Наиболее известны фазовые переходы, которые происходят в воде при ее охлаждении, когда она переходит из пара в жидкость и, наконец, в лед. Фазовые переходы можно описывать также в терминах нарушения симметрии: они часто переводят симметричные состояния в несимметричные. Например, кристалл -- менее симметричное состояние по сравнению с жидкостью, поскольку жидкость "выглядит одинаковой" во всех направлениях, тогда как в кристаллической решетке различные направления не эквивалентны.
Никто не знает точно, сколько фазовых переходов произошло в "молодом" вакууме. Однако все они должны были протекать в течение первой секунды от начала расширения Вселенной. Так же, как и фазовые переходы в обычных средах, космологические фазовые переходы приводят к образованию дефектов. Внутри дефектов симметрия не нарушена, и ранний, более молодой вакуум остался в них как в ловушках. Различные теории элементарных частиц предполагают разные виды дефектов. Согласно некоторым теориям, дефекты должны существовать в виде поверхностей, в других -- предсказываются линии или точки. Эти типы дефектов называют соответственно стенками доменов, струнами и монополями.
Таким образом, космические струны являются всего лишь одним из трех возможных типов "разрывов" в свойствах вакуума. Почему же в теории образования галактик выделяются именно они? Как это ни странно, но одна из причин заключается в том, что струны не так ярко себя проявляют, как другие типы дефектов. В соответствии с эйнштейновским соотношением между массой и энергией высокоэнергетический вакуум должен обладать огромной массой. Поэтому дефекты могут оказывать чрезвычайно сильное влияние на эволюцию Вселенной. В настоящее время одна-единственная стенка домена, простирающаяся в современной Вселенной, может иметь гораздо большую массу, чем все вещество во Вселенной вместе взятое, и привести к большему окучиванию галактик, чем это есть на самом деле. Хотя одиночный монополь может "ускользнуть" от регистрации, теории предсказывают существование монополей в огромном количестве. Если бы они существовали, то Вселенная буквально "кишела" бы ими, и не заметить их было невозможно. Тем не менее ни стенки доменов, ни монополи не обнаружены.
Космические струны также никто не видел, но физики и не считают, что их можно непосредственно наблюдать. Первая работа, посвященная космическим струнам, была написана в середине 1970-х годов английским космологом Т. Кибблом. Он исследовал, как струны могли бы образоваться в ранней Вселенной, и в работе 1976 года обсуждал некоторые вопросы их эволюции. В России данную проблему активно разрабатывал Я.Б. Зельдович. Он считал, что с помощью струн можно было бы объяснить клочковатость распределения вещества во Вселенной. Физические свойства струн оказались очень привлекательными и уникальными. Теория космических струн быстро стала как бы центром притяжения для физиков, подобно тому как сами струны якобы являются центром притяжения для звезд и галактик. На читателей обрушилась целая лавина работ по космическим струнам, хотя до сих пор не найдено прямое эмпирическое доказательство их существования. Но даже при отсутствии эмпирических данных физики смогли воссоздать более чем странные контуры свойств космических струн. Некоторые их свойства зависят от конкретной теории элементарных частиц, предсказывающей эти свойства, тогда как другие особенности являются общими для всех теорий.
Космические струны представляют собой тонкие трубки из симметричного высокоэнергетического вакуума. У них нет концов, они либо образуют замкнутые кольца, либо простираются до бесконечности. С точки зрения физики сущность струн определяется энергией вакуума, который в них заключен. Струны с наиболее симметричным вакуумом, в котором все виды взаимодействий -- сильное, слабое и электромагнитное -объединены в одно, наиболее тонкие и массивные. Это -- самые интересные объекты для космологии, поскольку именно они могли бы приводить к образованию галактик. Толщина этих струн равна примерно 10-30 см. Они поразительно массивны: один сантиметр такой струны должен весить 1016 тонн. Натяжение в струнах под стать их массе. Это натяжение заставляет замкнутые петли из струн энергично осциллировать со скоростью, близкой к скорости света. Например, кольцо длиной в световой год совершит одно колебание за время, чуть большее года. (Мера длины один световой год -- это расстояние, которое проходит свет за один год)*.
