Главная страница  Почта

АНАКСАГОР
КЭНЗ

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВСЕЛЕННОЙ
[1]

Природа боится не только пустоты
но и боится потерять равновесие

мудрая мысль

«У природы два главных "инструмента",
с помощью которых она строит наш мир:
конденсация и испарение, испарение и конденсация.
Других "инструментов" у нее просто нет».
А. Кэнз

Аннотация. Мы сейчас немало знаем об окружающем нас мире. Знаем, что есть атомы и молекулы, знаем, что есть планеты и звезды. На еще больших масштабах есть галактики, квазары, скопления галактик. Во всем этом явно бросается в глаза некая уровневость, иерархичность строения нашего мира.
И не только. На каждом масштабном уровне, начиная от микромира (атомы, молекулы) и до скоплений галактик, структурная организация вещества и характер движения в них весьма схожие: это - образование дискретных тел и объединение их в различные сложные "конструкции", и вращение вокруг центра масс. Только масштабы разные.
Напрашивается вывод, что "повинен" в этом некий единый фактор, который вызывает схожие процессы на самых различных масштабных уровнях. И даже, похоже, что, и сам масштаб "делается" под действием этого же фактора.

Автором делается вывод, что этот фактор глобальный и всеобъемлющий - это уменьшение со временем внутренней энергии Вселенной, остывание Вселенной. Именно оно инициирует "всемирные" процессы конденсации, и заставляет вещество многократно менять свое агрегатное состояние. Что со временем приводит к иерархической организации вещества. По сути, выходит, что сама суть эволюции Вселенной представляет собой череду последовательных фазовых превращений состояния вещества.

В ранней истории Вселенной путем конденсации (сгущения) появляются микрочастицы, конденсация которых, в свою очередь, порождает ядра атомов, а потом, и атомов. Конденсация атомов порождает молекул, а они - макромолекул, планет и звезд. Конденсация планет и звезд, порождает квазаров.
А что мы называем протооблаками, галактиками, скоплениями, и т.д. - являются всего лишь определенными стадиями конденсационного процесса, на другом, в более большом масштабном, уровне.
Таким образом, путем последовательной конденсации внутри Вселенной появляются все более и более масштабные и массивные объекты. А главная причина всего этого - постепенное уменьшение внутренней энергии Вселенной со временем.
При таком подходе находит естественное объяснение один из фундаментальных закономерностей нашего мира: минимизация объектами своего энергетического состояния (слияние тел, дефект масс, сферичность, и т.д.). Это прямое следствие падения внутренней энергии Вселенной.
Так же, не исключается, что этот же фактор определяет преобладание экзотермических реакций во Вселенной, что может привести к асимметрии вещества и антивещества.
И еще одно. При таком подходе выявляется иной взгляд на гравитацию. Она не является самостоятельной природной "силой", а является лишь частью более объемного природного процесса - процесса конденсации и фазового перехода вещества.

Введение. Поглядев на ночное небо, наблюдаем мириады мерцающихся звезд. Их бесчисленное множество. Некоторые светятся ярко, некоторые - тускло. Из-за больших расстояний они кажутся светящимися точками. Нам кажется, что все бесконечное огромные пространства Вселенной заполнены только звездами. Хотя мы знаем что это не так. Кроме звезд там есть далекие звездные системы (галактики), звездные скопления, ассоциации, группы, которые просто из-за дальности выглядят как одиночные звезды. При применении инструментальных методов и при достаточном увеличении выясняется, кто есть кто: большинство галактик выглядят как "небольшие" звездные карусели, а скопления звезд часто выглядят как "комок вещества". За что получили название шаровых скоплений.
На дальних просторах Вселенной обнаруживаются квазары, извергающие энергию целой галактики, но имеющие довольно малые размеры. Из-за чего их назвали квазизвездами (квазарами). Это очень далекие объекты. Некоторые из них находятся чуть ли на "краю" Вселенной и свет от них идет к нам 10-15 млрд. лет.
Кроме этих масштабных объектов, во Вселенной немало более мелких тел: планеты, планетоиды, астероиды, кометы, и др. Они, в основном, остывшие (или, остывающие) объекты, не светятся, поэтому их довольно трудно обнаружить. Большинство из них являются спутниками звезд, и вращаясь вокруг центрального светила, создают либо кольцевой диск (наподобие колец Сатурна), либо образуют планетарную систему, как в Солнечной системе.

И это не все. Огромные пространства внутри Вселенной занимает разреженное диффузное вещество, в виде газа и пыли. Оно, в основном, рассеяно межзвездном и межгалактическом пространстве. Возле сильных источников, коими являются звезды, они нагреваются, и представляют собой горячий, ионизованный газ. В местах, подальше от источников энергии, газопылевое вещество сильно охлаждается, и может образовать довольно плотные газопылевые туманности больших размеров. Такие места обычно являются "инкубаторами" новых звезд.

Откуда все это? Что представляют собой планеты, звезды, галактики, скопления, населяющие нашу Вселенную? Как они образуются? Что за процессы привели мир к такому состоянию, каким мы наблюдаем его сейчас?

Но прежде чем попытаться ответить на них, придется некоторым образом "разложить по полочкам" наши скромные знания об окружающем мире. Чтобы потом, обобщив, и сравнив их с наблюдаемыми данными, получить некоторые выводы (или же, хотя бы, выбрать верное направление поиска).

Для начала зададимся вопросом. Что мы знаем о нашем мире на сегодняшний день:
о его структуре;
о действующих в нем взаимодействиях;
о действующих в нем закономерностях.
Лучше, наверное, начать с микромира и идти по восходящей к макромиру. Такой порядок обычно воспринимается как-то легче.

