VIII. ЭПИЛОГ: ПЕРСПЕКТИВЫ

Еще некоторое время Вселенная безусловно будет продолжать расширяться. Что же касается ее судьбы после этого, то стандартная модель дает двусмысленное предсказание: все зависит от того, меньше или больше космическая плотность определенного критического значения.

Как мы видели в главе II, если космическая плотность меньше критической плотности, то Вселенная имеет бесконечную протяженность и будет продолжать расширяться всегда. Наши потомки, если они у нас тогда будут, увидят, как медленно подходят к концу термоядерные реакции во всех звездах, оставляя после себя различные сорта шлака: черные карликовые звезды, нейтронные звезды, возможно, черные дыры. Планеты могут продолжать свое движение по орбитам, немного замедляясь за счет излучения гравитационных волн, но никогда не приходя в состояние покоя за любое конечное время. Температура космического фона излучения и нейтрино будет продолжать падать обратно пропорционально размеру Вселенной, но этот фон не исчезнет; даже сейчас мы едва можем детектировать трехградусный фон микроволнового излучения[55].

В то же время, если космическая плотность больше критического значения, то Вселенная конечна и ее расширение в конце концов прекратится, уступив место все ускоряющемуся сжатию. Если, например, космическая плотность вдвое больше критического значения и популярное в настоящее время значение постоянной Хаббла (15 км/с на миллион световых лет) правильно, то сейчас Вселенной 10 миллиардов лет; она будет продолжать расширяться еще 50 миллиардов лет, а затем начнет сжиматься (см. рис. 4). Сжатие — это в точности расширение, но идущее назад по времени; через 50 миллиардов лет Вселенная вернется к теперешним размерам, а еще через 10 миллиардов лет она достигнет сингулярного состояния бесконечной плотности.

В течение, по крайней мере, начальной стадии фазы сжатия астрономы (если они тогда будут) смогут забавляться, наблюдая одновременно красные и голубые смещения. Свет от ближайших галактик, испущенный в то время, когда Вселенная была больше, чем в момент наблюдения света, будет казаться сдвинутым в сторону коротковолнового конца спектра, т. е. в голубую сторону. В то же время свет от чрезвычайно далеких объектов, испущенный в то время, когда Вселенная все еще находилась на ранних стадиях своего расширения и была даже меньше, чем в тот момент, когда свет наблюдается, будет казаться сдвинутым в сторону длинноволнового конца спектра, т. е. в красную сторону.

Пока Вселенная будет расширяться, а затем сжиматься, температура космического фона фотонов и нейтрино будет сначала падать, а затем расти, причем всегда обратно пропорционально размеру Вселенной. Если сейчас космическая плотность вдвое больше своего критического значения, тогда наши вычисления показывают, что Вселенная в момент максимального расширения будет точно вдвое больше, чем сейчас, так что температура микроволнового фона будет, следовательно, ровно вдвое меньше теперешнего значения З К, т. е. около 1,5 К. Затем, как только Вселенная начнет сжиматься, температура станет расти.

Поначалу не будет никаких тревожных сигналов — в течение тысяч миллионов лет фон излучения будет так холоден, что нужны будут большие усилия, чтобы вообще его обнаружить. Однако, когда Вселенная сократиться до одной сотой теперешнего размера, фон излучения начнет преобладать в небе: ночное небо станет таким же теплым (300 К), как наше теперешнее небо днем. Семьдесят миллионов лет спустя Вселенная сократится еще в десять раз, и наши наследники и преемники (если они будут) увидят небо невыносимо ярким. Молекулы в атмосферах планет и звезд и в межзвездном пространстве начнут диссоциировать на составляющие их атомы, а атомы начнут разбиваться на свободные электроны и атомные ядра. Еще после 700 000 лет космическая температура достигнет десяти миллионов градусов; тогда сами звезды и планеты начнут диссоциировать в космический суп из излучения, электронов и ядер. В последующие 22 дня температура поднимется до десяти миллиардов градусов. Тогда ядра начнут разбиваться на составляющие их протоны и нейтроны, уничтожая всю работу как звездного, так и космологического нуклеосинтеза. Вскоре после этого электроны и позитроны станут в больших количествах рождаться в фотон-фотонных столкновениях, а космический фон нейтрино и антинейтрино снова достигнет теплового союза с остальным содержимым Вселенной.

