Для оценки использовались современные данные о средней плотности Земли (½ã= 5,517 г/см3) и радиусе Солнца (R€ = 6,96.105 км). Чтобы тело, запущенное с поверхности планеты или звезды, могло уйти в космос, его полная энергия должна быть неотрицательна (Е =mv2 — GmM/R (0), то есть скорость не должна быть меньше скорости отрыва (в земных условиях ее часто называют второй космической): vотрыва = √2GM/R = √8π½R2/3, где М — масса звезды, ½ — ее средняя плотность, R — радиус. Если vотрыва = с, то плотность звезды связана с радиусом так называемым предельным соотношением Шварцшильда ½ = 3c2/8πGR2.
Черные дыры — сугубо релятивистские объекты, строго говоря, вне общей теории относительности рассматривать их нельзя. Однако кое-какие свойства черных дыр качественно получаются и в нерелятивистской механике — это и было неявно использовано Майклом и Лапласом.
В модели Оппенгеймера-Снайдера рассматривают эволюцию звезды с массой М Á 2.5–3 М€.
Соотношение неопределенностей ∆р.∆x Á ћ показывает, что объект с импульсом р = ћω/c нельзя локализовать в области с размером меньшим ћ/р ~ c/ω~ λ . Излучение с длиной волны λ не локализуется в области с размером меньше λ.
Пусть в космологическую эпоху t при плотности ½ ~ ½P (tР/t)2 образуется черная дыра. Она должна собрать всю массу в области с размером R À ct, и тогда Мрд ~ ½ (ct)3 ~ (c3/G).t ~ mР(t/tР) Таким образом, первичные черные дыры с М r М€ могут образовываться не ранее эры адронного синтеза (t ~ 10-5с), с М ~ 1015 г — при t ~ 10-23с, когда ½ ~ 1052 г/см3, а первичные дыры лапласовского типа при t ~ 103с — в эпоху синтеза гелия. Интересно, что в таком подходе для образования черной дыры с массой Вселенной нужно как раз космологическое время t ~ 1017 с.
Между тем, по поводу необнаруженных мини-дыр уже появились интересные прикладные намерения. Скажем, отражатель, находящийся на определенном расстоянии от минидыры с М ~ 1015 г, может быть подобран так, чтобы сила его притяжения дырой уравновешивалась силой давления излучения на зеркальную поверхность (проект С. Блинникова). Очень любопытный вариант ракетного двигателя и в то же время способ транспортировки мини-дыр как «дармовых светильников» в нужные точки пространства. Вообще приятно помечтать о тех временах, когда земная цивилизация смогла бы широко использовать фантастически мощную чернодырную энергетику.
Это нетрудно понять, если обратить внимание на то, что при М " mP черная дыра должна излучать кванты с энергией порядка ћωP = mPc2 = кТP, то есть сопоставимые с энергетическим запасом самого излучателя. Ситуация такова, что черная дыра как бы смешивается с излучаемыми ею частицами и становится одной из них.
Что выражается, например, в бесконечной светимости при М (0.
Один из цилиндров находился в лаборатории Мэрилендского университета, другой — недалеко от Чикаго, в Аргоннской Национальной Лаборатории.
Научно это выражается так: метрика испытывает большие квантовые флуктуации (случайные отклонения от средних значений), и нельзя обычным образом определить расстояние между парой точек.
Размер такого атома определяется величиной rB = ћ2/e2me ≈ 10-8 см, именуемой Боровским радиусом, е — электрический заряд электрона и протона, me — масса электрона. Размер гравитационного атома дается аналогичной формулой, где е2 заменяется ньютоновским выражением Gm1m2.
