Техника - молодёжи 1963-06, страница 43

3.НЕЙТРИНО И „СОТВОРЕНИЕ МИРА"

В. ТРОСТНИКОВ, аспирант-физик

НОВАЯ ГИПОТЕЗА академика Я. Б. 3<

Откуда произошло все. что нас окружает? Как родилась планета, по которой мы ходим? Как зажглись звезды? Как появились химические элементы, слагающие Космические тела? Из каких частиц состояла праматерия. давшая начало химическим элементам? Наконец откуда взялись сами первичные элементарные частицы? А что было раньше?

Не на все вопросы есть четкий и однозначный ответ у космогонии — науки о происхождении космических тел и миров. Вот почему гипотеза академика Я. Б. Зельдовича о происхождении вселенной вызвала глубокий интерес широких кругов научной общественности.

Автор намеренно ограничился только одним этапом бесконечной эволюции мира — этапом дозвездного состояния материн. Правда, человек еще далеко ие разобрался в законах эволюции звезд. Так что же говорить о дозвездиых формах материи? И тем не менее огромный материал, накопленный космогонией, позволяет сейчас ставить вопрос не только об образовании и развитии звезд и планетных систем, но и о возникновении дозвездных форм материн.

Любая космогоническая гипотеза сегодня стоит иа трех китах. В о-п е р в ы х, знание распространенности химических элементов во вселенной. Эти сведения добыли методами спектрального анализа астрономы, обозревая необъятные бездны мегамира огромными зрачками телескопов. В о-в т о-р ы х, знание структуры и свойств микромира. Здесь у физиков тоже накопилось немало экспериментальных наблюдений, немало теоретических выводов. Выяснено, как взаимодействуют элементарные частицы, прн каких условиях они превращаются друг в друга или объединяются в атомные ядра. Наконец, в-третьнх, общая теория относительности говорит нам, что миллиарды лет назад мнр находился в состоянии колоссальной плотности и с тех пор все время расширяется. Поэтому цель любой гипотезы заключается в том, чтобы, исходя из известных законов природы, объяснить ту структуру мира и то распределение элементов, которое имеет место сейчас. Иными словами, космогония должна научно ответить иа вопрос: почему вселенная такова, какой мы ее вндим сейчас, и какой она была 'раньше?

Известно, что вселенная чуть лн не иа 90°/» состоит из водорода, то есть либо из протонов, присоединивших электрон, либо из протонов, находящихся в ионизованном газе илн в плазменном состоянии в смеси с электронами. Объяснить это обстоятельство было ие так-то легко. Не мудрено, что разные концепции во многом противоречили друг другу.

Новая идея помогает избежать некоторых противоречий в космогонии. Ее автор допустил, что сверхплотная смесь элементарных частиц, которую представляла' собой вселенная в колыбели, содержала не только протоны и электроны. Там присутствовали еще и электронные .нейтрино (на каждый протон по одному электрону и одному нейтрино).

Для чего в гипотезе понадобились первоначально существующие нейтрино? Почему нельзя было допустить возникновение вселенной только из протонов и электронов? Да потому, что протоино-электронная гипотеза не объясняет преобладания водорода во вселенной. В соответствии с механизмом возникновения элементов, предлагаемым этой гипотезой, в мире должны преобладать тяжелые ядра. Дело в том, что при большой плотности вещества протоны немедленно реагируют с электронами и дают нейтроны. Новорожденные нейтроны, в свою очередь, тут же объединяются с оставшимися протонами, образуя ядра гелия, затем лития, бериллия, бора и так далее. Уже через полчаса после начала расширения сгустка ие осталось бы ни протонов, ни нейтронов, а всюду были бы сплошь и рядом более тяжелые ядра (лития, бора и т. п.). Но это противоречит реальному положению вещей!

Как же убереглись электроны и протоны, то есть те частицы, которые доминируют во вселенной сейчас, иа раииеЙ плотной стадии развития мнра? Что им помешало «слипнуться» в нейтроны н начать тем самым цепочки реакций, приводящих к гелню и т. д.?

Академик Зельдович считает, что в сверхплотном сгустке первозданной материи присутствовали еще и нейтрино. Они-то и играли роль «тормоза» в реакциях образования нейтронов.

Гипотеза отводит нейтрино принципиально новую роль. Как известно, нейтрино (v) вместе с и йтроном (п'₀) образуется в процессе слияния протона (pi¹) с электроном (е—) по реакции: pi¹+ ^е—>n'o + v.

Но, по Зельдовичу, нейтрино еще до начала этих реакций присутствовало в сверхплотной смеси, заполняя промежутки между протонами и электронами. И хотя протоны и электроны находились в таком тесном соседстве, что взаимодействие между ними было вполне возможно, реакция тем не ^енее ие происходила. Этому мешали нейтрино, присутствовавшие в смеси.

Когда вселенная занимала ничтожный объем и состояла из равных количеств первочастиц — электронов, протонов и нейтрино, количество нейтрино иа единицу объема Было сто/1Ь велико и нейтрино имели столь высокую энергию, что все ячейки так называемого фазового пр странства вплоть до энергии в 400 миллионов электроиовольт были заняты. Но для реакции объединения протона и электрона в нейтрон необходимо излучение нейтрино именно в этом диапазоне энергий. По принципу Паули такого излучения быть ие мог-

Фазовое пространство

Частицы со спином '/г (все частицы, кроме фотонов и мезонов) подчиняются правилу Паули: для иих в фа овом пространстве существуют конечные по своим размерам ячейки, причем в каждой ячейке может находиться только одна частица. Если все ячейки заняты, то никакая но ая частица не может появиться в результате распада. Именно потому для «новорожденных» нейтрино «не было места».

ПШЕННЕ I 1ШРДНИВЕ

ло, а следовательно, не могла идти реакция образования ие ктронов Протоны и электроны сохранялись из-за мощного нейтринного фона, подавлявшего реакцию их слияния.

Итак, наличие энергичных нейтрино «сохранило жизнь» электронам н протонам — тому, из чего в основном состоит наш мир. Что же произошло дальше, когда нейтрино из-за расширения мнра стали терять энергию и в фазовом пространстве стали освобождаться ячейки? В этот момент электроны и протоны разошлись уже так далеко, что нх объе диненне в нейтроны стало маловероятным нз-за недостаточной плотности вещества. Именно благодаря временному экранирующему действию нейтрино мнр остался водородным.

Сначала плотность вселенной была равна плотности ядерного вещества, то есть один кубнк материи весил сто миллионов тони. Через три минуты плотность упала уже до плотности платины, а еще через пятнадцать минут—до плотности воды. Прошло десять часов, и мир стал столь же разреженным, как воздух в нашей комнате. Наконец, сегодня, по прошествии многих миллиардов лет, вселенная имеет в среднем несколько протонов на кубический сантиметр.

Когда опасность слипания основных частнц в нейтроны миновала, функция нейтринной компоненты первомате-рии была исчерпана. Если бы не нейтринный фон, мир выглядел бы сейчас совсем иначе — в нем были бы распространены совершенно другие элементы. Так ие случилось.

Гипотеза советского ученого — еще один шаг вперед в объяснении интереснейших и глубочайших тайн мироздания.

87