Можем ли мы действительно проследить всю эту печальную историю до самого конца, до состояния бесконечных температуры и плотности? Действительно ли время останавливается где-то через три минуты после того, как температура достигает миллиарда градусов? Очевидно, мы не можем быть в этом уверены. Все те неопределенности, с которыми мы столкнулись в предыдущей главе, пытаясь изучить первую сотую долю секунды, вернутся, чтобы смутить нас, когда мы посмотрим на последнюю сотую долю секунды. Кроме всего прочего, Вселенная в целом при температуре выше 100 миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов градусов (1032 К) должна описываться на языке квантовой механики, и никто не имеет понятия, что при этом случится. Наконец, если Вселенная на самом деле неизотропна и неоднородна (см. конец главы V), то вся рассказанная нами история может оказаться неправильной задолго до того, как мы столкнемся с проблемами квантовой космологии.

Некоторые космологи видят в этих неопределенностях луч надежды. Может быть так, что Вселенная испытает нечто вроде космического «скачка» и начнет вновь расширяться. В «Эдде» после заключительной битвы богов и великанов в Рагнораке Земля была уничтожена огнем и водой, но воды сошли, сыны Тора вышли из Ада, неся молот своего отца, и весь мир начался снова. Но если Вселенная начнет вновь расширяться, ее расширение будет опять замедляться до остановки, затем последует другое сжатие, которое закончится другим космическим Рагнораком, после чего последует новый скачок, и так всегда.

Если таково наше будущее, то, вероятно, таково же и наше прошлое. И теперешняя расширяющаяся Вселенная представляет собой только фазу, следующую за последним сжатием и скачком. (Действительно, в своей работе 1965 года о фоне космического микроволнового излучения Дикке, Пиблз, Ролл и Уилкинсон предполагали, что существовала предыдущая полная фаза космического расширения и сжатия, и показали, что Вселенная должна была достаточно сжаться, чтобы поднять температуру, по меньшей мере, до десяти миллиардов градусов для того, чтобы разбить тяжелые элементы, образованные в предыдущей фазе.) Глядя все дальше и дальше назад, мы можем представить себе бесконечный цикл расширений и сжатий, простирающийся в бесконечно далекое прошлое и никогда не имеющий начала.

Осциллирующая модель привлекает некоторых космологов с философской точки зрения, особенно потому, что она, как и стационарная модель, деликатно избегает проблемы Генезиса. Однако эта модель сталкивается с серьезной теоретической трудностью. В каждом цикле, когда Вселенная расширяется и сжимается, отношение числа фотонов к числу ядерных частиц (или, более точно, энтропия на ядерную частицу) несколько увеличивается благодаря определенного типа трению (известному как «объемная вязкость»). Насколько мы знаем, Вселенная должна тогда начинать каждый новый цикл с новым, слегка большим отношением фотонов к ядерным частицам. Сейчас это отношение велико, но не бесконечно, так что трудно увидеть, каким образом могла Вселенная испытать перед этим бесконечное число циклов.

Таблица 1. Свойства некоторых элементарных частиц

Примечание. Энергия покоя — это та энергия, которая высвободилась бы, если бы вся масса частицы превратилась в энергию. Пороговая температура равна энергии покоя, деленной на постоянную Больцмана; это та температура, выше которой частица может свободно рождаться из теплового излучения. «Эффективное число разновидностей» дает относительный вклад каждого типа частиц в полные энергию, давление и энтропию при температуре много выше пороговой. Это число написано как произведение трех множителей: первый множитель равен 2 или 1, соответственно тому, имеет ли данная частица отличную от себя античастицу или нет; второй множитель есть число возможных ориентаций спина частицы; последний множитель равен 7/8 или 1, соответственно тому, подчиняется частица принципу исключения Паули или нет. Среднее время жизни есть средний интервал времени, который живет частица прежде, чем она испытает радиоактивный распад на другие частицы.