Итак, еще одна экстравагантная гипотеза. Но сколь бы ни выглядела правдоподобной и привлекательной изложенная выше в общих чертах ультрасовременная концепция космических струн, следует относиться к ней трезво, отдавая полный отчет, что перед нами всего лишь очередное (старое, как мир!) овеществление математических отношений (то есть систематизированных в виде формул абстрактных понятий), наподобие уже рассмотренной выше субстанциализированной кривизны.
КАК РОЖДАЮТСЯ, ЖИВУТ И УМИРАЮТ ЗВЕЗДЫ
Если вдруг задаться вопросом: какие небесные объекты более всего подходят на роль символа Вселенной, то, скорее всего, первыми на ум придут звезды. Именно их, по словам Эсхила, "владык лучистых неба", не сговариваясь, наверняка назовут многие люди -- во все века, во всех народах. Крупнейшему древнеримскому мыслителю-стоику и драматургу Сенеке принадлежит не менее удачный образ. Он высказался так: если бы на Земле имелось только одно-единственное место, откуда бы наблюдались звезды, то туда непрерывным потоком отовсюду стекались бы люди.
Согласно естественно-научным представлениям, звезды -основной строительный материал Мироздания. Давно просчитано, что почти 97-98% всего вещества Вселенной сосредоточено в звездах. Таким образом, они - главные хранители физической массы. Остальное вещество приходится на межзвездную газо-пылевую среду, которая, как долгое время полагали, является либо продуктом, порожденным звездами, либо материей, из которой образовались небесные тела. Осталось только выяснить, как все это увязано с "Великой пустотой" - физическим вакуумом.
В начале книги уже приводились слова Канта, назвавшего звездное небо над нами одним из двух величайших чудес света (второе -- моральный закон внутри нас).
Полночных солнц к себе нас манят светы...
В колодцах труб пытливый тонет взгляд.
Алмазный бег вселенные стремят:
Системы звезд, туманности, планеты,
От Альфы Пса до Веги и от Бэты
Медведицы до трепетных Плеяд
Они простор небесный бороздят,
Творят во тьме свершенья и обеты.
О, пыль миров! О, рой священных пчел!
Я исследил, измерил, взвесил, счел,
Дал имена, составил карты, сметы...
Но ужас звезд от знанья не потух.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134
Никто не знает точно, сколько фазовых переходов произошло в "молодом" вакууме. Однако все они должны были протекать в течение первой секунды от начала расширения Вселенной. Так же, как и фазовые переходы в обычных средах, космологические фазовые переходы приводят к образованию дефектов. Внутри дефектов симметрия не нарушена, и ранний, более молодой вакуум остался в них как в ловушках. Различные теории элементарных частиц предполагают разные виды дефектов. Согласно некоторым теориям, дефекты должны существовать в виде поверхностей, в других -- предсказываются линии или точки. Эти типы дефектов называют соответственно стенками доменов, струнами и монополями.
Таким образом, космические струны являются всего лишь одним из трех возможных типов "разрывов" в свойствах вакуума. Почему же в теории образования галактик выделяются именно они? Как это ни странно, но одна из причин заключается в том, что струны не так ярко себя проявляют, как другие типы дефектов. В соответствии с эйнштейновским соотношением между массой и энергией высокоэнергетический вакуум должен обладать огромной массой. Поэтому дефекты могут оказывать чрезвычайно сильное влияние на эволюцию Вселенной. В настоящее время одна-единственная стенка домена, простирающаяся в современной Вселенной, может иметь гораздо большую массу, чем все вещество во Вселенной вместе взятое, и привести к большему окучиванию галактик, чем это есть на самом деле. Хотя одиночный монополь может "ускользнуть" от регистрации, теории предсказывают существование монополей в огромном количестве. Если бы они существовали, то Вселенная буквально "кишела" бы ими, и не заметить их было невозможно. Тем не менее ни стенки доменов, ни монополи не обнаружены.
