Рис. 21. Модель гравитационных волн вблизи колеблющегося массивного тела
Наш мир пронизывает гравитация, всепроникающая и неэкранируемая, очень знакомая и столь непонятная. Волны тяготения — поперечные, как рябь на водной поверхности. Такая волна искажает структуру пространства в плоскости, перпендикулярной направлению ее распространения. Поэтому твердое тело, оказавшееся на пути гравитационной волны, будет испытывать деформации. Гравитационные волны возникают при движении больших масс материи. Например, они будут исходить от системы звезд разных масс, вращающихся вокруг общего центра.
Рис. 22. Таинственный центр нашей Галактики
Орбитальные астрономические обсерватории обнаружили, что ядро Галактики является мощным источником гамма-излучения на частоте определенной спектральной линии, которая согласуется с представлением о скрытой там массивной черной дыре. Галактики, подобные Млечному Пути, могут воплощать собой период спокойной зрелости в непрерывной эволюционной последовательности, включающей и бурную юность — квазары и взрывающиеся галактики. Поскольку квазары очень далеки от нас, мы наблюдаем их в период молодости, какими они были миллиарды лет назад.
Звезды Млечного Пути движутся в величественном порядке. Шаровые скопления ныряют сквозь галактическую плоскость и выходят с противоположной стороны, где замедляют свой ход, поворачивают и устремляются обратно. Если бы мы могли проследить за движением отдельных звезд вблизи галактической плоскости, то увидели бы, что оно напоминает подпрыгивание воздушной кукурузы. Мы никогда не видели, чтобы галактики существенно изменяли форму, но лишь потому, что это занимает слишком много времени. Млечный Путь совершает один оборот за четверть миллиарда лет. …Астрономический снимок любой галактики — это лишь стоп-кадр, фиксирующий один момент ее медленного движения и эволюции.
Рис. 23. Остаток сверхновой и нейтронная звезда
Это типичный остаток от взрыва звезды, которым неизбежно заканчивается жизнь массивных звезд. Нейтронная звезда светится во всем спектре электромагнитного излучения — от радиоизлучения (синий цвет) до оптического (красный цвет) и рентгеновского (зеленый цвет). Свет от взрыва звезды, создавшего это расширяющееся космическое облако, преодолел путь длиною около пяти тысяч световых лет и достиг нашей планеты несколько тысяч лет назад.
Рис. 24. Загадочная энергия Солнца
В своих работах энтузиасты антигравитации указывают на еще одно возможное космическое проявление следов отрицательных масс. Речь идет об источнике солнечной энергии. Физики долго были уверены, что это — бушующие в его недрах термоядерные реакции. С точки зрения ядерной физики наше светило не что иное, как термоядерная бомба, только такая огромная, что взрыв ее продолжается миллиарды лет. Мы можем достаточно точно рассчитать интенсивность реакций, необходимых для поддержания наблюдаемой температуры Солнца, и соответственно вычислить поток рождающихся в этих реакциях частиц нейтрино. То, что в действительности наблюдается значительно меньший их поток, говорит о том, что интенсивность термоядерных реакций на Солнце меньше расчетной, а это означает, что там, возможно, есть еще какой-то дополнительный, неизвестный нам источник энергии. Может быть, Солнце подогревается потоком частиц-антигравитантов, изливающихся из глубин космоса? Опускаясь по шкале отрицательных энергий, они могут передавать положительную энергию солнечной плазме и поднимать ее температуру.
Рис. 25. Свернутое пространство в фотообъективе «рыбий глаз»
Для объединения известных четырех взаимодействий нужно не менее шести новых направлений в пространстве. С другой стороны, исследования, основанные на теории симметрий Галуа, показали, что имеется всего только две возможности — десяти- и одиннадцатимерное пространство-время. Тем не менее до однозначности здесь еще далеко. Структура многомерных пространств чрезвычайно сложна, и дополнительные шесть или семь степеней свободы можно «свернуть» в сверхмалом объеме множеством способов. И каждый способ — новая теория со своими геометрическими и физическими особенностями.
Рис. 26. Зарождение первых звезд
Вполне вероятно, что если принять на вооружение «темный» сценарий зарождения галактик, то определяющая роль «темных» гравиконцентратов — правда, гораздо меньшего масштаба — выявится и при образовании первых звезд.