Как бы ни разрешились все эти проблемы, и какая бы космологическая модель ни оказалась правильной, ни в одной из них мы не находим утешения. Для человеческих существ почти неизбежна вера в то, что мы имеем какое-то особое отношение к Вселенной, и что человеческая жизнь есть не просто более или менее нелепое завершение цепочки случайностей,

VIII. Эпилог: перспективы 160

Излучение Длина волны, см Энергия фотонов, эВ Температура черного тела, К

Радио (до УВЧ) Микроволновое Инфракрасное Видимое Ультрафиолетовое Рентгеновское Гамма-излучение > 10 0,01–10 0,0001-0,01 1×10"5-10"4 10"7–2 × Ю-5 10"9-10"7 <10"9 < 0,00001 0,00001-0,01 0,01-1 1–6 6-1000 1000-100 000 > 100 000 < 0,03 0,03–30 30-3000 3000-15 000 15 000-3 × 106 3 × 106-3 × 108 > 3 × 108

ведущей начало от первых трех минут, а что наше существование было каким-то образом предопределено с самого начала. Случилось так, что, когда я писал это, я находился в самолете по дороге домой из Сан-Франциско в Бостон и летел на высоте 30 000 футов над Вайомингом. Земля подо мной выглядела очень нежной и уютной — легкие облачка здесь и там, снег, ставший ярко-розовым, когда садилось Солнце, дороги, лентами протянувшиеся по всей стране от одного города к другому. Очень трудно осознать, что все это — лишь крошечная часть ошеломляюще враждебной Вселенной. Еще труднее представить, что эта сегодняшняя Вселенная развилась из невыразимо незнакомых начальных условий, и что ей предстоит будущее угасание в бескрайнем холоде или невыносимой жаре. Чем более постижимой представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной.

Таблица 2. Свойства некоторых типов излучения

Примечание. Каждый тип излучения характеризуется определенным интервалом длин волн, которые даны здесь в сантиметрах. Этому интервалу длин волн соответствует интервал энергий фотонов, которые даны здесь в электронвольтах. Температура черного тела есть та температура, при которой излучение черного тела будет иметь максимум по энергии, сконцентрированной вблизи данной длины волны; эта температура дана здесь в градусах Кельвина. (Например, длина волны, на которую настроились Пензиас и Вилсон в своих наблюдениях космического фона излучения, равнялась 7,35 см, так что это — микроволновое излучение; энергия фотонов, испускаемых при радиоактивных превращениях ядер, обычно порядка миллиона электронвольт, так что это — гамма-излучение; поверхность Солнца имеет температуру 5800 К, так что Солнце испускает видимый свет.) Конечно, нет резких границ между отдельными типами излучения и не существует единого соглашения по поводу различных интервалов длин волн.

Но если и нет утешения в плодах нашего исследования, есть, по крайней мере, какое-то утешение в самом исследовании. Мужчины и женщины не склонны убаюкивать себя сказками о богах и великанах или замыкаться мыслями в повседневных делах; они строят телескопы, спутники и ускорители и нескончаемые часы сидят за своими столами, осмысливая собранные данные. Попытка понять Вселенную — одна из очень немногих вещей, которые чуть приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

А

Абсолютная светимость. Полная энергия, излучаемая любым астрономическим телом за единицу времени.

Адрон. Любая частица, принимающая участие в сильных взаимодействиях. Адроны делятся на барионы (такие, как нейтрон и протон), которые подчиняются принципу исключения Паули, и мезоны, которые не подчиняются этому принципу.

Ангстрем (единица длины). Одна стомиллионная доля сантиметра (10-8 см). Обозначается А. Типичные атомные размеры составляют несколько ангстрем, типичные длины волн видимого света — несколько тысяч ангстрем.

Античастица. Частица с теми же массой и спином, как и другая частица, но с равными по величине и противоположными по знаку электрическим зарядом, барионным числом, лептонным числом и т. п. Для каждой частицы имеется соответствующая античастица, за исключением нескольких чисто нейтральных частиц вроде фотона и π °-мезона, которые сами являются своими античастицами. Антинейтрино есть античастица для нейтрино; антипротон есть античастица для протона и т. д. Антивещество состоит из антипротонов, антинейтронов и антиэлектронов, или позитронов.

