более, чем на порядок превышает массу видимого мира, то „нейтринный” мир оказывается во вселенской системе автоматического регулирования звеном с более высокой постоянной времени, лимитирующим звеном, ограничивающим скорость реакции системы на возмущение. Из теории автоматического регулирования известно, что системы со звеньями с разной инерционностью склонны к колебательному режиму. В данном случае нужно ожидать колебаний интенсивности галактических излучений, ведущих к попеременному перевесу то сил тяготения, сжимающих ячейки и всю Вселенную, то реактивных сил отталкивания галактик, увеличивающих размеры ячеек.

Когда заходит речь о колебательном режиме Вселенной, невольно возникает вопрос – как далеко и в какую сторону отклонился маятник в настоящее время? Этот вопрос соседствует с другим – а каковы свойства Вселенной в её „среднем положении”?

У маятника средним положением является то, которое при малом отклонении отделяет тенденцию к движению вправо от тенденции к движению влево. Аналогично, „средним положением” колеблющейся Вселенной должна являться та критическая средняя плотность, которая отделяет тенденцию расширения от тенденции сжатия. Трудно представить себе другой вариант, как трудно вообразить маятник, колеблющийся не около вертикали, а, скажем, около наклонной линии или горизонтали.

Критической средней плотности и „среднему положению” колеблющейся Вселенной соответствует евклидова геометрия пространства, при которой параллельные прямые пересекаются в бесконечности. Со стороны сжатия с этим состоянием соседствует замкнутая Вселенная, у которой параллельные прямые пересекаются на конечном расстоянии, а со стороны расширения – гиперболическая Вселенная, параллельные прямые которой не пересекаются даже в бесконечности. В каком же положении маятник сегодня?

„ Согласно астрофизическим данным, средняя плотность Вселенной близка к „критической”. Почему? Совпадение? Но всякое совпадение настораживает: простые совпадения обычно весьма маловероятны. Если мы всё же с ними сталкиваемся, они требуют соответствующих объяснений. У совпадений, если они не случайны (что, повторяем, маловероятно), должны быть вполне определённые причины. К какой же категории относится совпадение фактической средней плотности с „критической”? Если ко второй (не случайной), то в чём причина такого совпадения? ” [Комаров, 2000]

Гипотеза о круговороте форм материи даёт на этот вопрос чёткий ответ. Средняя плотность Вселенной потому близка к критической, что её состояние постоянно колеблется около этой точки. По этой же причине геометрия пространства Метагалактики близка к евклидовой. Учитывая, что скорость распространения возмущений ограничена скоростью света, плотность всей Вселенной не может колебаться синхронно. Этот процесс может лишь прокатываться по пространству волнами – когда в одних зонах Космоса происходит расширение, в других крупных зонах должно происходить сжатие. А наблюдаемая степень отклонений от точки равновесия характеризует общую амплитуду колебаний расширения-сжатия.

Отсюда может быть сделан и более серьёзный вывод. Наблюдаемую степень приближения к критической плотности и к евклидовости пространства нельзя объяснять особым счастьем нашего поколения!!! Она характеризует общие параметры колебаний Вселенной около состояния равновесия, характеризует точность работы её системы авторегулирования. Зафиксированные параметры показывают, что система авторегулирования Вселенной надёжно удерживает её у точки равновесия, и вдали от коллапса! Больше того, выше отмечалось, что „ … в очень больших масштабах вещество распределено чрезвычайно однородно. В масштабах, превышающих 10 миллиардов световых лет, его распредел

Date: 2015-07-10; view: 527; Нарушение авторских прав