Все дело именно в массивности частиц, из которых состоит гипотетическая микрозвезда! Обычно полагают, что в очень ранней и горячей Вселенной не могут образовываться никакие многочастичные конденсации, кроме первичных черных дыр. Представление основано на том простом факте, что ультрарелятивистские частицы горячего бульона непременно убегут из любой конденсации, чей радиус превышает Rg. Это так, если предполагать, что вплоть до какого-то момента Вселенная состоит из одних только ультрарелятивистских частиц, чья кинетическая энергия много больше энергии покоя (фактически: кТ ‡ mс2), т. е. начальная Вселенная является «чисто горячей». На самом деле даже в очень ранние моменты во Вселенной может присутствовать «холодная компонента» — небольшая доля достаточно массивных и потому относительно медленных частиц. Действительно, в момент t, когда температура Вселенной Т ~ √ tP/t , частицы с массой покоя m ~ kT/c2 ~ mР √ tP/t перестают быть ультрарелятивистскими — их кинетические энергии того же порядка, что и энергия покоя mc2. В пределах горизонта R ~ ct они могут конденсироваться в микрозвезду с массой М ~ ½R3 ~ ½P (tP/t)2(ct)3 ~ mР (tP/t) ~ mР3/m2. Такая микрозвезда представляет собой возмущение в среднем однородного фона плотности материи. В частности, при t ~ 10–23 с гипотетические супербарионы с m ~ 10–15 г могут формировать микрозвезды с М ~ 1015 г. Тепловые скорости супербарионов должны стать заметно меньше с, и для достаточно компактной микрозвезды — меньше критической скорости убегания. Разумеется, обрастать атмосферой из более легких частиц (и, например, формировать гравитационные атомы) такая микрозвезда сможет лишь много позже — при достаточном падении общей температуры.Было бы любопытно выяснить — не является ли «холодная компонента» источником самых ранних возмущений плотности материи, начиная, быть может, с t ~ tP, когда способны формироваться микрозвезды планкеонного масштаба. Проблема «холодной компоненты», разумеется, будет решаться экспериментально — во-первых, необходимо искать частицы очень больших масс (на 10 и более порядков тяжелее протона), во-вторых, непосредственно искать реликты типа микрозвезд по их прямым и косвенным проявлениям, имея в виду, что относительные концентрации этих объектов могут быть крайне малы.Один из примеров образования реликтовых конденсаций за счет описанного механизма уже известен, хотя он и относится к сравнительно холодным эпохам. Речь идет о формировании облаков из реликтовых нейтрино с ненулевой массой покоя при t ~ tP(mР/mν)2 ~ 1010 с ~ 300 лет. В эту эпоху (Т~105К) нейтрино с mν ~ 30 эВ уже не ультрарелятивистские. Масса нейтринного облака М ~ mР3/ mν2 ~ 1015 г, а начальный радиус R ~ lP(mР/ mν)2 ~ 100 пс. Такая гигантская конденсация, как мы увидим в гл. 9, Должна играть определяющую роль в формировании самых крупных структурных единиц Вселенной — сверхскоплений галактик.
По-английски бутстрэп — шнуровка обуви (bootstrap)
Для численной оценки лучше всего подходит? — мезон, но взять протон (mp/mπ ~ 7) — тоже не ошибка. Ведь такую величину, как возраст Вселенной (~ 1/H) или ее радиус, мы оцениваем очень грубо — по порядку величины.
Дискуссия о связи идей бутстрэпа и антропологического (или, как иногда говорят, антропного) принципа увела бы нас слишком далеко. При желании можно считать, что это независимые подходы. Всеобщий бутстрэп предполагает отсутствие каких-либо фундаментальных элементов Вселенной все элементы равно важны в своей взаимообусловленности. Антропологический принцип подчеркивает, что вся информация об этих элементах фиксируется не вообще в космическом пространстве, а наблюдателем и поневоле имеет антропоцентрическую форму.
В такой общей формулировке принцип следовало бы, строго говоря, назвать антропогенным. Обращаясь к историческому материалу (в том числе изложенному в 1-й части книги), нетрудно убедиться, что антропогенный элемент присутствует во всех сколь-нибудь развитых космологических схемах древности. Древние ничего не знали о минимальном наборе констант, зажатых узким коридором допустимых значений, но неизменно сводили условия творения Вселенной к ситуации, где возникновение человека выглядит естественно в рамках их представлений.
Фактически для электронных нейтрино Вселенная становится прозрачна за первую треть секунды после Первовзрыва.
Масса этих обособленных конденсаций может быть достаточно велика, и тогда они превращаются в отдельные звезды. Вероятно, на этом пути и получаются тесные двойные системы.
По современной классификации, под звездой, как правило, понимают компактное и оптически непрозрачное тело, обладающее собственной светимостью L ~ (10-2? 104)L€ и способное уравновесить действие гравитации за счет внутренних источников энергии. С этой точки зрения протозвезды, остывшие белые карлики (их иногда называют черными карликами), нейтронные звезды и черные дыры нельзя считать звездами. Разумеется, такое разделение (как и всякая классификация, основанная на разрезании эволюционных цепочек) весьма условно.
Объекты такого рода наблюдаются, например, объект L 930-8 °C с массой М? 2,82.1033 г, радиусом R? 200 км и плотностью (? 8,5.107 г/см.
Плутон заметно отличается от других планет. В результате наблюдений американского астронома Д. Кристи выяснилось, что, скорее всего, это своеобразная двойная планета — на расстоянии порядка 17 тыс. км от Плутона есть спутник Харон, масса которого всего в 16 раз меньше. Система Земля Луна фактически тоже представляет собой двойную планету с отношением масс 81, хотя и менее тесную.
Недавно появились сообщения об обнаружении долгожданной десятой планеты.
Результаты, полученные с помощью инфракрасного телескопа на нидерландском спутнике IRAS, говорят о том, что вокруг Веги (звезды, которая примерно в 5 раз моложе Солнца и расположена в 8,5 пс от нас) существует облако довольно крупных твердых частиц (размер облака около 170 а.е.). Возможно, это первое прямое наблюдение протопланетного облака (начальной фазы планетной космогонии).