Асимптотическая свобода. Свойство ряда полевых теорий сильных взаимодействий, заключающееся в том, что силы становятся все более слабыми на малых расстояниях.

Б

Барионы. Класс сильновзаимодействующих частиц, включающий нейтроны, протоны и нестабильные адроны, известные как гипероны. Барионное число есть полное число, имеющихся в системе, барионов минус полное число антибарионов.

В

Водород. Легчайший и самый распространенный химический элемент. Ядро обычного водорода состоит из одного протона. Существуют также два более тяжелых изотопа — дейтерий и тритий. Атомы любого типа водорода состоят из ядра и одного электрона; в положительно заряженных ионах водорода электрон отсутствует.

Видимая светимость. Полная энергия, принимаемая от любого астрономического тела за единицу времени на единицу площади поверхности.

Г

Галактика. Большое связанное силами тяготения скопление звезд, содержащее до 1012 солнечных масс. Нашу галактику иногда называют Г алактикой. Обычно галактики классифицируют в соответствии с формой и делят на эллиптические, спиральные, спиральные с перемычкой и иррегулярные.

Гелий. Второй (в таблице Менделеева) легчайший и второй по распространенности химический элемент. Существуют два стабильных изотопа гелия, ядро 4Не содержит два протона и два нейтрона, а ядро 3Не содержит два протона и один нейтрон. Атомы гелия имеют вокруг ядра два электрона.

Гидроксила ион. Ион ОН-, образованный из атома кислорода, атома водорода и одного лишнего электрона.

Голубое смещение. Смещение спектральных линий в сторону более коротких длин волн, вызванное эффектом Доплера для приближающегося источника.

Горизонт. В космологии — это такое расстояние, что никакой световой сигнал, испущенный с большего расстояния, не мог еще успеть достичь нас. Если Вселенная имеет конечный возраст, тогда расстояние до горизонта порядка возраста, умноженного на скорость света.

Гравитационные волны. Волны гравитационного поля, аналогичные световым волнам в электромагнитном поле. Гравитационные волны распространяются с той же скоростью 299 792 км/с, что и световые волны. Нет общепризнанного экспериментального свидетельства существования гравитационных волн, но их существование требуется общей теорией относительности и не вызывает серьезных сомнений. Квант гравитационного излучения, аналогичный фотону, называется гравитоном.

Д

Девы скопление. Гигантское скопление более 1000 галактик в созвездии Девы. Это скопление удаляется от нас со скоростью около 1000 км/с и, как считается, находится на расстоянии в 60 миллионов световых лет.

Дейтерий. Тяжелый изотоп водорода 2Н. Ядро дейтерия, называемое дейтоном, состоит из одного протона и одного нейтрона.

Джинса масса. Минимальная масса, для которой гравитационное притяжение может преодолеть внутреннее давление и образовать гравитационно-связанную систему. Обозначается МD.

Диаграммы Фейнмана. Диаграммы, символически изображающие различные вклады в вероятности реакций между элементарными частицами.

Длина волны. Для любого типа волн расстояние между волновыми гребнями. Для электромагнитных волн длина волны может быть определена как расстояние между точками, в которых любая компонента вектора электрического или магнитного поля достигает максимального значения. Обозначается λ.

Доплера эффект. Изменение частоты любого сигнала, вызванное относительным движением источника и приемника.

З

Закон Рэлея — Джинса. Простое соотношение между плотностью энергии (в единичном интервале длин волн) и длиной волны, справедливое в длинноволновом пределе планковского распределения. В этом пределе плотность энергии обратно пропорциональна четвертой степени длины волны[56].

Закон сохранения. Закон, утверждающий, что полное значение какой-то величины не меняется в любой реакции.

Закон Стефана — Больцмана. Пропорциональность плотности энергии излучения черного тела четвертой степени температуры.

Закон Хаббла. Соотношение пропорциональности между скоростью удаления умеренно далеких галактик и расстоянием до них. Постоянная Хаббла есть отношение скорости к расстоянию в этом соотношении; она обозначается Н или Н0.