Структура. Считается твердо установленными, что все объекты и тела, включая и нас самих, состоят из атомов и молекул, которые скрепляются между собой электромагнитными силами.
Если посмотрим строение самих атомов и молекул, то обнаружим, что атомы "построены" примерно, так же как и Солнечная система: вокруг массивного ядра вращаются более мелкие частицы - электроны. Они образуют вокруг ядра электронные оболочки, нечто вроде орбит. Крайняя оболочка принимается за размеры атома. И он чрезвычайно мал по нашим меркам, и составляют пр. 10^-10 м. Эти крохотные "солнечные системы", объединившись между собой, создают более крупные системы - молекулы. Размер, которых варьируется в пределах 10^-10 - 10^-7 м. А молекулы, в свою очередь, скрепившись электромагнитными силами, образуют каких - либо объектов нашего масштаба: камни, деревья, животные… И не только. Они образуют и масштабные тела. Например, планета Земля, на которой мы живем, тоже состоит из атомов и молекул.

Если обратим взоры на большие масштабы, то обнаружим нечто схожее с микромиром. Наша Солнечная система устроена как гигантский атом, размер которой порядка 10¹² м. Так же, как и в атоме, вокруг массивного Солнца вращаются девять (пока) "маленьких" планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. На одной из них, на планете Земле мы и живем. Кроме планет, вокруг Солнца вращаются сотни и тысячи других мелких объектов: астероиды, кометы, космическая пыль. Их размеры могут быть самыми различными: от нескольких долей миллиметра (пыль), и до несколько сотен километров (астероиды).

Так же как в атоме, где электроны и ядро взаимодействуют с помощью электромагнитных сил, Солнце и планеты, тоже взаимодействуют через электромагнитные силы. Магнитное поле Солнца как скорлупа накрывает всю Солнечную систему, превращая ее в единую, взаимосвязанную систему. Вследствие этого в системе возникает общий центр масс, вокруг которой вращаются все тела Солнечной системы.

Если перейти еще более масштабным структурам, то оказывается, что наше Солнце является лишь одной из рядовых звезд, гигантской звездной системы Milky Way (Млечный Путь), состоящей не менее 10¹¹ звезд, и имеющей пространственный размер, около 10²⁰ м. И все звезды, как и планеты Солнечной системы, вращаются вокруг центра масс нашей Галактики.
И, это не все. Таких галактик, как наше, во Вселенной "созданы" огромное множество: только в доступной нами части Вселенной насчитывается не менее 10¹¹ галактик. Они бывают различной морфологической формы: иррегулярные, спиральные, эллиптические. В зависимости от размера, они могут содержать в себе, примерно от 10⁶ до 10¹² звезд. Так что наша Галактика (кстати, спиральная по форме), всего лишь одна из многих.
Дальнейшее исследования показали, что галактики тоже объединяются в более крупные структуры - скопления галактик, где количество галактик может быть сотни и тысячи. Там они тоже вращаются вокруг центра масс скопления, образуя некую грандиозную упорядоченную структуру. А затем обнаружились еще более грандиозные вещи: скопления галактик объединяются в сверхскопления...

Таким образом, в структуре нашей Вселенной просматривается некая иерархичность: микрочастицы объединяются в атомы, атомы - в молекулы, молекулы - в планеты и звезды, звезды - в галактики, а галактики - в скопления. Внутренняя структура этих систем на каждом масштабном уровне и характер движения в них, тоже очень схожие: это - объединение дискретных тел, и вращение вокруг центра масс. Только масштабы разные.
Все это наводит на мысль о наличие некоего единого механизма образования этих структур, и, на наличие некоего единого фактора (или взаимодействия), которое является ответственным за самоорганизацию вещества в подобные структуры, на самых разных уровнях: от микрочастиц до скоплений, или же даже, кончая самой Вселенной.

Взаимодействия. Но пока, на сегодняшний день, общепринятым считается наличие во Вселенной четырех фундаментальных сил, с помощью которых осуществляется вся структурная организация вещества: это - гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые ядерные силы. Слабые ядерные силы действуют на очень малых масштабах, в районе 10^-17 м, и выше этого расстояния довольно быстро спадают. Они ответственны за бета-распад (электронный и позитронный), а также за К-захват. Вследствие этого происходит взаимопревращение одних частиц в другие. Например, превращение нейтрона в протон, и наоборот. Если это происходит внутри ядра, то результатом этого, в конечном счете, является взаимопревращение ядер одних элементов в ядра других. При этом выделяется или поглощается энергия. Если это происходит свободной частицей (нейтроном), то вследствие бета-распада нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. И выделяется соответствующая энергия.
Сильные ядерные силы действуют в масштабах размеров атомных ядер 10^-15 м., и быстро сходят на нет, чуть больше этих расстояний. Они скрепляют протонов и нейтронов (нуклонов) в единую систему, и образуют, таким образом, атомные ядра.
Электромагнитные силы удерживают вращающихся электронов возле ядра, обеспечивая устойчивость и целостность атомов химических элементов. Они в свою очередь соединяются в молекулы тоже с помощью электромагнитных сил. А те (молекулы) сгущаясь и объединяясь между собой, образуют привычные нам вещи, и макротела, включая планет и звезд. Тут интересно отметить один момент. Хотя планеты и звезды образуются с помощью электромагнитных сил, как цельные объекты, взаимодействие между звездами и планетами считаются гравитационными. Скорее всего, такого довольно, искусственного разграничения, принято считать, что электромагнитные силы действуют в основном микромире (атомы, молекулы). А в больших масштабах их действие постепенно спадают, и, дальше эстафету берут в "свои руки" гравитационные силы. Гравитация удерживают нас на Земле, Землю (и других планет) - при вращении вокруг Солнца, а саму Солнце (и других звезд) в Галактике, а галактик - в скоплении и т.д. Таким образом, принимается, что гравитационные силы доминируют в больших масштабах, и как бы, создают саму Вселенную как единую систему.

