Современная научная картина мира - Клягин Николай (читать книги онлайн бесплатно полностью без сокращений .TXT) 📗
Причину сокрытости от нас «холодного темного вещества» можно понять. Допустим, оно действительно состоит из суперчастиц (в том числе фотино), для которых единодушно предполагается значительная индивидуальная масса. Тогда сопоставимое с числом «светлых» частиц количество «темных» суперчастиц должно быть в несколько раз массивнее, что объясняет тот факт, что оценочная масса «темного вещества» достигает 90–99% массы всей Вселенной, в то время как на долю «светлого вещества» приходится 1–10%.
Следует также отметить, что, помимо гравитонов, «темное вещество» не испускает иных излучений, в том числе электромагнитных, световых, откуда происходит его мрачное название. Причина может состоять в следующем. Суперчастицы очень массивны, и радиусы их взаимодействий крайне малы (см. разд. 1.1). В силу этого обстоятельства суперчастицы не в состоянии взаимодействовать со «светлым» веществом, образовывать с ним комбинации, склонные излучать фотоны (как свойственно всякому «светлому веществу»), обнаруживать себя оптически или же путем магнетизма, т. е. слабых и сильных взаимодействий. Поэтому, даже находясь рядом с нами, «темное вещество» останется неощутимым.
Таким образом, версия «темного вещества», состоящего из суперчастиц, представляется наиболее простой и убедительной, поскольку органично встраивается в современную научную картину физического мира. Другое дело, что природа «темного вещества» не облегчает задачу его эмпирического обнаружения, так как экспериментальное проникновение в мир суперчастиц с малыми радиусами взаимодействий требует больших энергий.
Зная отношение вселенской массы «светлого вещества» к массе «темного» (ок. 0,1–0,01), мы в состоянии предположить порядок масс отдельных суперчастиц (см. рис. 1). В принципе, их массы могут колебаться от 0,7–7,0 эВ у сэлектронного снейтрино до 1780–17800 ГэВ у истинного скварка. По-видимому, подобные объекты не в силах образовывать привычные нам формы вещества (нуклоны, атомы, молекулы), так как требуют очень высоких энергий для своего сближения, а в современной холодной Вселенной таких энергий нет. Если же они появятся, мощи сильного взаимодействия не хватит, чтобы удерживать суперчастицы в ансамблях, вследствие чего они и не сложились на заре горячей Вселенной. Из сказанного следует, что мир «темного вещества» чужд миру «светлого» в силу отсутствия организации, отчего «темный мир» представляется этаким холодным древним хаосом, о присутствии которого во Вселенной догадывались уже первобытные охотники.
Разделение громадного «темного» и крохотного «светлого» миров началось 13,(3) млрд лет назад, когда чередование событий измерялось мельчайшими планковскими квантами времени, меньше которых не существует единиц измерения времени по квантово-механическим причинам, – это 5,4 × 10–44 с. На заре нашего мира Вселенная пребывала в форме сингулярности (см. разд. 1.3). Затем она распалась на суперточки (см. разд. 1.1), которые превратились в трепещущие суперструны, что явилось первым проявлением термодинамики во Вселенной. Термодинамика – это наука о динамических состояниях макроскопических систем, и на заре времен начало им было положено хаотичным биением юных суперструн, рождающих закон неубывания энтропии (см. разд. 1. 4).
Отталкиваясь друг от друга, суперструны начали расходиться во все стороны, а новорожденная Вселенная стала расширяться и, соответственно, остывать. До момента 10–43 с после Большого Взрыва четыре основных физических взаимодействия (гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное) проявлялись на одинаковых дистанциях и были неразличимы по эффектам (т. е. пребывали в состоянии Великого Объединения). Затем рост дистанций между суперструнами обособил гравитацию. По той же причине в момент 10–35 с после Большого Взрыва отделилось сильное взаимодействие, и Вселенная перестала склеиваться глюонами, переносчиками самого мощного – сильного – взаимодействия. В результате Вселенная взрывообразно вздулась. Эта стадия раздувания Вселенной (инфляция) заняла 10–35/10–34 – 10–32 с после Большого Взрыва, когда Вселенная выросла в 1050 раз [34; 67; 68; 373; 388; 389; 390; 512; 532]; cp. [448]. (Поясним при этом, что разделение фундаментальных физических взаимодействий по мере расширения и остывания Вселенной происходило потому, что для каждого из них характерны определенные дистанции проявления: в крохотной Вселенной они неразличимы, а в расширившейся заявляют о себе во весь голос.)