И

Излучение черного тела. Излучение с той же плотностью энергии в каждом интервале длин волн, как и у излучения, испускаемого полностью поглощающим нагретым телом. Излучение в любом состоянии теплового равновесия является излучением черного тела.

Изотропия. Предполагаемое свойство Вселенной, заключающееся в том, что для типичного наблюдателя она выглядит одинаково во всех направлениях.

Инфракрасное излучение. Электромагнитные волны с длинами волн между 0,0001 и 0,01 см (от десяти тысяч до одного миллиона ангстрем), промежуточные между видимым светом и микроволновым излучением. Тела при комнатной температуре излучают главным образом в инфракрасном диапазоне.

К

Калибровочные теории. Класс теории поля, интенсивно изучаемых в настоящее время в качестве возможных теорий слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий. Такие теории инвариантны относительно преобразований симметрии, действие которых меняется от точки к точке в пространстве — времени. Термин «калибровочная» происходит от обычного английского слова, означающего «мера», но используется главным образом по историческим причинам.

Квазизвездные объекты. Класс астрономических объектов, имеющих вид звезд и очень малые угловые размеры, но обладающих большим красным смещением. Иногда, если они являются сильными радиоисточниками, называются квазизвездными источниками (квазарами). Их истинная природа неизвестна.

Квантовая механика. Фундаментальная физическая теория, развитая в 20-е годы как замена классической механики. В квантовой механике волны и частицы представляют собой два аспекта одной и той же сущности, лежащей в их основе. Частица, связанная данной волной, есть квант этой волны. Кроме того, состояния связанных систем, вроде атомов или молекул, занимают лишь некоторые определенные уровни энергии; тогда говорят, что энергия квантована.

Кварки. Гипотетические фундаментальные частицы, из которых, по предположению, состоят все адроны. Изолированные кварки никогда не наблюдались, и имеются теоретические основания подозревать, что кварки, хотя они в определенном смысле реальны, никогда не могут наблюдаться как изолированные частицы.

Кельвин. Температурная шкала, аналогичная шкале Цельсия, но с нулем температуры, выбранным в точке абсолютного нуля, а не в точке таяния льда. Точка таяния льда при давлении одна атмосфера равна 273,15 К.

Космическое излучение. Заряженные частицы больших энергий, проникающие в атмосферу Земли из окружающего пространства.

Космологическая постоянная. Член, добавленный в 1917 году Эйнштейном в его уравнения гравитационного поля. Такой член приводил бы к отталкиванию на очень больших расстояниях и был бы необходим в статической Вселенной для уравновешивания притяжения, обусловленного тяготением. В настоящее время нет причин предполагать существование космологической постоянной.

Космологический принцип. Гипотеза, согласно которой Вселенная изотропна и однородна.

Космология «большого взрыва». Теория, согласно которой расширение Вселенной началось конечное время тому назад из состояния колоссальных плотности и давления.

Красное смещение. Смещение спектральных линий в сторону больших длин волн, вызванное эффектом Доплера для удаляющегося источника. В космологии относится к наблюдаемому смещению спектральных линий удаленных астрономических тел в сторону больших длин волн. Красное смещение, выраженное через отношение увеличения длины волны к испущенной длине волны, обозначается z.

Критическая плотность. Минимальное значение космической плотности массы в настоящее время, требуемое для того, чтобы расширение Вселенной в конце концов прекратилось и сменилось сжатием. Если космическая плотность превышает критическую плотность, то Вселенная пространственно конечна.

Критическая температура. Температура, при которой возникает фазовый переход.

Л

Лептоны. Класс частиц, не принимающих участия в сильных взаимодействиях и включающий электрон, мюон и нейтрино. Лептонное число есть полное число имеющихся в системе лептонов минус полное число антилептонов.

М

Максимальная температура. Верхний предел температуры, возникающий в некоторых теориях сильных взаимодействий. Оценен в этих теориях в две тысячи миллиардов градусов Кельвина.

Мезоны. Класс сильновзаимодействующих частиц, включающий пи-мезоны, К -мезоны, ро-мезоны и другие частицы, имеющие нулевое барионное число.