Закономерности. Если перейти к закономерностям, то сразу бросается в глаза форма небесных объектов. Подавляющее большинство имеет шарообразную форму. Все планеты, звезды, квазары в первом приближении сферичны. Есть данные, что атомные ядра тоже имеют сферическую форму. Такую форму они приобретают самопроизвольно, и это не зря. Это результат минимизации энергетического состояния системы. Как известно, из всех геометрических фигур при данном объеме, сфера имеет минимальную поверхностную энергию. Поэтому в природе большинство тел самопроизвольно принимают сферическую форму. Все это нам хорошо известно, и подкрепляется наблюдательными данными. Но что заставляет их принимать шарообразную форму? Если скажете, минимизация энергетического состояния, то это будет неполный ответ. Тогда, я вам дам следующий вопрос: а зачем они минимизируют? Что заставляет их минимизировать? (На эти вопросы ответ будет дан чуть ниже).

Есть еще одна закономерность, которая тоже бросается в глаза. Это - агрегатные состояния вещества. Думаю что, эта одна из важнейших. В повседневности мы сталкиваемся тремя агрегатными состояниями вещества: газообразное, жидкое и твердое. Воздух, например, представляет собой газ. Он, в основном, состоит из двух компонентов: газообразного азота (78%) и кислорода (21%). Вода (Н₂О) представляет собой жидкость. В жидком состояние вещество более плотно упаковано, чем в газообразном. А железо (Fe) при тех же условиях находится в твердом состоянии. В твердом состоянии, вещество упакуется еще больше, чем в жидком. Эти свойства конкретным веществам не даны навечно, и не значит, что воздух всегда бывает только газообразным, вода всегда жидким, а железо всегда твердым. Любое вещество можно превратить и в газ, и в жидкость, и перевести его в твердое состояние. Все зависит от условий, в котором находится вещество
Для более тонкого понимания этого, присмотримся как "устроены" газ, жидкость и твердое тело. В газообразном состоянии вещества средняя кинетическая энергия частиц вещества значительно превосходят их потенциальной энергии связи. Расстояние между частицами в таком состояние значительно больше их размеров, и взаимодействие между ними незначительны. Тогда силы притяжения не могут удержать их вблизи друг друга. Частицы разлетаются, и газ может занять любой объем. Поэтому говорят, у газов нет собственного объема. Они легко расширяются и легко сжимаются.
В жидком состоянии средняя кинетическая энергия частиц сравнимы с потенциальной энергией их взаимодействия. Расстояния между частицами не превышает их собственные размеры, хотя частицы довольны подвижны и могут перемещаться относительно друг друга. Амплитуды тепловых колебаний частиц довольно большие, но не настолько, чтобы частицы оторвались друг от друга. Они колеблются в некотором положении равновесия. Из-за хорошей упаковки жидкости очень мало сжимаемы. Имеют свойство текучести. Твердое и жидкое состояние обычно называют конденсированным состоянием.
В твердом состоянии вещества энергия связи между частицами несравнимо велико, чем их кинетическая энергия движения. Хотя расстояние между частицами примерно такой же как в жидком состояние, амплитуда колебаний частиц в положении равновесия намного меньше чем жидком. В твердом состоянии частицы как бы более твердо "закреплены", чем в жидком. Характерными свойствами твердых тел является их собственная форма и объем, а также очень низкая сжимаемость даже при очень высоких давлениях.
Как видим, различные состояния вещества в основном отличаются кинетической энергией движения частиц. Стоит у газа отнять часть кинетической энергии движения частиц, то он приближается к жидкому состоянию. Если дальше отнять, то жидкость превращается в твердое тело. Так как, в основном, температура тела определяет среднекинетическую энергию движения частиц, то уменьшая температуру тела можно газ превратить в жидкость, а жидкость в твердое тело. И, наоборот, если нагреть твердое тело, то оно сначала превратиться в жидкость, а потом и в газ. Таким образом, отнимая кинетическую энергию движения частиц (или наоборот, увеличивая) можно перевести вещество из одного состояния в другое. Все это хорошо известно, и называется фазовыми переходами первого рода.

Любой элемент из таблицы Менделеева, или же, любое сложное вещество, можно получить как газообразном, так и в жидком, так и в твердом виде. Только для этого нужно создать подходящие условия. Например, воздух, которым мы дышим, при обычных условиях (300 К) газ, но можно превратить его в жидкость, охладив его ниже 81 К. Вода обычно жидкая, но можно ее превратить в твердое тело (лед), при температуре ок. 273 К (0^оС). А из железа можно получить не только жидкость, но и газ, при температуре (и выше) 3323 К, и т.д.
Конечно, при этих превращениях, кроме температуры, немаловажную роль играет и давление. При уменьшении давления, так же снижается критические температуры плавления и кипения (парообразования ). Например, вода на высокой горе из-за пониженного давления закипает более низкой температуре, чем на уровне моря (меньше 100^оС). В низине, и в других местах, где давление больше, наоборот, вода кипит более высокой температуре (более 100^оС). Так же, водяной пар на горе конденсируется более низкой температуре, чем на уровне моря. Иными словами, значение давления смещает температуру конденсации и плавления в ту, или, в другую сторону.