Современные данные показывают, что так называемое жидкое ядро Земли заключено в сферическом слое радиусом около 3,5 тыс. км, а внутри него находится твердое (или полурасплавленное) железоникелевое ядро радиусом 1250 км. Над жидким ядром располагается трехслойная мантия, выше — кора.
Как мы увидим в дальнейшем, простая органика могла существовать еще в фазе протопланетного облака.
Находки в Трансваале датируются 3,2–3,4 млрд. лет. Поэтому многие исследователи считают, что наша планета вступила в зоогоническую фазу около 4 млрд. лет назад. Следы органических микроструктур, обнаруженные Бартоломью Наги с сотрудниками в гренландском слюдистом метакварците, датируются 3,8 млрд. лет. Скорее всего, их можно связать с протобионтами клетками, еще лишенными генетического аппарата.
По современной классификации эукариоты и прокариоты образуют два надцарства живой природы. К прокариотам (безъядерная клеточная структура) относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам — все остальные растения, грибы и животные. Прокариоты могут образовывать довольно мощные колонии в виде одного из типов низших растений, но при этом не возникает функционального разделения — каждая клетка питается самостоятельно. Эукариоты тоже организуются в 6 типов низших растений (водорослей), но наряду с этим способны давать и 2 типа высших растений, царство грибов и 20 типов многоклеточных животных — организмы, в которых функциональное разделение клеточных групп выражено вполне четко и чья жизнедеятельность никак не сводится к колониальной форме.
Одна из гипотез появления рода Homo основывается на данных о действии такого реактора в районе южноафриканского уранового месторождения Окло. Процентное содержание урана-235 в руде Окло немного снижено, откуда делают вывод, что в этом месте глины случайно повысили концентрацию урана раз в 100, а это создало условия для течения ядерных реакций, и часть урана-235 выгорела. Видимо, реактор в Окло работал более полумиллиона лет. Важнейшее обстоятельство связано с тем, что геологические условия, ведущие к появлению богатых урановых месторождений, а значит, с какой-то вероятностью и естественных реакторов, как раз соответствуют области древнейших стоянок предчеловека. Гипотеза «африканской прародины» сильно поддерживается тем, что именно в экваториальных областях Африки обнаружены ближайшие к человеку эволюционные линии семейства гоминид — шимпанзе и гориллы. Палеонтологические данные свидетельствуют о наличии общих предков 20–25 млн. лет назад. С этим пока расходятся результаты молекулярной антропологии, исследующей различия наследственного вещества. Интенсивные работы последних лет в этом направлении обнаружили исключительную близость гоминоидных ДНК — с точки зрения генетической программы все три высших вида земных существ отличаются друг от друга в пределах 1–2 %, а их общие предки должны были подвергнуться решающему мутационному удару не более 5 млн. лет назад. Вероятно, это определяет предельно высокий темп эволюции, и очень правдоподобно, что самые активные мутагенные факторы — радиационные сыграли здесь решающую роль, как и в последующем отделении рода Homo.
Нечто похожее можно заключить и насчет Марса, средняя приповерхностная температура которого меньше 0 °C, а давление примерно в 170 раз ниже земного. Состав его крайне разреженной атмосферы (в 5000 раз менее плотной, чем на Венере) очень похож на венерианский — в основном углекислый газ, азот и аргон (в пропорции примерно 95: 3: 2).
Что и наблюдается на Земле, где наружные слои коры почти полностью (на 95 %) являются продуктом жизнедеятельности живых организмов.
Сейчас есть веские основания считать, что у некоторых звезд (например, у звезды Барнарда, Лаланда 21185, 61 Лебедя А) имеются планетные системы — во всяком случае, некие темные спутники с массами планетного порядка. Надо надеяться, что внеатмосферные телескопы большой разрешающей силы на орбитальных станциях и на Луне в недалеком будущем помогут выяснить природу этих спутников.
Лишь в этом случае мы могли, например, считать набор фундаментальных констант (планковскую тройку и параметры элементарных частиц) характерным свойством нашей Вселенной. В настоящее время утверждение такого рода простая тавтология, ведь Вселенную не с чем сравнивать. Делая же его всерьез, мы обязательно должны предполагать существование каких-то миров, где реализуются иные фундаментальные наборы, быть может, связанные с нашим неизвестной эволюционной цепочкой.
В том числе ароматические и алифатические углеводороды, азотистые основания, сахара и аминокислоты.
Еще меньше концентрация (порядка 10 атомов в 1 см3) в так называемых диффузных облаках, где, тем не менее, обнаружен формальдегид.