В эпоху 10–32 – 10–6 с после Большого Взрыва Вселенную наполнял кварк-электронный бульон. Через 1 с после Большого Взрыва состоялось разделение электромагнитного и слабого взаимодействий, и началось образование протонов. Спустя 100 тыс. лет после Большого Взрыва Вселенная все еще выглядела как смесь вещества и излучения (фермионов и бозонов). С возникновением нейтронов появились атомы (гелия, дейтерия, лития – 0,5 млн лет после Большого Взрыва [547]). Наступило разделение вещества и излучения – Вселенная стала прозрачной, как в настоящий момент. Из затравок, обусловленных колебаниями плотности вещества, зародились протосверхскопления, которые через 200 млн лет после Большого Взрыва [547] превратились в сверхскопления галактик. Разделенные колоссальными пустотами, они стали каркасом ячеистой крупномасштабной структуры Вселенной [41]. Обособление «темного» вещества от «светлого» произошло еще в ходе раздувания Вселенной, когда щупальца взаимодействий тяжелых суперчастиц перестали доставать до юрких, легких элементов «светлого» вещества.
Схема нынешней Вселенной видится следующим образом (рис. 2). В ее центре висит Великий Аттрактор (Абелль 3627), окруженный шестилучевым надсверхскоплением галактик, часть которого является агломератом Рыб – Кита (куда входят сверхскопления галактик Волосы Вероники, Гидра – Кентавр, Персей – Рыбы, Рыбы – Кит; поперечник этого образования достигает 1,2096 млрд светолет, масса 1017 – 1018 солнечных масс [759; 783]). Другая часть надсверхскопления связана с волокном Персей – Пегас протяженностью 912,8 млн светолет [177; 759]. Во все стороны от агломерата Рыб – Кита разбегаются пустоты того же поперечника, по десятку в каждом направлении. В их стыки вкраплены надсверхскопления галактик вроде нашего агломерата Рыб – Кита, только сильнее разреженные и менее массивные. Речь, разумеется, идет об идеализированной схеме – в реальности она причудливо искажена, разнообразится пустотами меньшего масштаба [411] и т. д.
Рис. 2. Принципиальная схема строения анизотропной Вселенной, имеющей расширяющуюся периферию и центр, совпадающий с древним эпицентром Большого Взрыва. Условно обозначены: + центр Вселенной, отвечающий Великому Аттрактору, или скоплению рентгеновских галактик Абелль 3627; его окружает ромбическая область агломерата Рыб – Кита, где находится × Галактика Млечный Путь с нашей Солнечной системой; поперечник агломерата Рыб – Кита достигает 1,2 млрд световых лет; О – пустоты, лишенные вещества, из которых в основном состоит Вселенная; вещество имеется лишь на границах пустот и в ромбических пазах между ними; поперечник одной пустой полости в среднем составляет 1,2 млрд светолет, что предполагает радиус Вселенной в 13,(3) млрд светолет; × Галактика Млечный Путь лежит на 303 млн светолет к «северу» от Абелля 3627; ∞ – окружающий Вселенную гипотетический Вечно Изменяющийся Мир, породивший ее 13,(3) млрд лет назад
Идея анизотропной Вселенной, располагающей конкретным центром, выглядит революционной лишь на первый взгляд. В действительности никакой другой Вселенная быть и не могла. В самом деле, общепризнанная космогония исходит из того, что Вселенная родилась в Большом Взрыве. Но всякий взрыв располагает эпицентром. Несомненно, он имелся и у Большого Взрыва. В таком случае расширение Вселенной происходило относительно этого эпицентра, который и является полноценным центром Вселенной. В сущности, мы всего лишь конкретизировали его местонахождение, отождествив таковое с небесными координатами Великого Аттрактора.