Кроме этих трех агрегатных состояний (газ, жидкость, твердое тело), нам известен еще одно состояние вещества. Этим состоянием мы обычно почти не сталкиваемся. Зато это довольно распространено на небесах. Это - плазма. При сверхвысоких температурах от молекул газа начинают отрываться электроны. Появляется большое количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Происходит термическая ионизация газов, с образованием плазмы. Плазма - это смесь атомных ядер, электронов и положительно заряженных ионов. По сути, это уже другое вещество, с другими свойствами. В таком состоянии вещество находится возле сильных источников: вокруг звезд, галактик, и квазаров.

Скорее всего, природа не ограничивается только этими состояниями вещества. Должны быть еще. Например, при температуре 10⁹ К, и чуть выше, ядра атомов распадаются, и получается "бульон" из микрочастиц. Это уже другое состояние вещества. А что получится при 10¹² - 10¹³ К? Распад электронов и позитронов? Что за будет состояние вещества? Если поднять температуру еще выше?. Вообщем, из всего этого можно сделать однозначный вывод: каждому диапазону температур, соответствует определенное состояние вещества. Но, как ведет себя вещество в таких условиях, могут показать только новые эксперименты и новые исследования.

А пока, рассмотрим, как современная наука объясняет, почему мир, в котором мы живем такой, какой он есть? Откуда все это? Что за это процессы привели его к такому состоянию?
Кратко остановимся на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая считается на сегодняшний день общепринятой.
Согласно этой модели, вначале существовала некая "горячая первоматерия", эволюция которой привела к Большому взрыву. Что является точкой отсчета нашей Вселенной. Тогда же возникло пространство и время. Затем, вследствие расширения и охлаждения, путем конденсации и фазового перехода, возникло привычное нам вещество.
В те первые мгновения, когда температура была выше 10¹² К, не могли существовать известные нам элементарные частицы (электроны, позитроны и др.). С достижением температуры этого значения стало возможным "рождения" этих частиц. Это соответствует верхней пороговой энергии электронов/позитронов, при которой они "появляются". Первое время количество электронов и позитронов были равными, так как они "рождаются" только парами, то находились динамическом равновесии. В этом первичном "бульоне" они то появлялись, то исчезали (аннигилировали). Потом рождались новые пары… Так их "жизнь" состояла из бесперерывной череды "рождения" и аннигиляции. До тех пор, пока температура среды не упала до 10¹⁰ К. Эта температура ниже нижней пороговой энергии электронов/позитронов, ниже которой они не могут "рождаться". И тогда процессы аннигиляции возобладали над рождением частиц. Произошла, можно сказать, массовая аннигиляция. Но, все-таки по-видимому, существовала некая диспропорция в количестве электронов и позитронов (или что-то привело к этому), что при массовой аннигиляции уцелело незначительное количество электронов. Иначе бы мы сейчас не наблюдали привычного нам вещества, которое состоит в основном из протонов, нейтронов, и электронов.
Еще до массовой аннигиляции электронно/позитронных пар, когда еще возраст Вселенной была одной сотой доли секунды (10^-2 сек), при температуре пр. 10¹¹ К, стали появляться протоны/антипротоны, и нейтроны/антинейтроны. Это значение ниже верхнего порогового значения "конденсации" протонов /антипротонов, и нейтронов/антинейтронов. Первое время, как и у электронов/позитронов, между протонами/антипротонами (нейтронами/антинейтронами) существовало динамическое равновесие. Они рождались и аннигилировали парами.
Спустя примерно 3 мин. после Большого Взрыва температура среды упала ниже нижнего порога энергий образования протонов/антипротонов (нейтронов/антинейтронов), и, также произошла взаимная аннигиляция этих частиц. Но, как и при аннигиляции электронов/позитронов, при аннигиляции протонов/антипротонов, нейтронов/антинейтронов, по каким-то факторам оказалась диспропорция в количестве частиц/античастиц. В итоге уцелели некоторое количество протонов и нейтронов, которые чуть позже, когда температура понизилась примерно до 10⁹ К, соединившись образовали ядра легких элементов (в основном, водород и гелий).
С этого момента "огненный шар" расширялся без особых изменений. Только спустя примерно 7*10⁵ лет после Большого Взрыва, когда температура Вселенной упала ниже 10⁴ К, ядра (протоны-нейтроны) соединившись со свободно "гуляющими" электронами образовали первые нейтральные химические элементы - атомов водорода и гелия.
С появлением нейтральных атомов Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения, возникло то, что мы сейчас называем реликтовым излучением. Оно со временем остывало, и его температура в наши дни составляет пр. 3 К. Это, как бы, средняя температура внутри Вселенной на сегодняшний день.

