Большой адронный коллайдер - 2 — @дневники: асоциальная сеть

понедельник, 21 июля 2008

16:30

Большой адронный коллайдер - 2

Zatv

Продолжение. Начало - здесь.

Итак, попробуем вспомнить, как все было вначале.
Существует интересная теория, что если масса звезды больше трех масс солнца, то она может «схлопнуться» не в нейтронную звезду (понятно, что состоящую только из нейтронов), а вообще в черную дыру. В последнем случае сила гравитации уже настолько сильна, что за определенный радиус, называемый «горизонт событий», не выходит даже свет.
По другой остроумной теории, такие дыры могут взрываться, порождая «новые» вселенные. Что значит «новые»? С иным соотношением постоянных. Например, с другим соотношением масс протонов и электронов. Что вполне может в конечном итоге через много миллиардов лет привести к иным формам жизни, например, не на основе двойной спирали ДНК, а тройной.

Вначале я хотел, поминая свое образование, прописать все сам, но понял, что без геометрии Шварцшильда и его же сферы, красного смещения и изложения теории Прайса не обойдусь. А потому решил воспользоваться описанием из книги А.Никонова «Апргрейд обезьяны». Хотя оно и не совсем верное в деталях, но вполне достаточное для первого знакомства.

«Мир появился из сингулярности. Сингулярность - это точка бесконечно малого радиуса, с бесконечно большой плотностью и бесконечно большой температурой. Ее мгновенный разлет, называемый Большим взрывом и сотворил материю, время и пространство. Случилось это, по последним данным, 13,7 миллиардов лет тому назад.

Когда с момента начала мира прошло 10 в минус 35 степени секунды, Великое Взаимодействие перестало существовать...
Для справки, любые события, происходящие в этом мире, объясняются только четырьмя главными физическими взаимодействиями - гравитационным, сильным, слабым, электромагнитным.
Гравитационное взаимодействие отвечает за всемирное тяготение. За вращение Земли вокруг Солнца и за то, что мы ходим по нашей планете. Любой предмет, имеющий массу, притягивается к любому другому массивному предмету. Таково проявление одного из свойств вещества - массы.
Другое свойство вещества - электрический заряд. Если «гравитационный заряд» имеет как бы один знак (все тела массивны, а все массы притягиваются), то электрических зарядов два - положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. Это называется электромагнитным взаимодействием. Электромагнитное взаимодействие отвечает почти за все, что мы наблюдаем вокруг себя - за всю химию, биологию, упругость, силы трения... Химические, биологические, механические реакции - это все разные проявления электромагнитного взаимодействия.
Сильное взаимодействие - это внутриядерные силы, они отвечают за связь протонов и нейтронов в ядре атома. Если бы не эти чудесные силы, атомные ядра вмиг разлетелись бы под действием сил электростатического отталкивания, ведь они сложены из одноименно заряженных частиц - протонов!
Наконец, слабое взаимодействие. Его еще называют распадным. Оно отвечает за превращения элементарных частиц в микромире. При слабом взаимодействии, как правило, выделяется нейтрино. Если бы не нейтринные реакции, не светило бы нам солнышко!
Считается, что в первое мгновение существования мира, когда размер Вселенной составлял несколько микрон, четыре мировых взаимодействия были неотличимы друг от друга и представляли собой одно Великое Взаимодействие. Все усилия физиков сейчас направлены на разработку теории, которая объединила бы четыре взаимодействия в одно, суперсимметричное взаимодействие. Это было бы здорово и многое объяснило бы в мире, но пока что удалось разработать только модель электрослабого взаимодействия, объединив в одно электромагнитное и слабое...

