Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
тонов и нейтронов должно быть одинаковым. Обычного радиоактивного распада нейтронов на протоны и электроны при этом не происходит, так как он компенсируется равным числом обратных реакций при столкновениях электронов высоких энергий с протонами в горячей плазме. Когда температура плазмы опустилась до IO9 К, условия температурного равновесия существенно изменились 95 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
в пользу протонного состояния, однако температура упала так быстро, что равновесие не успело установиться. У нейтронов не хватило времени, чтобы превратиться в протоны, так что могло сохраниться достаточно нейтронов, из которых образовалось некоторое количество гелия. Если
1,0 -I " "Г ! .. . , ... — I1 I ......
0,8 - -
0,6 / -
0,4 / 1N4,5«Л
0,2 < ' ^ I \500W4 I ---
О I Ю'1 Ю~г IO 3 IO'4 IO'5 Шкала вре/иени для расширения , S
Рис. 35. Влияние скорости расширения на образование Не, D и Не® в космическом «огненном шаре» (по Пиблсу). Значение 5=1 соответствует общей теории относительности. Чем меньше величина S, тем быстрее идет расширение. В скалярно-тензорной теории тяготения для современной плотности материи 2-Ю-2' г/см3, температуре теплового излучения 3 К и хаббловском возрасте IO10 лет получается 5<0,45.
верна общая теория относительности и рассмотренная космологическая модель, то 25—28%. газа пошло бы на образование гелия.
Ожидаемый выход гелия сильно зависит от скорости изменения температуры, а значит, и от скорости расширения Вселенной [30]. При ускорении расширения Вселенной у нейтронов остается меньше времени для распада, т. е. для образования гелия их останется больше. Однако слишком быстрое расширение приводит к тому, что не хватит . времени для протекания ядерных реакций. На рис. 35, заимствованном из статьи Пиблса [30], изображена зависимость выхода гелия от скорости расширения Bee-денной. Если скорость расширения возрастает в 100 раз, 96
III. Космический і?огненный шар» и гравитация
то на образование гелия пойдет 80% вещества, но при возрастании скорости расширения в IO5 раз количество гелия сводится практически к нулю. _
Скорость расширения изменяется как УGp (см. уравнение (4), памятуя, что величиной Vq2 можно пренебречь). Если теперешнюю среднюю плотность принять равной 2 • IO-29 г/см3, то скалярно-тензорная теория тяготения даст скорость расширения, по крайней мере в 2,3 раза большую, чем общая теория относительности (но может получиться и в .3-106 раз большая скорость). В первом случае ожидаемый выход гелия составит 42%; тогда как во втором случае при чрезвычайно быстром расширении получим 0%: [29]. Если же теперешняя средняя плотность равна всего лишь- 7 • IO-31 г/см3, соответствующие значения для выхода гелия будут равны 32% и 0% [29].
Нам неизвестно никаких естественно протекающих процессов в Галактике, при которых большие количества гелия могли бы расщепляться на водород, тогда как известно, что в звездах водород «сгорает» и образуется гелий (это их главный источник энергии). Поэтому ожидается такое же наблюдаемое отношение количеств гелия и водорода, какое дает космический «огненный шар», или больше. Солнце содержит сейчас, по-видимому, менее 30%! гелия вблизи своей поверхности, так что найденное выше значение 42% чрезмерно велико. По-видимому, единственная возможность, не противоречащая наблюдениям в случае Вселенной с высокой плотностью, состоит в том, что в «огненном шаре» гелий вообще не образовывался. Хотя на рис. 35 показано, что при S—3-IO-4 выход гелия может составлять 20—30%, этот вариант можно исключить, так как при этом слишком велик выход дейтерия, чего на самом деле не наблюдается.
На величину выхода Гелия в космическом «огненном шаре» может влиять не'только участие в гравитационном взаимодействии скалярного поля. Неоднородность и анизотропность материи в «огненном шаре» также ускоряли бы расширение, хотя неправдоподобно, чтобы при этом скорость могла возрасти в IO5 раз, что нужно для прекращения образования гелия. Чрезвычайное преобладание нейтрино над антинейтрино также могло бы повлиять на образование гелия [15, 26], но для этого требуется неправ- III. Космический «огненный шари и гравитация
97
доподобно большой избыток первых (примерно в IO7 раз больше количества протонов).
Спектроскопические наблюдения свидетельствуют о том, что приблизительно 1U всего межзвездного газа (по массе) составляет гелий, но трудно решить, образовался ли этот гелий в космическом «огненном шаре» или много позднее — вместе с прочими элементами, присутствующими в звездах населения II.
Первичный гелий следовало бы искать в наружных слоях звезд населения II, но эти звезды, принадлежащие
.Настоящий .момент т Геологические эры
л —Древнейшие ископаемые
Общ. теория относительности Скалярно-тензорна я теория (Oi=S)
Стареишие звезды населения I
Звезды населения П
ohi
-Ma ЮГ. Не
б 8 IO 12 /4 16 IS 20 Эволюционный возраст звезд, 10ялет
22 24
Рис. 36. По оси абсцисс отложены эволюционные возрасты звезд, вычисленные в предположении правильности общей теории относительности.