Наблюдаемые ныне тяжелые элементы, чем водород и гелий, по Стандартной модели, образовались в недрах звезд. Это представляется таким образом. По мере понижения температуры во Вселенной, происходило сгущение облаков водорода и гелия. Гравитация стягивала их газовые "шары", где в недрах создавались условия для начала ядерных реакций. С их "включением" вспыхивала звезда. Внутри звезд, при миллионных градусах температуры, давления, плотности, происходит синтез тяжелых ядер, из более легких. В основном из ядер водорода. Реакция происходит многоступенчато, через множество стадий, и, в конечном счете, приводит к образованию ядер железа. При этих реакциях выделяется огромная энергия, что и обеспечивает светимость звезд на многие миллионы и миллиарды лет.
В конце жизни более массивные звезды взрываются (сверхновые), и выбрасывают в пространство много тяжелых элементов, обогащая тем самым Вселенную. Поэтому позже образовавшиеся звезды, уже изначально содержать в своем составе немало тяжелых элементов. И они в свою очередь, тоже будут производит и выбрасывать в окружающую среду тяжелых элементов. Таким образом, Вселенная, по мере смены поколений звезд, постепенно будет обогащаться тяжелыми элементами.
Исходя из таких соображений, в Стандартной модели, делается вывод, что первые поколения звезд состояли только из водорода и гелия. А после их взрыва, дальше уже тяжелые элементы "начинают гулять" по всей Вселенной, попадая в состав вновь рождающихся звезд. Если это так, то со временем, в соотношении Н/Z (Н-водород, Z-тяжелые элементы) доля Z должна возрастать. И это, действительно, наблюдается. Но, пока что, только в более "меньших" структурных образованиях - в звездах, и галактиках. Происходит ли это в масштабах всей Вселенной, пока трудно сказать. Соотношение же химических элементов на сегодня во Вселенной составляет: водород - ок.70%, гелий - пр.29%, а остальные элементы - ок. 1%.

Образование звезд и галактик продолжается и сейчас. Их рождение общепринятая модель объясняет гравитационным сгущением диффузного вещества. Хотя с объяснением начала сгущения имеет немалые проблемы. Как начинает сгущаться вещество? Что к этому подталкивает? Случайные флуктуации ли являются тому виной, или, что-то другое? А может это "железная" необходимость и закономерность? Однозначного ответа пока не существует.

В основном, в книгах приводятся следущие сценарии.
Рождение звезд связываются с газовыми облаками. Но не всякими. Есть горячие газовые облака, есть облака нейтрального водорода НI, и есть облака молекулярного водорода Н₂. Сразу же можно сказать, что горячие газовые облака с температурой порядка 10⁴ К, и выше, не место для рождения звезд. Слишком большая температура, и газ тут ионизован. Нейтральный водород образуют облака НI с температурой ок. 100 К, и плотностью ок. 10 частиц на 1 см^-3. Их размеры могут быть порядка десятки парсек. Тут вполне возможны звездообразования, хотя температура для этого высоковата. Все будет зависит от флуктуации плотности.
Рождение же звезд, в основном, связывается с холодными, эмиссионными газопылевыми облаками молекулярного водорода Н₂. Они считаются самыми холодными объектами. Их температура чуть-чуть выше абсолютного нуля, ок. 10 К, и, весьма плотны - ок. 10² частиц в 1 см^-3. Местами их масса достигает 10⁴-10⁵ массы солнца. И считается, что это самое идеальное место для образования звезд. Действительно, в таких местах часто наблюдаются рождение новых звезд. Это наблюдаемый факт.

Так вот, если масса вещества в какой-то области такого облака превышает критическую величину, то все атомы в этой области под действием чисто гравитационных сил, начинают падать друг на друга. При этом их потенциальная энергия, превращается в кинетическую. Часть энергии падающих частиц идет на повышение температуры облака, а часть рассеивается в пространство в виде излучений. Таким образом, постепенно облако сжимается и превращается в протозвезду. Когда плотность, давление, температура в центральной части протозвезды достигает критической величины, "включаются" ядерные реакторы, и загорается звезда.

По общепринятой модели, звезды рассматриваются как газовые шары (?), внутри которых идут ядерные реакции, и за счет которых, звезды горят миллионы и миллиарды лет. Массивные звезды горят ярче и быстрее расходуют свои ресурсы, и поэтому меньше живут. Они заканчивают свою жизнь обычно взрывом (сверхновые). Часто остаток сверхновой представляет собой нейтронную звезду, с размерами ок. 10 км., и плотностью порядка 10¹⁴ г/см³ - 10¹⁷ г/см³. Они обычно являются источниками сильного рентгеновского излучения.
Звезды массой поменьше, с массой Солнца, горят миллиарды лет. Когда иссякнет горючее, они превращаются, сперва, в красные гиганты, затем сбросив, газовую оболочку, становятся белыми карликами. Плотность белых карликов тоже немало, где-то порядка 10¹⁰ г/см³. Далее, и нейтронные звезды и белые карлики долго и медленно остывают.

Тут хоть, худо - бедно знаем об эволюции звезд, и имеем более-менее стройное представление (хотя немало нерешенных проблем, например, начальная фаза сгущения, что к этому подталкивает?), то про "жизни" и эволюции галактик, знаем гораздо меньше. Вернее сказать, наблюдательных данных немало, но верной их интерпретации, и стройного представления о них нет. Поэтому наши представления выглядят как бы отрывочно, мозаично. Знаем, что галактики бывают различной модификации: эллиптические, спиральные, иррегулярные. Считается, что галактики эволюционируют в направлении от эллиптических, (через спиральные), к иррегулярным (ради справедливости надо сказать, что не всеми это поддерживается). Согласно этой схеме, эллиптические галактики считаются экстра ранними, а иррегулярные - поздними. Действительно ли это так, или нет, пока общепринятого ответа не существует. До сих пор не найдена (не определена) протогалактика, из чего казалось бы, должна возникать галактика (чуть ниже изложу свое видение на эволюцию галактик, чуть-чуть иных позиций, где легко находится и протогалактика, и эволюция галактик принимает стройную логичную форму, и в придачу, связываются в единое целое со странными небесными объектами - квазарами).
Что касается "жизни" скоплений галактик, то тут знаем еще меньше. Они тоже бывают регулярные и иррегулярные, и содержат в своем составе сотни и тысячи галактик. Некоторые скопления более компактны, некоторые более, диффузны. Как в галактиках, где более красные и старые звезды концентрируются к центру, в скоплениях происходит примерно то же самое: более компактные эллиптические галактики концентрируются ближе к центру скопления, а спиральные галактики находятся на периферии. Общепринятого объяснения этого тоже пока не существует.
Еще меньше знаем (или же не знаем) еще более масштабных вещах: о сверхскоплениях, сверхсверхскоплениях, и вообще, о Вселенной как о цельном объекте. Что это такое, и какую она имеет форму (внешне). Даже для умозаключений приближенного характера, недостаточно наблюдательных данных.