Космические струны также никто не видел, но физики и не считают, что их можно непосредственно наблюдать. Первая работа, посвященная космическим струнам, была написана в середине 1970-х годов английским космологом Т. Кибблом. Он исследовал, как струны могли бы образоваться в ранней Вселенной, и в работе 1976 года обсуждал некоторые вопросы их эволюции. В России данную проблему активно разрабатывал Я.Б. Зельдович. Он считал, что с помощью струн можно было бы объяснить клочковатость распределения вещества во Вселенной. Физические свойства струн оказались очень привлекательными и уникальными. Теория космических струн быстро стала как бы центром притяжения для физиков, подобно тому как сами струны якобы являются центром притяжения для звезд и галактик. На читателей обрушилась целая лавина работ по космическим струнам, хотя до сих пор не найдено прямое эмпирическое доказательство их существования. Но даже при отсутствии эмпирических данных физики смогли воссоздать более чем странные контуры свойств космических струн. Некоторые их свойства зависят от конкретной теории элементарных частиц, предсказывающей эти свойства, тогда как другие особенности являются общими для всех теорий.
Космические струны представляют собой тонкие трубки из симметричного высокоэнергетического вакуума. У них нет концов, они либо образуют замкнутые кольца, либо простираются до бесконечности. С точки зрения физики сущность струн определяется энергией вакуума, который в них заключен. Струны с наиболее симметричным вакуумом, в котором все виды взаимодействий -- сильное, слабое и электромагнитное -объединены в одно, наиболее тонкие и массивные. Это -- самые интересные объекты для космологии, поскольку именно они могли бы приводить к образованию галактик. Толщина этих струн равна примерно 10-30 см. Они поразительно массивны: один сантиметр такой струны должен весить 1016 тонн. Натяжение в струнах под стать их массе. Это натяжение заставляет замкнутые петли из струн энергично осциллировать со скоростью, близкой к скорости света. Например, кольцо длиной в световой год совершит одно колебание за время, чуть большее года. (Мера длины один световой год -- это расстояние, которое проходит свет за один год)*.
Итак, еще одна экстравагантная гипотеза. Но сколь бы ни выглядела правдоподобной и привлекательной изложенная выше в общих чертах ультрасовременная концепция космических струн, следует относиться к ней трезво, отдавая полный отчет, что перед нами всего лишь очередное (старое, как мир!) овеществление математических отношений (то есть систематизированных в виде формул абстрактных понятий), наподобие уже рассмотренной выше субстанциализированной кривизны.
КАК РОЖДАЮТСЯ, ЖИВУТ И УМИРАЮТ ЗВЕЗДЫ
Если вдруг задаться вопросом: какие небесные объекты более всего подходят на роль символа Вселенной, то, скорее всего, первыми на ум придут звезды. Именно их, по словам Эсхила, "владык лучистых неба", не сговариваясь, наверняка назовут многие люди -- во все века, во всех народах. Крупнейшему древнеримскому мыслителю-стоику и драматургу Сенеке принадлежит не менее удачный образ. Он высказался так: если бы на Земле имелось только одно-единственное место, откуда бы наблюдались звезды, то туда непрерывным потоком отовсюду стекались бы люди.
Согласно естественно-научным представлениям, звезды -основной строительный материал Мироздания. Давно просчитано, что почти 97-98% всего вещества Вселенной сосредоточено в звездах. Таким образом, они - главные хранители физической массы. Остальное вещество приходится на межзвездную газо-пылевую среду, которая, как долгое время полагали, является либо продуктом, порожденным звездами, либо материей, из которой образовались небесные тела. Осталось только выяснить, как все это увязано с "Великой пустотой" - физическим вакуумом.
В начале книги уже приводились слова Канта, назвавшего звездное небо над нами одним из двух величайших чудес света (второе -- моральный закон внутри нас).
Полночных солнц к себе нас манят светы...
В колодцах труб пытливый тонет взгляд.
Алмазный бег вселенные стремят:
Системы звезд, туманности, планеты,
От Альфы Пса до Веги и от Бэты
Медведицы до трепетных Плеяд
Они простор небесный бороздят,
Творят во тьме свершенья и обеты.
О, пыль миров! О, рой священных пчел!
Я исследил, измерил, взвесил, счел,
Дал имена, составил карты, сметы...
Но ужас звезд от знанья не потух.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134