Реферат: Вечный круговорот материи во вселенной
Одной из крупнейших загадок Вселенной, над решением которой бьются многие учёные, является бурное рождение вещества и энергии „из ничего” в ядрах квазаров и более спокойных галактик. Пытаясь объяснить источник вещества и энергии квазаров, В.А. Амбарцумян предположил, 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 разреженной межзвёздной среды. Произошедший с тех пор прогресс наблюдательной астрономии не дал подтверждений такой гипотезы.
Немецкий физик П. Иордан предположил, что во Вселенной существует особый, не обнаруженный (к моменту выдвижения этой гипотезы) вид материи, особый вид поля. Мол, у нас ещё просто нет инструментов для наблюдения подобного поля. Между тем, его энергия с течением времени постепенно, монотонно переходит (в квазарах) в обычные для нас формы – в энергию и массу элементарных частиц. Это поле назвали „полем творения”.
Идея П. Иордана не была поддержана учёными, так как противоречила положениям общей теории относительности (ОТО), согласно которой для замкнутой области, охватывающей ядро галактики, должен выполняться закон сохранения массы. Никакого появления вещества или энергии внутри выделенной области, без притока вещества или энергии извне, ОТО не допускает (интересно, что это положение не спасло науку от гипотезы Большого Взрыва!). Между тем, с позиций сегодняшнего дня, взгляды П. Иордана следует считать справедливыми. То, что он называл „полем творения”, выше мы назвали „нейтринным” миром.
* * *
А что происходит с излучениями, вытолкнувшими газ и пыль в пустоту ячеек? Часть энергии фотонов затрачивается на разгон выталкиваемых молекул. Энергия квантов должна снижаться, пока, за сотни миллионов лет беспорядочных контактов, они ни приобретут равновесную температуру, характерную для пустоты ячеек. Из-за диффузности процессов и огромных размеров ячеек, итоговое излучение должно обладать высокой равномерностью по направлениям, что заставляет сопоставить его с хорошо известным изотропным микроволновым излучением с температурой 2,73 К, которое сейчас ошибочно называют „реликтовым”.
При таком подходе „нейтринный” мир предстаёт перед нами в виде „чёрного ящика”, о котором пока известны лишь параметры входа и выхода. Но даже эти скудные данные впечатляют! Входом приходится считать пустоту ячеек, куда, как в огромные воронки диаметром в 300 миллионов световых лет, очень спокойно (так, что астрономы этого ещё не заметили) „сливается” разрежённая материя при криогенной температуре 2,73 К. А выходом „чёрного ящика” оказываются ядра квазаров и более спокойных галактик, диаметры которых составляют менее светового года. Через эти „микроскопические” (по космическим масштабам) „форсунки” в наш мир, со взрывами и другими феерическими эффектами, впрыскивается очень плотное вещество, нагретое до миллионов градусов и выше!
„Впрыснутое” вещество постепенно проходит все стадии понижения температуры, питая энергией процессы видимого мира. А через миллиарды лет, при температуре 2,73 К (которая почти точно в сто раз ниже температуры таяния льда 273,16 К), материя снова уходит в „нейтринный” мир. И там „гадкий утёнок” опять, как по волшебству, превращается в „белого лебедя” – в плотное, высокоэнергетичное вещество!
Можно сделать вывод – именно в „нейтринном” мире протекают неизвестные антиэнтропийные процессы, которые компенсируют и подавляющий рост энтропии, и далёкие от 100% КПД всех реальных процессов, и, наконец, обеспечивают энергией всё движение материи в нашем мире. Учёные давно заметили, что „движение есть форма существования материи”, но не объяснили, откуда миллиарды лет берётся энергия, нужная именно для такой формы существования.
Вот какие загадки ставит „нейтринный” мир.
Можно ли понять протекающие в нём процессы? Отчасти, можно. По крайней мере, можно понять происхождение энергии, нагревающей вещество в „нейтринном” мире от криогенных температур на входе до миллионов градусов на выходе. Самое удивительное – исходные процессы хорошо известны современной физике! Они протекают, почти что, перед глазами. Просто не нашлось подходящего яблока для соответствующей академической головы.
Напомним – одной из элементарных частиц, возникающих при распаде протона, является нейтрино, а при распаде нейтрона – антинейтрино. У нас на глазах из обычного вещества непрерывно рождается мир и антимир нейтрино! Но ведь это же создаёт колоссальную энергию! Просто, эта энергия нас не заинтересовала, потому что возникающие нейтрино и антинейтрино сразу уходят в неведомый „нейтринный” мир, куда нам вход закрыт.
Получается, что „нейтринный” мир – это как бы газ из смеси нейтрино и антинейтрино. Но почему же они не аннигилируют между собой? Будь всё по обычным правилам, со всех уголков неба должно было бы приходить излучение аннигиляции, изотропностью похожее на „реликтовое”, но отличающееся очень высокой температурой.
Однако такого излучения нет. Причину его отсутствия можно понять. Если взаимодействие нейтрино с обычным веществом происходит крайне редко из-за очень малого „сечения взаимодействия” нейтрино, то вероятность реакции нейтрино с антинейтрино определяется квадратом столь малой величины! Вероятность-произведение оказывается, практически, нулевым (надо думать, ниже какого-то порога).
И всё-таки, аннигиляция между нейтрино и антинейтрино происходит! Только происходит в условиях „насильственного” сближения их сильным гравитационным полем, например, в зоне ядра галактики. Нельзя забывать, что аннигиляция – это не просто выброс огромного количества энергии. Это, буквально, взрыв разнообразных цепочек трансмутаций, объясняющий бурное возникновения „из ничего” вещества и энергии в ядрах квазаров.
В таком свете, Вселенная предстаёт динамичной системой из двух взаимосвязанных объектов – из видимого и невидимого миров, объединённых круговоротом материи. Эти миры существуют в одном и том же пространстве и времени, они пронизывают друг друга. Как известно из теории автоматического регулирования, динамичная система взаимосвязанных объектов, обладающих разными постоянными времени, склонна к колебательному режиму. Её период колебаний определяется наиболее инерционным элементом, в нашем случае – очень массивным „нейтринным” миром. Размах колебаний определяется, в частности, балансом противодействующих факторов, или в нашем случае:
а) сил тяготения и
б) реактивных сил отталкивания (излучениями галактик) диффузного газопылевого вещества.
В процессе круговорота материи соотношение масс видимого и невидимого миров должно отвечать соотношению средних сроков пребывания материи в видимой и невидимой, нейтринной форме. Поскольку „нейтринный” мир в 10–20 раз массивнее нашего мира, можно ожидать, что среднее время пребывания материи в нейтринной форме в 10–20 раз больше среднего времени существования материи в нашем мире.
Так множество непонятных фактов сложилось в чёткую и логичную систему. Вырисовалась модель Вселенной без коллапсов, Больших Взрывов, беззаконных „точек сингулярности”, инфляций и прочих неприятностей. Её наименее доказанной частью стали представления о цепочках трансмутаций, переводящих газ и пыль – через пустоту ячеек Вселенной – в невидимый „нейтринный” мир. Но и эти представления – вполне в русле идеологии трансмутаций, возникшей из практического опыта.
Количество вещества, поглощаемого диском аккреции вокруг ядра Млечного Пути, не объясняет интенсивности излучения центральной области Галактики. Уже начиная с собственной, наиболее изученной галактики, мы вынуждены для объяснения реальных фактов предполагать приток вещества и энергии из „нейтринного” мира, вынуждены привлекать не бесполезную гипотезу Большого Взрыва, а концепцию круговорота материи между видимым и невидимым мирами.
Между тем, результаты исследований заставляют думать, что перетекание высокотемпературной материи из „нейтринного” мира в наш мир происходит не только в ядрах галактик (а ещё более – в ядрах их активных разновидностей, квазаров). В меньшей степени перетекание происходит в ядрах звёзд, и уж совсем медленно – в ядрах планет и их крупных спутников (например, Луны). И хотя эти процессы относительно слабы, оказывается, что без их учёта, в астрофизике концы с концами не сходятся.
Измерение периода пульсаций солнечной атмосферы позволило, по теории адиабатических пульсаций газовых шаров, рассчитать температуру в центре нашего светила, и она оказалась ниже, чем требуется для ожидаемых термоядерных реакций. Измеренная интенсивность потока солнечных нейтрино тоже оказалась ниже ожидаемой. Напрашивается вывод, что часть энергии Солнца возникает помимо термоядерных реакций.
Без перетекания энергии из „нейтринного” мира нельзя объяснить реальное излучение энергии Юпитером, Сатурном, Нептуном – все они стабильно излучают больше энергии, чем получают от Солнца.
Без медленного притока вещества из „нейтринного” мира нельзя объяснить и наши родные геофизические явления. С одной стороны, материки явно раздвигаются; измерена скорость расширения Атлантического океана. А с другой – процессы, которые могли бы вызвать перемещение материков, при проверке не обнаружены. Последствия перемещения (например, „поддвиг” океанского дна под материк) – не выявлены. Расходящиеся материки оказались, в то же время, неподвижными, миллиарды лет привязанными к одним и тем же, легко опознаваемым по химическому составу изолированным резервуарам магмы. Но все противоречия исчезают, когда гипотеза „плавания” материков заменяется гипотезой о возникновении нового вещества в земном ядре!
Свидетельства очень медленного притока вещества в центральные зоны небесных тел, с соответствующим растрескиванием коры, можно увидеть также на Марсе и Луне. Например, на Марсе, южнее тёмного Озера Тифона начинается грандиозное ущелье Копрат длиной свыше 2000 км, глубиной до 6 км и шириной около 120 км! Чем не Атлантический океан в миниатюре?!
В связи с меньшей массой небесного тела, этот процесс ещё слабее выражен на Луне. Тем ни менее, и она имеет многочисленные трещины с обрывистыми краями, шириной и глубиной в несколько сотен метров при длине до 350 км (трещина в районе кратера Триснекер). Более обширные трещины, шириной до 10 км, называют лунными долинами. Их длина – до 180 км и больше (например, прямолинейная долина в хребте Альп, с ровным дном и крутыми склонами).
* * *
Теперь можно понять, зачем Вселенной понадобился круговорот материи. Такой цикл бесконечно снабжает энергией наш мир, преодолевает рост энтропии и побочные потери энергии (низкий КПД), которые неизбежны в подавляющем большинстве процессов. Тем самым, создаётся важнейшая предпосылка для бесконечного существования Вселенной.
Но трудно говорить о вечности Вселенной, если она расширяется с околосветовой скоростью. Кстати, в противоречие с безудержным расширением Вселенной вступили и упоминавшиеся „пчелиные соты”. Закономерное формирование таких ячеек можно объяснить только процессами самоорганизации, уже неплохо изученными в биологии. Создана теория диссипативных структур, синергетика, введено представление об аутопоэзе. Они показали, что структуры, возникающие в ходе аутопоэза, не могут произвольно менять свой масштаб. Их характерные размеры довольно устойчивы. Как же могут сохраняться стабильные ячейки в быстро расширяющейся Вселенной? Пожалуй, не могут!