Микроволновое излучение. Электромагнитные волны с длинами от 0,01 до 10 см, промежуточные между радиоволнами сверхвысоких частот и инфракрасным излучением. Тела с температурой несколько градусов Кельвина излучают главным образом в микроволновом диапазоне.

Млечный Путь. Древнее название полосы звезд, отмечающих плоскость нашей Галактики. Иногда употребляется как название самой нашей Галактики.

Модель Фридмана. Математическая модель пространственно-временной структуры Вселенной, основанная на общей теории относительности (без космологической постоянной) и Космологическом Принципе.

Мюон. Нестабильная элементарная частица с отрицательным зарядом, похожая на электрон, но в 207 раз более тяжелая. Обозначается μ-. Иногда называется мю-мезон, но не взаимодействует сильно, как настоящие мезоны.

Н

Нейтрино. Безмассовая электрически нейтральная частица, способная только к слабым и гравитационным взаимодействиям. Обозначается ν. Существуют, по крайней мере, две разновидности нейтрино, известные как электронное (μе) и мюонное (νμ).

Нейтрон. Нейтральная частица, найденная наряду с протонами в обычных атомных ядрах. Обозначается n.

Номера по Мессье. Каталоговые номера различных туманностей и звездных скоплений в списке Шарля Мессье. Обычно указывается сокращенно как М…; так, туманность Андромеды есть М 31.

О

Общая теория относительности. Теория тяготения, развитая Альбертом Эйнштейном в течение десятилетия с 1906 по 1916 год. Как сформулировал Эйнштейн, основная идея общей теории относительности заключается в том, что тяготение есть эффект искривления пространственно-временного континуума.

Однородность. Предполагаемое свойство Вселенной, заключающееся в том, что в любой данный момент времени она выглядит одинаково для всех типичных наблюдателей, где бы они ни находились.

П

Параметр замедления. Число, характеризующее скорость, с которой замедляется разбегание далеких галактик.

Парсек. Астрономическая единица расстояния. Определяется как расстояние до объекта, параллакс которого (годовое смещение на небе, обязанное движению Земли вокруг Солнца) равен одной дуговой секунде. Сокращенно пк. Равен 3,0956 × 1013 километров, или 3,2615 светового года. Обычная для космологии единица — один миллион парсеков, или мегапарсек, сокращенно Мпк. Постоянная Хаббла обычно дается в километрах в секунду на мегапарсек.

Пи-мезон. Адрон с наименьшей массой. Существует в трех разновидностях: положительно заряженная частица (π+), ее отрицательно заряженная античастица (π-) и несколько более легкая нейтральная частица (π0). Все эти частицы иногда называют пионами.

Плотность. Количество любой величины, содержащееся в единичном объеме. Плотность массы есть масса в единице объема; часто эта величина называется просто плотностью. Плотность энергии есть энергия в единице объема; плотность числа частиц, или плотность частиц, есть число частиц в единице объема.

Позитрон. Положительно заряженная античастица электрона. Обозначается е+.

Постоянная Больцмана. Фундаментальная постоянная статистической механики, связывающая температурную шкалу с единицами энергии. Обычно обозначается как κ или κБ. Равна 1,3806 × 10-16 эрг на градус Кельвина или 0,00008617 электронвольт на 1 К.

Постоянная Планка. Фундаментальная постоянная квантовой механики. Обозначается h. Равна 6,625 × 10-27 эрг·с. Постоянная Планка была впервые введена в 1900 году в планковской теории излучения черного тела. Затем она появилась в 1905 году в эйнштейновской теории фотонов: энергия фотона равна постоянной Планка, умноженной на скорость света и деленной на длину волны. В наши дни более принято использовать постоянную h (h с чертой), определяемую как постоянная Планка, деленная на 2π.

Постоянная Ньютона. Фундаментальная постоянная ньютоновой и эйнштейновской теорий тяготения. Обозначается G. В ньютоновой теории тяготения сила, действующая между двумя телами, равна G, умноженной на произведение масс тел и деленной на квадрат расстояния между ними. В метрических единицах равна 6,67 × 10-8 см3/(г·с2).

