Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной - Вайнберг С.
ISBN 5-93972-013-7
Скачать (прямая ссылка):
Дополнения редактора русского перевода 193
ческих наблюдений гигантских облаков горячего газа, являющихся одновременно источником рентгеновского излучения. Из этих наблюдений можно определить также температуру и концентрацию электронов. Таким образом, в принципе можно определить движение облака и вместе с ним всего скопления или, по крайней мере, сказать, что эта скорость не превышает величины порядка 2 000-3000 км/с для продольного и 5 000-10 000 км/с для поперечного движения.
ДОПОЛНЕНИЕ 6. О СОХРАНЕНИИ БАРИОНОВ
Вайнберг упоминает о законе сохранения барионного числа, или, другими словами, о законе сохранения барионов как о несомненном факте.
Действительно, все экспериментальные данные ядерной физики подтверждают этот закон. Специальные поиски распада обыкновенных, не радиоактивных ядер показали, что вероятность распада протона меньше 10-37 с-1, что соответствует времени полураспада больше 3 • 1029 лет.
Однако сам Вайнберг еще в 1964 году отметил, что закон сохранения барионов может быть лишь приближенным в отличие от точного закона сохранения электрического заряда. Дело в том, что электрический заряд взаимодействует с электромагнитным полем, подчиняющимся уравнениям Максвелла, а эти уравнения требуют сохранения заряда. Грубо говоря, сохранение электрического заряда вытекает из существования радиоволн. Однако нет другого аналогичного поля, которое требовало бы сохранения барионного заряда (это то же самое, что и барионное число) и запрещало бы превращение протона, например, в позитрон и нейтральный пион. Сохранение барионного заряда установлено лишь прямыми опытами и с той точностью, которую дает опыт*.
Тот факт, что нет «барионного» поля, связанного с барионным зарядом (как электрическое поле связано с электрическим зарядом), отмечали еще Ли и Янг в 1956 году. Такое «барионное» поле изменяло бы законы небесной механики, проверенные с огромной точностью. Изменение связано в первую очередь с тем, что различные вещества имеют различный барионный заряд на единицу массы.
194 Дополнения редактора русского перевода
Поэтому Вайнберг в 1964 году предположил, что барион-ный заряд не сохраняется. Однако в то время Вайнберг имел в виду теорию стационарной Вселенной Хойла (см. с. 19) и писал о возможности преимущественного рождения в вакууме барионов по сравнению с антибарионами. Теорию горячей Вселенной он тогда не рассматривал. В 1973-1976 гг. в предлагаемой книге Вайнберг не указывает на возможность несохра-нения барионов и, как сказано выше, причисляет сохранение барионов к фундаментальным законам природы (с. 97).
Процессы, медленно идущие при низкой температуре, могут идти быстро при высокой температуре. А. Д. Сахаров в 1967 году первый поставил вопрос о несохранении барионов в горячей модели Вселенной. По современным взглядам, нейтроны, протоны и другие сильновзаимодействующие частицы (адроны) состоят из кварков; при высокой температуре кварки свободны и достаточно быстро распадаются и рождаются, спонтанно и при столкновениях с другими частицами (подробнее о кварках см. главу VII). Между свойствами частиц и античастиц существует определенное различие — на это указывают лабораторные эксперименты. Теория показывает, что это различие не нарушает равенства числа частиц и античастиц в термодинамическом равновесии (о понятии термодинамического равновесия см. главу III). Однако в ходе расширения равновесие может нарушиться, и возможно закономерное появление всюду одинакового избытка барионов над антибарионами. После охлаждения Вселенная везде будет состоять из барионов («вещества») и фотонов. Антибарионы, «антивещество», практически полностью аннигилируют, оставляя избыток вещества, задолго до того, как начнется нуклеосинтез. Аналогичные идеи развивал В. А. Кузьмин в 1969 году.
Позже, в 1974 году, С. Хоукинг и вслед за ним Я. Б. Зельдович отметили возможность появления избытка вещества при испарении черных дыр.
Новая ситуация возникла уже после выхода в свет предлагаемой книги Вайнберга. Сейчас развивается новая теория элементарных частиц, объединяющая теорию электромагнетизма, теорию слабого взаимодействия (в частности, процессов испускания электронов и нейтрино при распаде нейтро-
Дополнения редактора русского перевода 195
на) и теорию сильного взаимодействия (ядерных сил и кварков). В этой теории естественным образом получается, что протон должен распадаться с временем жизни около 1032 лет. Это предсказание не противоречит существующим опытам.
В настоящее время (конец 1980 года) начинается необычайно трудный, но и важнейший «эксперимент века» — поиски распада протона, предсказанного теорией. Применительно к космологии и, в частности, к теории горячей Вселенной возможно, что теория объяснят соотношение между количеством вещества (протонов) и фотонов, т. е. значение числа В/') = 10-8 4-10-9 (отношение числа протонов к числу фотонов в единице объема), которое в настоящее время известно только из наблюдений. Единственным предположением при этом будет однородное и изотропное расширение Вселенной «по Фридману», начиная с сингулярного состояния. В развитии теории активное участие принимает Вайнберг.