Рис. 27. Эволюция «шиворот-навыворот». Компьютерная модель смеси «темных» и «обычных» частиц в ранней Вселенной
Традиционный сценарий развития процесса Большого взрыва, просуществовавший без малого столетие, предполагал вполне понятную и логически стройную линию развития материи от элементарных частиц, атомов и молекул до звезд, планет и галактик. Согласно новым схемам построения Мироздания, уже на самых ранних этапах эволюции Вселенной скрытые «темные» частицы входили в смесь с обычным веществом, образуя неоднородности скрытых тяжелых частиц. Эти «зерна» темного вещества могли бы составить своеобразный «темный скелет» будущих галактик. То есть к моменту формирования ядер атомов темная материя вполне успела бы оформиться в галактики и даже в скопления галактик, а уже на них начали бы собираться под воздействием гравитации высвобождающиеся элементы обычной материи. Такая модель формирования нашего мира напоминает затягивание пены обычного вещества в водовороты вселенской реки темной материи.
Рис. 28. Расширение Вселенной
Наглядно расширение Вселенной можно представить как раздувание поверхности воздушного шара. При этом возникает иллюзия, что каждая точка пространства является центром расширения, удаляясь на фоне увеличения всех вселенских масштабов. С течением времени неизвестная энергия, вызвавшая раздувание, перешла в тепло — и Вселенная разогрелась, положив начало Большому взрыву. Современные космологи все больше склоняются к тому, что возникновение Мироздания напоминает кипение вакуума с образованием множества пузырей пространственно-временной пены. После Большого взрыва на протяжении семи миллиардов лет в балансе вселенских сил доминировала гравитация, тормозя разлет галактик во Вселенной. Затем произошел совершенно непонятный сдвиг физических законов — и наш мир стал расширяться ускоренно.
Рис. 29. Галактический горизонт
Условную границу, отделяющую все, что могут разглядеть и зафиксировать самые мощные астрономические инструменты, от еще не познанной Вселенной, часто называют метагалактическим — или просто галактическим — горизонтом. С двадцатых годов прошлого века за границу галактического горизонта вместе с астрономами и астрофизиками стали «заглядывать» физики-теоретики, надеясь открыть путь к построению «теории всего».
Что же там может находиться, за метагалактическим горизонтом? Бесконечна ли Вселенная или замкнута сама на себя? Если размеры ее конечны, то как будет происходить дальнейшее расширение пространства?
Открытие ускоренного расширения Вселенной только добавило вопросов в общую картину Мироздания. Теперь все больше теоретиков предполагают, что за галактическим горизонтом могут скрываться невообразимые разливы пространства-времени, рядом с которыми даже космические провалы черных дыр квазаров покажутся микроскопически ничтожными.
Рис. 30. Распространение элементов в Метагалактике
По данным наблюдений, Вселенная состоит в основном из водорода (¾ по массе) и гелия (¼); прочие элементы составляют примесь порядка одного процента. Эти данные получены на основе анализа спектров звезд и межзвездного газа и хорошо согласуются с теоретическими моделями астрофизики, описывающими состав и эволюцию звезд. Приведенные выше цифры (¾ и ¼) относятся к начальной фазе данной эволюции, в процессе которой в звездах вырабатываются и другие, в том числе тяжелые элементы. По современным представлениям, в первые минуты своего существования Вселенная прошла «эру нуклеосинтеза», во время которой и образовались водород и гелий в пропорции 3:1, а также ничтожная доля других легких элементов, в частности лития и изотопов водорода — дейтерия и трития. Все прочие, более тяжелые элементы уже гораздо позднее образовались внутри звезд, а в межзвездное пространство попадают при взрывах сверхновых звезд.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Аннигиляция — процесс, при котором частица и ее античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга.
Античастица — у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.
Апейрон — понятие древнегреческой науки для обозначения беспредельной, неопределенной, бескачественной материи, находящейся в вечном движении. Все бесконечное многообразие вещей, все миры возникли путем выделения из апейрона противоположностей и их борьбы.
Атом — наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из крошечного ядра (составленного из протонов и нейтронов) и обращающихся вокруг него электронов.
Белый карлик — стабильная холодная звезда, находящаяся в равновесии благодаря тому, что в силу принципа исключения Паули между электронами действуют силы отталкивания.
Большой взрыв — космический катаклизм пространства и времени, в результате которого возникла Вселенная.
Большой хлопок — сингулярность в конечной точке существования Вселенной.
Вес — сила, с которой на тело действует гравитационное поле. Вес тела пропорционален массе тела, но не совпадает с ней.
Виртуальная частица — в квантовой механике — частица, которую невозможно зарегистрировать непосредственно, но существование которой подтверждается эффектами, поддающимися измерению.
Гамма-излучение — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радиоактивном распаде или при соударениях элементарных частиц.