Постоянная тонкой структуры. Фундаментальная постоянная атомной физики и квантовой электродинамики, определяемая как квадрат заряда электрона, деленный на произведение постоянной Планка и скорости света. Обозначается α, равна 1/137,036.

Пороговая температура. Температура, выше которой данный тип частиц может в изобилии рождаться излучением черного тела. Равна массе частицы, умноженной на квадрат скорости света и деленной на постоянную Больцмана.

Принцип исключения Паули. Принцип, согласно которому никакие две частицы одного типа не могут занимать в точности одно и то же квантовое состояние. Этому принципу подчиняются барионы и лептоны, но не фотоны и мезоны.

Протон. Положительно заряженная частица, обнаруженная наряду с нейтронами в обычных атомных ядрах. Обозначается р. Ядро водорода состоит из одного протона.

Распределение Планка. Распределение энергии по различным длинам волн для излучения в тепловом равновесии, т. е. для излучения черного тела.

Рекомбинация. Соединение атомных ядер и электронов в обычные атомы. В космологии термин «рекомбинация» часто используется специально для обозначения образования атомов гелия и водорода при температуре около 3000 К.

Ро-мезон. Один из многих чрезвычайно нестабильных адронов. Распадается на два пи-мезона со средним временем жизни 4,4 × 10-24 с.

С

Сверхновые. Грандиозные звездные взрывы, в которых все вещество звезды, кроме внутреннего ядра, выбрасывается в межзвездное пространство. Сверхновая за несколько дней рождает столько же энергии, сколько Солнце излучает за несколько миллионов лет. Последнюю сверхновую, наблюдавшуюся в нашей Галактике, видел в 1604 году Кеплер (а также корейские и китайские придворные астрономы) в созвездии Змееносца, но считается, что радиоисточник Кассиопея А связан с более поздней сверхновой.

Световой год. Расстояние, которое свет проходит за год, и равное 9,4605 тысячи миллиардов километров.

Сильные взаимодействия. Наиболее сильное из четырех общих типов взаимодействия элементарных частиц. Ответственно за ядерные силы, удерживающие протоны и нейтроны в атомных ядрах. Сильным взаимодействиям подвержены только адроны, но не фотоны и лептоны.

Слабые взаимодействия. Один из четырех общих типов взаимодействий элементарных частиц. При обычных энергиях слабые взаимодействия значительно слабее электромагнитных или сильных взаимодействий, хотя и много сильнее гравитационного взаимодействия. Слабые взаимодействия ответственны за относительно медленные распады частиц вроде распадов нейтрона и мюона, а также за все реакции с участием нейтрино. В настоящее время широко распространено мнение, что слабые, электромагнитные и, возможно, сильные взаимодействия суть проявления лежащей в их основе простой единой калибровочной теории поля.

Скорость света. Фундаментальная постоянная специальной теории относительности, равная 299 792 км/с. Обозначается с. Любая частица нулевой массы, такая, как фотон, нейтрино или гравитон, распространяется со скоростью света. Скорости материальных частиц приближаются к скорости света, когда их энергии становятся очень большими по сравнению с энергией покоя mс2, заключенной в их массе.

Собственное движение. Смещение положения астрономических тел на небе, вызванное их движением под углами к лучу зрения. Обычно измеряется в дуговых секундах за год.

Специальная теория относительности. Новый взгляд на пространство и время, предложенный в 1905 году Альбертом Эйнштейном. Как и в ньютоновой механике, имеется совокупность математических преобразований, связывающих пространственно-временные координаты, используемые различными наблюдателями, таким образом, что законы природы оказываются для этих наблюдателей одинаковыми. Однако в специальной теории относительности пространственно-временные преобразования имеют то существенное свойство, что они оставляют скорость света неизменной независимо от скорости наблюдателя. Говорят, что любая система, содержащая частицы со скоростями, близкими к скорости света, является релятивистской, и такая система должна изучаться в соответствии с законами специальной теории относительности, а не ньютоновой механики.

Спин. Фундаментальное свойство элементарных частиц, описывающее состояние вращения частицы. Согласно законам квантовой механики спин может принимать только некоторые определенные значения, равные целому или полуцелому числу, умноженному на постоянную Планка.