Но вернемся к нашему миру, которому 10 в минус 35 степени секунды от роду. читать дальшеТемпература мира в этот момент составляла 1014 ГэВ, а плотность его была 10 в 80 степени г/куб.см. Для того, чтобы вы имели представление о том, что такое 1014 ГэВ, я скажу, что это 10 в 27 степени градусов по Кельвину.
То есть температура мира на тот момент была 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 градусов по Кельвину. Или по Цельсию, тут уж без разницы.
А возраст мира составлял 1/100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 долю секунды.
При этом диаметр Вселенной равнялся 10 сантиметрам. Немногим больше теннисного мяча.
Именно в этот миг гравитационное взаимодействие отделилось от Великого, повысив разнообразие мира «на единичку». Это и было первым шагом эволюции. Что вообще такое эволюция - это процесс усложнения материальных систем.
Дальше Вселенная стремительно раздувалась, «обменивая» температуру на пространство. Энергия (температура) Вселенной быстро падала, а сцена для будущих действий (пространство) стремительно расширялась. Механизм эволюции запустился.
В первые мгновения не было никакой разницы между веществом и излучением - они были симметричны, неразличимы. В многочисленных столкновениях вещество превращалось в поле, а поле в вещество. Позже вещество и излучение разделились. Отделилось сильное взаимодействие, и их стало уже три - гравитационное, сильное и электрослабое.
В момент времени 10 в минус 12 степени секунды наконец слабое взаимодействие отделилось от электромагнитного. Плотность мира тогда составляла 10 в 20 степени г/куб.см, температура 10 в 16 степени К, а размер приближался к миллиарду километров.
Шло время. И в момент, когда Вселенной стукнуло 10 в минус 6 степени секунды, а ее температура упала до величин совсем уже неприличных – 10 в 13 степени К, бедняжку раздуло до 100 миллиардов километров, а кварки начали слипаться и формировать нейтроны и протоны.

Здесь необходимо маленькое пояснение. Как известно, практически все вещество, которое мы видим вокруг себя, «сделано» из трех элементарных частиц - протона, нейтрона и позитрона. Сейчас физики, которые занимаются элементарными частицами, предполагают, что протоны и нейтроны строятся из более мелких частичек кварков. На этом предположении они даже построили новую теоретическую науку - квантовую хромодинамику. Наука хорошая получилась, вот только проверить ее на практике никак невозможно: чтобы разбить протон на кварки, необходимо приложить совершенно невообразимую энергию, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной. Тогда энергии горячей Вселенной хватало для того, чтобы отрывать кварки друг от друга. Теперь настали иные времена.
Это очень важный момент в понимании механизмов эволюции! Тех самых механизмов, которые действуют на всех природных уровнях. Как только энергия связи между частичками становится выше энергии среды, так появляются первые структуры, которые среда уже не может разрушить.

Поскольку взорвавшаяся Вселенная расширяется, ее температура падает - и вещественные структуры еще больше усложняются. Когда с момента рождения мира прошла одна десятая доля секунды, температура мира упала до 30 миллиардов градусов. В это время начали формироваться первые ядра гелия (два протона, два нейтрона) и дейтона (тяжелого водорода).
Минула тысяча лет. Вселенную раздуло еще больше, а температура упала до 30 тыс. градусов (1эВ), и стало возможны появление первых атомов. Дело в том, что энергия связи электрона с ядром атома равна 1эВ. И как только энергия среды упала ниже этой отметки, электроны перестали отрываться от ядра.

Прошло 200 миллионов лет. Температура Вселенной упала примерно до 300К. Начали формироваться более сложные структуры - звезды. Они конденсировались из межзвездного газа, который состоял, в основном, из водорода с примесью гелия. (Еще несколько лет назад считалось, что первые звезды зажглись только через миллиард лет после начала мира, однако, последние астрономические данные сократили этот срок впятеро). Дальнейшая эволюция вещества шла уже в недрах звездных фабрик. Все, что стоит в периодической системе химических элементов правее и ниже гелия, то есть практически вся таблица Менделеева - это продукт звездных фабрик. В результате ядерных реакций в недрах первого поколения звезд было произведены углерод, магний, кислород, железо... в общем, все, кроме трансурановых. Химические элементы, расположенные в таблице Менделеева правее железа, вырабатываются при взрывах сверхновых звезд.
В зависимости от массы звезда может либо тихо угаснуть, либо взорваться. Некоторые звезды взрывались, раскидывая по галактике наработанный материал. Межзвездная пыль под воздействием гравитации конденсировалась в пылевые облака, из которых формировалось второе поколение звезд - уже с планетными системами. Из этих веществ сформировались и мы. Так что кто-то из астрономов был совершенно прав, когда сказал, что люди состоят из пепла умерших звезд. Это не поэтическая фраза, это простая констатация факта.»

P.S. Увы, редактор дневников не поддерживает степеней, поэтому пришлось их переводить в словесное описание.

PP.S. Далее попробуем разобраться сколько милли-миллисекунд от Большого взрыва пытаются смоделировать на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.

@темы: Большой адронный коллайдер, Интересности, Техника