Читать книгу Загадки физики - Анатолий Федорович Трутнев - Страница 11

В настоящее время в научном мире доминирует теория рождения Вселенной в результате Большого Взрыва [25]. Считается, что после него началось поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной.

Первой после Большого Взрыва считается Планковская эпоха с температурой 10³² K и плотностью около 105 г/см³. Через 10^—35 секунды после наступления Планковской эпохи наступила эра инфляционной эпохи. В этот период Вселенная увеличилась в 10⁵⁰ раз. Затем наступила кварковая эпоха. Температура в этот период развития Вселенной составляла более 10¹²К. В это время Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой. За ней наступила эпоха адронов и лептонов. Температура Вселенной опустилась ниже10¹²К и кварк-глюонная плазма охладилась до величин, при которых кварки группировались и образовывали адроны. В этот же период начали образовываться лептоны. Дальнейшее снижение плотности излучения привело к образованию атомов водорода и гелия. Эпоха эта называется фотонной. К её концу температура Вселенной опустилась до 3500⁰ К и она стала прозрачной для прохождения фотонов.

Рабочая гипотеза моделирования основана на базисных принципах теории Большого Взрыва. Согласно этой теории у материи и у пространства одна природа формирования. Обе образовались из единой субстанции энергии, В инфляционный период в процессе формирования Вселенной они разъединились, но постоянно и непрерывно взаимодействуют между собой. Материя не может существовать без пространства, а пространство без материи. Поэтому все физические процессы, явления и закономерности окружающего мира являются результатом взаимодействия этих констант. Рассмотрим поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной, исходя из этих принципов.

Начальный отсчет. В начале Взрыва (10^—43—10³⁵ сек.) излучения энергий были обособлены и не взаимодействовали между собой, Температура энергии материи составляла 10³²К, а энергии пространства 0 К. В этот период и образовались сгустки энергии материи (гравитоны) и сгустки энергии пространства (простоны). В течение 10³⁵ – 10^—30 секунды отдельные простоны группировались (объединялись) в «силовые нити», а другие остались «свободными». Часть гравитонов тоже объединялись (сливались) в сверхмассивные сгустки (частицы), но большая часть оставалась в «свободном» состоянии.

Эра инфляции. Когда возраст Вселенной достиг,10^—35 секунд произошло, перемешивание энергий приведшее к её экспоненциальному взрыву, в результате которого её первоначальный размер увеличился 10⁵⁰ раз. Значительная часть инфляционной энергии израсходовалась на растяжение силовых нитей пространства и образование из них своеобразной «сети», равномерно напряженной во всех направлениях, то есть на формирование пространства современной Вселенной. В этот период начали образовываться первые представители обычного вещества частицы разных зарядов.

Кварковая эпоха. Она началась в 10^—30 секунд от момента рождения Вселенной. В ней начали формироваться кварки. Кварки образовались следующим путем. Сгустки энергии материи (гравитоны), вследствие разновидности зарядов со сгустками энергии пространства простонами стягивали силовые нити, состоящие из простонов. В результате выделялась, энергия, затраченная на растяжение силовых нитей. Затем энергия преобразовывалась в силу, которая действовала на гравитоны, в направлении их сближения. Двигаясь по силовым нитям пространства, гравитоны объединялись (слипались) в определенные пространственные совокупности (кварки) и приобретали массу. В это время уже существовали фотоны, но из-за высокой плотности излучения они не могли распространяться в силовых нитях пространства.

Эпоха возникновения адронов и лептонов. По мере расширения Вселенной и увеличения её радиуса, плотность излучения энергии и температура в ней уменьшались, а вместе с ними снижалась и степень сжатия силовых нитей. В эту эпоху, кварки, двигаясь в силовых нитях пространства, приобретали массу, объединялись и превращались в протоны и нейтроны. Свободные простоны объединялись и образовывали электроны.

Фотонная эпоха. Дальнейшее снижение плотности излучения и степени сжатия силовых нитей пространства привело к тому, что расстояние между силовыми нитями пространства достигло значений соответствующих внутриатомному пространству атомов гелия и водорода и начали образовываться атомы этих элементов. К концу фотонной эпохи Вселенная стала прозрачной для прохождения фотонов.