Стандартная модель исходит из модели изменяющейся во времени Вселенной. На сегодня, по общепринятому мнению, Вселенная представляет собой расширяющейся сферу, размером пр. 10²⁶ м. Какова же будет ее дальнейшая судьба?
Согласно Стандартной модели все будет зависит от массы и плотности вещества внутри Вселенной. Как мы знаем, силы гравитации зависят от массы вещества. Большие массы создают более сильные гравитационные поля. Поэтому если достаточно массы вещества внутри Вселенной, и его плотность больше некоего критического значения (ок. 10^-29 г/см³) то расширение затормозится гравитационными силами. И сегодняшнее расширение сменится на сжатие, и Вселенная будет коллапсировать. Если же плотность вещества меньше критической, то говорят Вселенная плоская, и расширение будет продолжаться вечно. Нынешнее значение плотности по всем расчетам получается ниже критической на пару порядков (ок. 10^-31 г/см³). И, поэтому пока делается вывод о вечном расширении. Хотя здесь не все так просто. Во Вселенной вполне могут быть пока нами не обнаруженные темные объекты, с учетом которых нынешнее значение (10^-31 г/см³) может измениться в сторону увеличения. Будут ли обнаружены такие объекты или нет, будет ли их достаточны для остановки расширения или нет, покажет будущее. Здесь же стоит только отметить, что как бы то не было, в Стандартной модели будущая судьба Вселенной зависит от критической массы и плотности вещества: будет ли она расширяться вечно, или произойдет обратное сжатие.

Стандартная модель, которую я тут вкратце изложил, если взять в общих чертах выглядит правдоподобной. Но не без изъянов. Мне кажется, в ней есть довольно спорные моменты, на которых остановлюсь чуть ниже. Здесь только скажу, что, прежде чем "строить" прошлое и будущее какой - либо системы, надо хорошенько изучить ее сегодняшнее состояние. Чем лучше и подробно будем знать нынешнее состояние, тем правдоподобным и "работоспособным" будет наши экстраполяции в прошлое и будущее этой системы.
И, так…

Что происходит во Вселенной. Сперва, для разминки, рассмотрим пример. Допустим, что, в невесомости висит стеклянная сферическая колба (будем считать, что под действием больших температур и давлений стекло не разрушится). Внутри колбы ок. 4000 К. И там находится газообразная смесь, в составе которой, скажем, железо, ртуть, кислород, азот, гелий и водород. Постепенно начинаем понижать температуру. При достижении температуры примерно 3330 К, внутри колбы появится некоторая замутненность. Начинают образоваться "железные" газовые туманности, которые в свою очередь состоят из мельчайших капелек начавшегося конденсироваться железа. Затем туманности начнут фрагментироваться. Тут, применим принцип масштабирования и, сделавшись очень маленькими, "внедримся" внутрь какой - либо туманности, и внимательно посмотрим, что там происходит.
Капельки внутри туманности будут взаимодействовать друг с другом, образуя пары, тройки, группы, ансамбли и т.д. Где-то будут сливаться, укрупняться. При этом они будут выделять энергию, и светиться, и естественно, будут вращаться вокруг центра масс. В местах большого скопления капелек образуются нечто похожее на галактик. А светящиеся капельки будут похожими на звезды.
Выберем какую-нибудь "галактику" и внедримся и туда. "Галактика" как Галактика, очень даже похожа. Если очень близко подойти какому-нибудь конкретному светящемуся объекту, то можем увидеть знакомую картину. Это мы где-то уже видели. Нечто похожее на нашу Солнечную систему в ранней стадии. Центральный светящийся объект, и вокруг множество капелек различных размеров: от ничтожных, до довольно больших.

Так как это происходит в невесомости, естественно, конденсирующиеся железо примет форму множество "висячих" шариков. Шар (сфера) наиболее энергетически выгодное состояние объекта в таких условиях (происходит минимизация энергетического состояния). Это "работу округления" в основном выполняют силы поверхностного натяжения, которые усиливаются по мере охлаждения. Дальнейшие понижение температуры ниже 3320 К, приведет к остыванию "шариков". Они будут остывать по разному, и с разной скоростью. Это будет зависит от размера, массы и плотности.
При достижении температуры в колбе примерно 1805 К, начинается кристаллизация железных "шариков". При кристаллизации, сперва появиться тоненькая твердая корочка, которая временами будет лопаться и наружу будет выливаться жидкое железо (лава?). Если же еще при стадии конденсации были захвачены другие элементы в виде соединений (окиси железа, соединения азота, водород, ртуть), то при кристаллизации нашей "планеты" будет происходит более сложные вещи: конвективные явления внутри "шарика", дегазация, вулканы и др. Получим максимально приближенную картину, нечто похожее на то, что происходит в действительности с нашей планетой Земля.
При падении температуры примерно до 630 К, начнут сгущаться и конденсироваться пары ртути. Некоторые уже остывшие железные "шарики" могут стать центрами конденсации для паров ртути. И потекут по нашей железной "планете" ртутные "речки".
Когда температура упадет внутри колбы до 300 К, будем иметь "планету" с твердой поверхностью, ртутные "речки", атмосферу (воздух - азот, кислород) и вдалеке, газообразные гелий и водород. Стоя на поверхности такой железной "планеты" с ртутными "речками" и азотно-кислородной атмосферой, и наблюдая наши окрестности, мы будем думать, что "наш мир" состоит, по большей части, из водорода и гелия. Так как именно они будут заполнять просторы нашей сферы (колбы). Они будут везде. Это обманчивое зрелище. Мы то знаем, что в колбе других элементов нисколько не меньше, чем водород и гелий. Просто более тяжелые элементы претерпели фазовый переход и сконденсировались в "планеты" и в капельки - "звезды". Поэтому их, как бы, не видно...