Доул называет их ћabitable planets, что следует понимать как «пригодные для жизни планеты» (а не в более привычном переводе прилагательного: «обитаемые»). Мы кратко называем их подходящие.
Интуитивно ясно, что эта средняя частота заведомо меньше единицы даже в игре с космогонией Солнечной системы далеко не всегда появляются подходящие планеты, то есть эволюция протосолнечного облака не обязательно ведет к появлению чего-то подобного нашей замечательной Земле.
Communication Extra-Terristrial Intelligence — связь с внеземным разумом (или с внеземными цивилизациями).
На самом деле гипотезу, согласно которой в среднем примерно 1 из 10 охотничьих обществ самостоятельно переходит в земледельческую фазу, а десятая часть земледельческих обществ в фазу технологическую, нелегко проверить даже в истории Земли и тем более применить в масштабе Галактики. Так что результирующий фактор 0,01 следует рассматривать как крайне грубую оценку.
Довольно подробно с гипотезами о древнейших трансокеанских контактах можно познакомиться по интересной книге Тура Хейердала «Древний человек и океан» («Мысль», 1982).
Можно, разумеется, строить гипотезы такого типа, что гигантским размером своих рисунков наска как бы зашифровывали свои тотемы, делали их недоступными для непосвященных. Не исключено, что эти знаки реализовывали своеобразный сигнальный контакт с небесными богами, а долина играла роль религиозного центра племенного объединения, где каждый род мог выставить изображение своего тотема. Жаль, что пока нельзя с определенностью выяснить, заключена ли в рисунках наска астрономическая символика.
Примером такого открытия служит цивилизация Эблы, обнаруженная лишь в 1975 году. Эбла, расположенная на территории современных Сирии и Ливана, оказалась одной из ведущих древневосточных цивилизаций 3 тысячелетия до н. э., игравшей важную роль в средиземноморском бассейне еще в дофиникийский период.
Явление кометы в 66 году, когда шла к концу жуткая для ранних христиан, как, впрочем, и для всего населения Римской империи, эпоха правления Нерона, наверняка расценивалось христианскими и иудейскими прорицателями как дурное для властей предзнаменование — им очень уж хотелось, чтобы империя рухнула при ближайшем правителе (например, седьмом — «семь диадим»)…
Весьма любопытную гипотезу по поводу рисунков наска выдвинул Джим Вудмэн. Он предположил, что индейцы владели секретом полета на монгольфьерах (воздушных шарах, наполняемых горячим воздухом), и гигантская наземная галерея обозревалась именно таким способом. Вудмэн считал, что древние воздушные шары служили оригинальными гробницами для вождей своеобразным загробным транспортом, способным унести тело непосредственно на небо, к Солнцу. Более того, он экспериментально проверил свою идею, взлетев на шаре, сделанном из материалов, вполне доступных древним индейцам наска. Разумеется, полет Вудмэна вовсе не доказывает существование воздухоплавания в доколумбовой Америке. Однако его гипотеза дает пример красивейшей из известных (и вообще в принципе допустимых) религиозно-космических программ древности, пусть пока лишь воображаемой программы, однако, несомненно, крайне совершенной по замыслу и по исполнению… Следует отметить, что известная многим народам ритуальная кремация отражает ту же идею — вознесение души на небо во вполне зримом образе дыма.
Проскальзывают, однако, и идеи о том, что НЛО не обязательно связаны с внеземными пришельцами, а представляют собой труднопонимаемые проявления некой земной суперцивилизации, сосуществующей с человеческой, но невообразимо более развитой, возможно, основанной даже на принципиально иных, немолекулярных, формах жизни. Вступающей с нами в непонятную игру, материализуясь в отчасти доступных для нас образах, или вообще интересующейся нами не более чем мы — муравьями или амебами… Право же, за открытие такого чуда стоило бы заплатить даже не слишком приятным ощущением безнадежной отсталости.
Скорость отрыва с поверхности Солнца v = v2GМ€/R(? 618 км/с ~ 2.10-3 с, то есть ракета с миллисветовой скоростью способна покинуть Солнечную систему практически из любой позиции.
Здесь не рассматриваются варианты типа «отлова» античастиц в космических лучах. Это было бы безумно долгое и скучное занятие. При глубоком освоении больших участков Вселенной нельзя, конечно, исключить обнаружение крупных космических тел из антивещества.
В специальной теории относительности ускорение можно задать как: а = P/c, где Р — эффективность (отношение мощности двигателя к массе ракеты).
При простейшей двухфотонной аннигиляции электрона и позитрона характерная энергия? — квантов порядка 0,511 МэВ.
Это легко увидеть, используя выражение скорости через путь: v = с[1–1/(1+r/r0)2]1/2 (v2 a0r r/r0 1 v = с[1–1/(1+r/r0)2]1/2 (c[1–1/2.(r0/r)2] r/r0 1