С помощью предложенной гипотезы попробуем объяснить механизмы образования спектра черных дыр следующим образом. С позиции модели, черные дыры представляют собой силовые нити, сжатые до минимальных пределов, а между ними размещены неделимые частицы материи гравитоны (Рис.1). Исходя из этого, можно заключить следующее. Принцип формирования у черных дыр одинаковый, а вот механизмы приобретения ими массы будут разные. Рассмотрим их на выше приведенных видах черных дыр.

Рис. 1 Схема формирования структуры черной дыры

G – горизонт событий; Z – сингулярность; S – силовая нить; p – простон; g – гравитон

1. Микроскопические черные дыры (Рис. 2 a). Предположительно они могли появиться на ранних стадиях развития Вселенной в местах с благоприятными условиями формирования черных дыр, а именно, где доминировали большая плотность материи и высокая степень сжатия силовых нитей, Теоретически не исключено образование их и на последующих стадиях. Например, при взрывах сверхновых звезд выделяется колоссальное количество энергии, которая затем преобразуется в мощную ударную волну. При прохождении её сквозь космическое облако в отдельных его местах могут создаться условия для образования микроскопических черных дыр.

2. Черные дыры, возникшие в результате коллапса массивных звезд (Рис.2.b). Образуются они следующим образом. Звезда это газовый шар, который уплотняется на протяжении всей своей жизни. Происходит это за счет уменьшения расстояний между силовыми нитями, то есть увеличение их степени сжатия, пронизывающими его внутреннюю полость. Рост степени сжатия продолжается до начала термоядерной реакции. Затем тепловая энергия, выделяющаяся при этой реакции, начинает их расширять, действуя в противоположном направлении. В результате устанавливается равновесие, и уплотнение звезды прекращается. После выгорания ядерного топлива выделение тепловой энергии прекращается, и уплотнение внутреннего пространства звезды вновь возобновляется. Уменьшения расстояний между силовыми нитями происходит вначале в межмолекулярном пространстве, затем во внутри атомном пространстве. и в последней стадии во внутри ядерном пространстве атомов химических элементов, содержащихся в центре звезды. В этой стадии расстояния между силовыми нитями достигают минимальных размеров (r₀), допустимых для сближения одноименных зарядов. В результате происходит разрушение протонов и нейтронов, содержащих в ядрах атомов, до последних неделимых частичек материи гравитонов и они распределяются внутри силовых нитей

Рис.2. Схема изображения различных видов черных дыр.

а – микроскопических; b – образованные в результате коллапса массивных звезд; с – сверхмассивные; S – силовая нить; p – простон; g – гравитон

3. Сверхмассивные черные дыры. В результате астрономических наблюдений достоверно установлено наличие в центрах многих галактик сверхмассивных черных дыр с массой миллиардов солнечных масс. Поэтому встает вопрос, каким образом эти загадочные объекты смогли накопить такие колоссальные массы. Если предположить, что они могли образоваться из массивных звезд после их коллапса, то это маловероятно. Потому что звезда должна сформироваться из космического облака, прожить жизнь на главной последовательности. Пережить коллапс и превратиться в черную дыру. Затем притянуть к себе миллионы других удаленных от неё звезд, разрушить их и поглотить. На всё на это требуется время, но возраст Вселенной составляет 13,5 миллиарда лет, у них нет времени, на приобретение такой массы. С позиции смоделированной системы ход эволюции сверхмассивных черных дыр мог происходить следующим образом

Сверхмассивные черные дыры образовывались на ранних стадиях формирования Вселенной. В это время в ней могли появляться области, где доминировали флуктуации плотности вещества в совокупности с высокой степенью сжатия силовых нитей. Такие области вполне могли иметь протяженность в миллиарды километров. В таких местах можно предположить, что расстояние между соседними силовыми нитями, могли уменьшиться, до расстояний, соизмеримых с размером гравитонов. В этих условиях гравитоны будут плотно размещены между простонами, составляющими силовые нити, а черная дыра не будет, увеличивается в объеме четырехмерного пространства, а будет расти внутри себя (Рис.2. с). В фотонную эпоху, в эру рождения звезд, черные дыры с такой протяженностью могли стать зародышами будущих галактик. Обладая колоссальной массой, они были способны сжать силовые нити вокруг себя до такой степени, что окружающие их звезды стали их спутниками. Из массы этих звезд и вещества ещё не вошедшего в стадию звездообразования, эти монстры на протяжении последующих периодов жизни, наращивали свою массу до величин, вычисленных астрофизиками в настоящее время