Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
394
Глава 12
плотностью энергии, которые могли сохраниться и поныне. Тогда значительная часть плотности энергии, содержащаяся в пространстве, находилась бы в форме волн скалярного поля.
Влияние ф-волн на галактики
Средняя плотность энергии для волн скалярного ПОЛЯ связана со скоростью изменения этого поля следующим образом:
S~ (9)
где ф — производная по времени от потенциала ф.
Наибольшее возможное значение ф/ф можно оценить, полагая, что плотность энергии этих волн равна средней плотности энергии в случае космологической модели для Вселенной, расширяющейся со скоростью, соответствующей величине постоянной Хаббла. Эта плотность энергии составляет около 10“29 г/см3. Подставив ее в уравнение (9), получим
(~qr) ~ 2-Ю1» лет 1
Это значит, что среднее относительное изменение нашего поля имеет порядок 10~10 в год. Тогда при приблизительно равномерном распределении соответствующей плотности энергии ее проявления должны быть очень слабыми и малодоступными для наблюдения. Правда, неясно, необходимо ли предполагать, что распределение плотности энергии однородно.
Если бы в начале расширения мира появилось первоначальное скалярное поле, то оно должно было бы быть весьма неоднородным. Характер же уравнения поля (7) таков, что оно допускает дальнейшее увеличение крутизны фронта волны. Качественно это можно показать таким образом: на фиг. 12.3, а потенциал ф изображен в некоторой точке пространства в виде фронта волны во времени. При прохождении этой волны через вещество, когда локально величина ф увеличивается, энергия, свя-
Возможные воздействия ф-волн на Солнечную систему 395
занная с веществом, уменьшается благодаря тому, что массы частиц зависят от <р [см. выражение (5)]. Ввиду сохранения полной энергии эта энергия, прежде связанная с веществом, переходит от вещества к фронту ф-волны (фиг. 12.3,6).
Другой гипотетический, но любопытный эффект, связанный с прохождением ф-ВОЛНЫ через вещество, — это эффект «ф-волнового мазера». Такой мазер мог бы дей-
V . /’..’іV V
Фиг. 12.3. Увеличение крутизны волнового фронта при прохождении волны через вещество.
ствовать в масштабах галактик. Если Галактика содержит примерно IO11 звезд, то среди этих звезд найдется много таких, выгоревшие ядра которых близки к пределу Чандрасекара, перейдя через который соответствующие звезды вступают в область неустойчивости по отношению к коллапсу. Незначительное увеличение гравитационной постоянной понижает величину критической массы, так что приблизившиеся к коллапсу звезды внезапно перейдут через критический предел и будет развязан коллапс. При коллапсе звезда излучает ф-волны, добавляющиеся к падающей волне и увеличивающие крутизну ее фронта, как это было уже описано. Таким образом, ф-волна, проходящая через Галактику, обнаруживается в том, что она вызывает коллапс ряда белых карликов, в результате чего возникают новые небольшие волны, увеличивающие крутизну фронта волны.
На основе описанной модели можно объяснить предположение о совместном появлении сверхновых, принятое для объяснения существования весьма мощных внегалактических источников радиоизлучения. Мощность
а
б
ж
Глава 12
этих источников слишком велика для одной-единствен-ной сверхновой звезды. Бэрбридж утверждает, что в центре Галактики имеется много звезд, достигших критического состояния и готовых превратиться в сверхновые. Сначала случайно 'вспыхивает одна из них и вызывает появление ударной волны, зажигающей затем другие. Ho, к сожалению, пока что не ясно, как одна сверхновая может стимулировать появление других.
Во всяком случае, модель с ф-волнами дает возможный механизм совместного появления сверхновых. Галактика, содержащая IO5 или IO6 почти готовых взорваться звезд, встречается с ф-волной, соответствующей очень резкому всплеску гравитационной постоянной. Сразу же зажигаются все звезды, готовые к вспышке, и каждая из них генерирует ф-волны, способные в свою очередь вызвать дальнейшие взрывы сверхновых. Действуя сообща, все взрывы сверхновых могут возбудить ионизированный газ в Галактике настолько, что получится очень сильный источник радиоизлучения.
Имеется и другой довольно любопытный эффект, который может произвести вырожденная звезда с массой, очень близкой к критической. В этих условиях ее равновесный радиус и энергия весьма сильно зависят от величины гравитационной постоянной. Изменение этой постоянной на 10~4% уже может привести к изменению полной энергии звезды примерно на 1%. Если такая сильно сжатая звезда окажется на пути ф-волны, соответствующей ослаблению тяготения, то эта звезда расширится до нового равновесного состояния, поглотив при этом часть энергии ф-поля. Если же, напротив, ф-волна соответствует увеличению гравитационной постоянной, то она приведет к дальнейшему сжатию звезды и уменьшению ее энергии. Таким образом, могло бы оказаться, что равновесное значение энергии звезды весьма сильно зависит от величины ф-поля. При достаточно крутом фронте ф-волны звезда не сможет следовать за изменением поля квазистатически, т. е. проходя через последовательность равновесных состояний, а вместо этого будет пульсировать некоторое время вокруг нового положения равновесия, когда фронт волны уже прошел. Это может привести к излучению ф-ВОЛНЫ.