Средний свободный пробег. Среднее расстояние, проходимое данной частицей между столкновениями со средой, в которой она движется. Среднее свободное время есть среднее время между столкновениями.

Т

Теория стационарного состояния. Космологическая теория, развивавшаяся Бонди, Голдом и Хойлом, в которой средние свойства Вселенной никогда не меняются со временем; согласно этой теории, чтобы плотность удерживалась постоянной в процессе расширения Вселенной, должна непрерывно порождаться новая материя.

Тепловое равновесие. Такое состояние, когда скорости, с которыми частицы попадают в любой заданный интервал скоростей, спинов и т. п., в точности уравновешиваются скоростями, с которыми они покидают этот интервал. Любая физическая система, не возмущаемая достаточно долгое время, достигает в конце концов состояния теплового равновесия.

Типичные галактики. Это понятие используется в данной книге для обозначения галактик, не имеющих никаких необычных скоростей и поэтому движущихся только вместе с общим движением вещества, порожденным расширением Вселенной. Тот же смысл придается терминам типичная частица и типичный наблюдатель.

Тритий. Нестабильный тяжелый изотоп водорода 3Н. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов.

Туманности. Удаленные астрономические объекты, имеющие вид облаков. Некоторые туманности являются галактиками, другие на самом деле представляют собой облака пыли и газа внутри нашей Галактики.

Туманность Андромеды. Большая галактика, ближайшая к нашей. Спиральная, с массой, приблизительно равной 3 × 1011 солнечных масс. В каталоге Мессье имеет номер М 31, в «Новом общем каталоге» — номер NGC 224.

У

Ультрафиолетовое излучение. Электромагнитные волны с длинами в интервале от 10 до 2000 ангстрем (от 10-7 до 2 × 10-5 см), промежуточные между видимым светом и рентгеновским излучением.

Ф

Фазовый переход. Резкий переход системы из одной конфигурации в другую обычно с изменением симметрии. Примерами могут служить плавление, кипение и переход от обычной проводимости к сверхпроводимости.

Фотон. В квантовой теории излучения частица, связанная со световой волной. Обозначается γ.

Х

Характерное время расширения. Величина, обратная постоянной Хаббла. Грубо, в 100 раз больше того времени, за которое Вселенная расширится на 1 процент.

Ц

Цефеиды. Яркие переменные звезды с хорошо установленным соотношением между абсолютной светимостью, периодом изменения и цветом. Названы по звезде δ Цефея в созвездии Цефея. Используются как индикаторы расстояния до относительно близких галактик.

Циан. Химическое соединение CN, образованное из углерода и азота. Найдено в межзвездном пространстве по поглощению видимого света.

Ч

Частота. Быстрота, с которой состояние волны любого сорта изменяется в данной точке. Равна скорости волны, деленной на длину волны. Измеряется в циклах в секунду или в герцах.

Э

Электрон. Легчайшая из массивных элементарных частиц. Все химические свойства атомов и молекул определяются электрическим взаимодействием электронов друг с другом и с атомными ядрами.

Электронвольт. Принятая в атомной физике единица энергии, равная энергии, приобретаемой электроном при прохождении разности потенциалов в один вольт. Равен 1,60219 × 10-12 эрг.

Энергия покоя. Энергия частицы в состоянии покоя, которая выделилась бы, если бы вся масса частицы смогла аннигилировать. Дается формулой Эйнштейна Е = mс2.

Энтропия. Фундаментальная величина статистической механики, связанная со степенью беспорядка в физической системе. Энтропия сохраняется в любом процессе, в котором непрерывно поддерживается тепловое равновесие. Второе начало термодинамики утверждает, что полная энтропия в любой реакции никогда не уменьшается.

Эрг. Единица энергии в системе единиц сантиметр-грамм-секунда (СГС). Кинетическая энергия массы один грамм, движущейся со скоростью один сантиметр в секунду, равна половине эрга.

Я

Ядерная демократия. Доктрина, согласно которой все адроны в равной степени фундаментальны.

Ядерные частицы. Частицы, протоны и нейтроны, обнаруженные в ядрах обычных атомов. Обычно сокращенно называются нуклонами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: