Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

рвоначальных нуклонов и все они частицы, а не античастицы.

Когда температура первичной материи уменьшилась до величины ~ 1013 1014 К, видимо, произошла какая-то неустойчивость или флуктуация в распределении плотности вещества. При этом должны были нарушиться некоторые из фундаментальных законов микромира — сохранение инвариантности или барионного числа.

Если бы на начальных стадиях эволюции материи ее плотность и температура были бы везде одинаковыми, то и разлет происходил бы симметрично, следовательно, и реликтовое излучение было бы изотропным.

Однако последние спутниковые измерения спектра реликтового излучения указывают на то, что оно все-таки слегка анизотропно.

По какой-то причине протонов и нейтронов оказалось чуть больше, чем антипротонов и антинейтронов. В результате большинство просто поглотило меньшинство, и при взаимной аннигиляции античастицы исчезли, превратившись в к-мезоны, которые, в результате остывания быстро расширяющейся Вселенной, уже не смогли превратиться назад, в более тяжелые частицы, так как на это уже не хватало энергии.

Но возможно, могло случиться и наоборот. Вероятность этого 50/50, и тогда мир был бы антимиром, а дальше все шло бы так, как развивался наш мир. Разницу мы бы заметили только тогда, когда стали бы искать в космических лучах и на ускорителях протоны и нейтроны.

Но это все только гипотезы, и удастся ли эти парадоксы разрешить — пока неясно.

Почему природа устроена именно так, теоретики спорят до сих пор.

Для студентов, интересующихся этими проблемами и решившими познакомиться с ними поближе, я могу порекомендовать вышедшую недавно в русском переводе книгу . Эта книга рассчитана на довольно широкий круг читателей, знающих, что такое производная и интеграл.

Справедлива ли на расстояниях в миллиарды световых лет евклидова геометрия и куда расширяется Вселенная, мы пока не понимаем.

Есть гипотезы, которые предполагают, что пространство Вселенной замкнуто и описывается геометрией Лобачевского Римана. При разумном, с современной точки зрения, увеличении точности астрофизических измерений эти гипотезы могут быть проверены. Для этого необходимо увеличить точность измерения размеров очень удаленных от нас галактик в радиодиапазоне, так как из-за поглощения света межгалактическим газом и реле-евского рассеяния эти удаленные от нас объекты в оптическом диапазоне просто не видны. Это, по-видимому, произойдет уже в ближайшие десятилетия.

Одним из следствий замкнутости пространства является неравенство нулю массы покоя нейтрино. Последние эксперименты вроде бы указывают на то, что масса нейтрино не равна 0, но в 104 раз меньше массы электрона, но подобного рода измерения находятся почти на пределе

г) Клапдор-Клайнгротхауз Г. В., Штауд А. Неускорительная физика элементарных частиц. — М.: Наука, Физматлит, 1997.

возможностей современной техники и требуют уточнения. И, скорее всего, это задача для дальнейших исследований.

Лет 15 назад в Госстандарте СССР на одном из научных совещаний, посвященных фундаментальной метрологии, обсуждалась проблема постоянства фундаментальных физических констант. Это была старая идея Поля Дирака — одного из создателей современной квантовой теории поля.

Одной из интереснейших гипотез Дирака, высказанной им в 1937 г., была идея о том, что постоянная гравитации, по существу, не является мировой фундаментальной константой, а изменяется со временем, хотя и очень медленно.

Если это так, то, возможно, меняются со временем и другие фундаментальные константы.

За последнюю четверть XX в. был выполнен целый ряд сложнейших экспериментов, имевших целью проверку этой гипотезы.

Однако пока в пределах относительной точности измерений порядка Ю-11, доказательств того, что гравитационная постоянная меняется со временем, не получено.

Одним из возможных методов проверки этой гипотезы является измерение равномерности хода времени в системах, зависящих и не зависящих от гравитационного взаимодействия. Для этого необходимо создание эталона частоты-времени с относительной ошибкой измерения не больше Ю-16 с. Сейчас мы умеем измерять время с точностью около Ю-14 с.

Вопрос о дальнейшей эволюции Вселенной пока остается неясным. Если средняя плотность вещества во Вселенной больше Ю-29 г/см3, то гравитационное взаимодействие остановит расширение, FH Вселенная через несколько млрд лет начнет сжиматься, а через 20-30 млрд лет произойдет ее гравитационный коллапс и все начнется сначала.

Если же плотность Вселенной окажется меньше этой величины, то гравитационное взаимодействие окажется недостаточным, чтобы остановить разлет галактик, и Вселенная продолжит свое расширение.

Пока мы не можем точно определить реальную плотность вещества во Вселенной, так как пока нет надежных данных о количестве нейтронных звезд, черных дыр, массе и количестве квазаров, плотности холодного межгалактического вещества, эквивалентной массы и средней плотности нейтрино и антинейтрино во Вселенной.

По различным оценкам, плотность галактического вещества, равномерно распределенного во Вселенной, не превышает 2-10 г/см , чего явно не хватает для торможения разлета. Мы пока не можем достаточно надежно оценить количество вещества в форме нейтрино. Если масса нейтрино не равна 0, то нейтрино могут давать существенный вклад в полную массу Вселенной, поскольку нейтрино никуда не девались, раз возникнув при элементарных процессах, таких, как тг—|LL распад после аннигиляции нуклонов или р-распад ядер, синтезирующихся в результате термоядерных реакций в недрах звезд.

Общее число звезд в наблюдаемой части Вселенной астрономы оценивают величиной 1022.

Иногда астрофизики используют термодинамическую модель Вселенной, в которой галактики рассматриваются как молекулы газа, движущиеся во всех направлениях и сталкивающиеся друг с другом. Какова частота таких столкновений и их результат?

Относительные размеры галактик (отношение среднего диаметра галактик d к межгалактическим расстояниям г) сравнительно невелики, d/r ~ 1/15, т.е. галактический газ является достаточно плотным. Размеры галактик d, так же, как и размеры звезд, несильно отличаются друг от друга. Так, например, размеры галактики «Туманность Андромеды» (рис. 2.1) всего раза в четыре больше нашей.

При среднем значении размеров галактик d и среднем расстоянии между галактиками г = 7 • 105 пс, d = г/15 = = 4,6 х 104 пс, плотность галактического газа п равна примерно 3 Мпс"3 = 3 • 10~18 пс"3.

Относительные скорости галактик U меняются в довольно широких пределах от 100 до 2000 км/с. Если взять среднее значение U = 1000 км/с, то частота соударений галактик v в объеме 1 пс , определяемая по формулам газовых законов, будет равна

v = л/2л (dnfU и 1,2 • 10~38 с"1 в объеме 1 не3,

или 3,5-lO-31^3-год)-1.

Объем видимой Вселенной V = (4/3)л;Д3 = 5,2 х х 1029 пс3, где R — расстояние Хаббла = с/Н = = 5000 Мпс = 1,5 • 1028 см.

Рис. 2.1. Галактика «Туманность Андромеды» со спутниками

Расстояние до этой галактики от нас примерно равно 1 800 тыс. световых лет.

Таким образом, число столкновений галактик в видимой Вселенной происходит с частотой v = 3,5 • Ю-31 х х 5,2 • 1029 = 0,18 в год, т.е. довольно часто. Если же учесть, что галактики распределены в пространстве Вселенной очень неравномерно и существуют скопления галактик, где их плотность может достигать нескольких тысяч на один кубический мегапарсек, то частота таких столкновений в сотни тысяч раз больше. Одним словом,

столкновение галактик во Вселенной — явление вполне заурядное и астрономы наблюдают его довольно часто.

А вот столкновение звезд в нашей галактике явление исключительно редкое.

Проделав аналогичные вычисления для вероятности столкновения звезд, легко получить значение — примерно 1 столкновение в миллиард лет. Это связанно с тем обстоятельством, что звездный газ в галактике чрезвычайно разрежен, так как отношение межзвездных расстояний к среднему размеру звезд существенно меньше, чем для галактик, и не превышает 2 • Ю-7.

Это обстоятельство очень важно иметь в виду при рассмотрении процессов образования планетных систем.

Если, как это предполагал известный английский физик Джеймс Хопвуд Джине (1877-1946), наша планетная система образовалась в результате прохождения около Солнца какой-то другой звезды, то придется считаться с тем, что наша планетная система — явление уникальное, и вряд ли в нашей галактике найдется еще одна планета, подобная Земле. Чуть позже мы поговорим об этом поподробнее.

3. Галактика

Открылась бездна звезд полна; Звездам числа нет, бездне — дна.

М. В. Ломоносов

Наша галактика, которую еще со времен древних греков называют «Млечный путь», представляет собой очень неоднородное скопление звезд и туманностей, где Солнце представляет собой заурядную звезду небольшой величины из числа примерно 1011 своих собратьев.

На рис. 3.1 показано, как выглядит наша галактика «Млечный путь». Стрелками показано положение и направление движения Солнца относительно центра галактики со скоростью около 300 км/с в направлении звезды Денеб созвездия Лебедь.

Рис. 3.1. Наша галактика «Млечный путь»

Увидеть структуру ядра нашей галактики с помощью оптических приборов мы не можем, так как оно скрыто очень толстыми слоями межзвездной пыли и газа, сильно поглощающими электромагнитное излучение в оптическом диапазоне длин волн.

На рис. 3.1 представлена форма нашего звездного скопления в его экваториальной плоскости (вверху) и в перпендикулярной плоскости (внизу). Это, конечно, компьютерная реконструкция, сделанная на основе большого числа астрономических измерений положения звезд на небе различными астрономами в разных обсерваториях и в разное время.

Млечный путь вращается вокруг оси, проходящий через его ядро, однако разные части вращаются с несколько разными скоростями. Орбитальная галактическая скорость Солнца составляет около 250 км/с, а вся галактика Млечный путь движется по направлению к другой галактике, которую астрономы называют «Туманность Андромеды», со скоростью 280 км/с.

Если дело пойдет так и дальше, то через 400 млрд лет

страница 5
< К СПИСКУ КНИГ > 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

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(29.05.2017)