При конденсации паров железа и ртути выделится соответствующая энергия, хорошо известная из физики, как теплота парообразования, и равная произведению удельной теплоты парообразования этих элементов (веществ) на их массу (Q=r*m). Так как в газообразном состоянии вещества внутренняя энергия всегда больше чем в жидком, а в жидком - больше чем твердом. то при конденсации, эту разность они выделяют в виде излучений в окружающую среду. А сами переходят на более низкоэнергетическое агрегатное состояние, в соответствии с температурой окружающей среды. Это является их относительно равновесным состоянием при данных конкретных внешних условиях.

Если сейчас обратно "выйти" из светящегося объекта, "выйти" из той туманности, и вернуться в наш реальный мир, приняв обычный вид, и посмотреть на экспериментальную колбу, охватив единым взором все внутреннее пространство колбы, то увидим, что такие же схожие процессы конденсации идут по всему внутреннему пространству колбы, одновременно во множественных местах, там и тут, то получим картину нечто похожее на нашу Метагалактику. Где конденсирующееся вещество будет образовать мириады "галактик", "звезд" и "планет".

Продолжим эксперимент. Только сейчас будем все делать в обратном порядке. Начнем нагревать полученную систему (то бишь, колбу с "планетами", "звездами" и "туманностями"). Тогда все произойдет в обратном направлении. "Галактики" и "туманности" будут постепенно разрушаться, разлетаться и постепенно исчезать. Разогревшись, атмосферы "планет" начнут расширяться, ртутные "речки" - испаряться и высыхать. Наша железная "планета" начнет перегреваться, потом перейдет в жидкую форму, а затем и вовсе испариться. Таким образом, в определенной температуре (ближе к 4000 К), мы придем в то же состояние системы с чего вообще-то и начали: газообразное состояние элементов внутри колбы. При этом то количество энергии, которую мы сообщили системе, чтобы перевести ее в газообразное состояние, превратилась во внутреннюю энергию системы. При конденсации или кристаллизации эту энергию система выделит обратно в окружающую среду.

Если сейчас начнем опять постепенно охлаждать нашу экспериментальную систему, то получим ту же картину, которую мы уже рассмотрели. Дифференцированную (эшелонированную) конденсацию вещества (и элементов), в зависимости от их критической температуры конденсации. Известно, что у каждого вещества, и у каждого химического элемента есть своя температура конденсации, и своя температура плавления, при которых, они меняют свои агрегатные состояния. Они нам более-менее известны. Например, железо из газообразной фазы в жидкую переходит при 3323 К, и начнет твердеть при температуре 1803 К,(температура плавления). Ртуть, соответственно, при 630 К и 234 К. А вот азот и кислород переходят в жидкую фазу только при температуре 77 К и 90 К. У водорода и гелия эта температура еще ниже, ок. 20 К и 4 К, соответственно. Поэтому чтобы их перевести в жидкое состояние (сконденсировать) нужны сверхнизкие температуры.

Когда они переходят из газообразного состояния в жидкое, то выделяют энергию равное удельной теплоты парообразования конкретного элемента или вещества. Которые, то же, в общих чертах нам известны. Например, удельная теплота парообразования железа равна 5,8*10⁴ Дж/кг, у ртути - 2,85*10⁵ Дж/кг, у воздуха - 2,1*10⁵ Дж/кг и т.д. При конденсации этих веществ (элементов) из газообразного состояния в жидкое, выделяется соответственно эта энергия в виде излучения (Q = r*m).
Чем больше компонентов (химических элементов) возьмем в подобных экспериментах, тем ближе будет к реальности. Конечно, наличие множество химических элементов сильно усложнит картину: в "туманностях" будут идти множество химических реакции, приводящие к образование сложных веществ (в том числе, и воды). При конденсации которых говорит, "о чисто" железном шарике, или "о чистой" ртути не приходится. Зато ближе к реальности.

Эти упражнения нужны для того, чтобы более - менее наглядно представить, что же происходит в больших масштабах, внутри Вселенной. И, сфера взята не зря. По сегодняшним воззрениям, наша Вселенная представляет собой гигантскую расширяющиеся сферу. Хотя конечно, мы не знаем, как она выглядит внешне, и, вообще, расширяется ли она. Нас интересует не это. Нас здесь прежде всего интересует что происходит внутри Вселенной.

А внутри нашей действительной Вселенной происходит… то же самое, что и в вышеприведенном опыте. Из-за постепенного понижения температуры внутри Вселенной (ныне, примерно, 3 К), перед нашими очами происходит самая банальная, самая обычная конденсация, и фазовый переход вещества в невообразимо гигантских масштабах.
Происходит ли это, вследствие расширения Вселенной, или же просто идет отдача энергии куда-то, неясно. Но, одно, очевидно. Что в течение эволюции внутри нашей Вселенной падает температура и давление (вернее сказать, идет уменьшение внутренней энергии Вселенной). Вследствие чего, идет масштабная конденсация и фазовый переход вещества из одного агрегатного состояние в другое по всему объему Вселенной.
Сперва, они превращаются в гигантские газообразные туманности. А туманность сама по себе уже состоит из мельчайших капелек сконденсированного вещества. Потом мельчайшие капельки начинают взаимодействовать между собой, образуя различные структуры, и сливаться все в более крупные образования.
Это примерно тоже самое, если бы вы изнутри смотрели на процесс конденсации, скажем, паров воды. Находясь на какой-либо молекуле, вы видели бы то же самое. Вас окружали бы мириады "болтающихся" молекул воды. По мере охлаждения, они теряют кинетическую энергию движения, и между ними начинают возникать межмолекулярные связи. Они объединяются в пары, группы, ассоциации, при этом эти структуры будут вращаться вокруг центра масс (многоатомные молекулы, или групп молекул всегда имеют вращательный момент, хорошо известно). Далее, эти группы, ассоциации будут объединяться в свою очередь в мельчайшие капельки воды. Таким образом, при определенной температуре, мы вокруг увидим, мириады разномасштабных капелек воды: мельчайшие, мелкие и более крупные. Дальше, капельки сливаясь с друг другом, и где-то, взаимодействуя друг с другом, создают все более и более укрупненные и усложненные структуры, местами и крупные мегакапли. Но, прежде чем сливаться, все они некоторое время будут вращаться возле друг друга, вокруг центра масс.

Примерно, то же самое, происходит во Вселенной, только в гигантских, космических масштабах. Здесь "работает" принцип относительности масштабов. Наши размеры просто ничтожны по сравнение с пространственными масштабами процессов, которые идут, и теми небесными объектами, которые при этом образуются (планеты, звезды, галактики, квазары, и т.д.). Мы здесь также смотрим на процессы конденсации изнутри, сами находимся внутри этого неимоверно гигантского остывающего облака, которого называем Вселенной.
И газ (вещество) внутри Вселенной не однородно как вода, а состоит из смеси сотен элементов, вся Менделеевская таблица. И, не только. В туманностях идут химические реакции и образуются множество различных химических соединений и веществ, вплоть до органических молекул. Весь этот сложный конгломерат подвергается конденсации. Притом происходит дифференцированная, и как бы, эшелонированная конденсация, в зависимости от температуры конденсации конкретных элементов и веществ. Сперва, конденсируются элементы (и вещества) имеющие более высокую температуру конденсации, которые, как бы, составляют первый "эшелон" конденсации. Затем идут - вторые, затем - третьи, и т.д.... Так, по убывающей, - согласно температуры конденсации.
Именно по этой причине, в ныне существующих физических условиях внутри Вселенной, одни вещества уже сконденсировались и находятся в твердом состоянии, другие в - "жидком", а третьи - остаются пока в газообразном состоянии (например, водород, гелий). И нетрудно догадаться, что по этой схеме, самыми последними будут конденсироваться "чистый" водород и гелий.

Таким образом, небесные объекты планеты, звезды, галактики, и т.д., образуются путем конденсации. Конденсационный подход снимает многие проблемы Стандартной модели. При таком подходе, не возникает проблемы с первоначальным сгущением диффузного облака. Не случайные флуктуации, и не критическая масса облака служит началом сгущения, как принято считать. И не гравитация здесь играет главную роль.
К сгущению диффузного вещества подталкивает низкая температура в конкретных областях, что является тем "спусковым крючком", который запускает механизм конденсации. Вследствие потери кинетической энергии движения молекулы и атомы при сближении не могут разлететься и начинают впадать в взаимосвязанное состояние. Между ними сначала возникает слабое электромагнитное взаимодействие. Но этого вполне достаточно, чтобы появились у них общий центр масс (центр механического равновесия). Тогда они начинают вращаться и падать в центр масс. Как видим, что мы называем гравитацией - это вторичный эффект, это всего лишь падение в центр масс. Не будет между молекулами взаимосвязи (электромагнитное), не будет и центр масс, и падать будет некуда. Таким образом, с появлением взаимосвязи и центра масс, облако начинает сжиматься. По мере сжатия растет плотность, повышается температура, и это приводит к еще большему излучению, и большему потерю внутренней энергии облака. Постепенно протозвездное облако конденсируется, сжимается в центр, и когда "включаются" ядерные реакторы, превращается в звезду. Надо сказать, что звезды не газовые шары, как принято считать, а более ближе к жидкому агрегатному состоянию вещества. (Поверхность Солнца и его гранулы, больше напоминает кипящую поверхность жидкости, чем газ). А дальше, когда потухнет внутренний реактор, звезды остывают и переходят в твердокристаллическую фазу (белые карлики, нейтронные звезды).

По этой же схеме, вследствие конденсации, протопланетное облако превращается в планету. Только у планеты нет "хорошего внутреннего обогревателя", поэтому она быстрее остывает и быстрее переходит в твердую фазу. Хотя наличие слабеньких ядерных реакции (ядерный распад), и наличие экзотермических химических реакции внутри планеты, а также выделяемая удельная теплота кристаллизации, на некоторое время могут оттянуть окончательное остывание планеты.

к  странице - 2