Большой взрыв и расширение Вселенной!

[Pegas]

"Попытка понять Вселенную - одна из очень немногих вещей, которые чуть приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии", писал нобелевский лауреат Стивен Вайнберг (Вселенная разумная). С этим можно согласиться или принять как мнение, на которое имеет каждый, но противоречащее нашим убеждениям. Но, в этом что-то есть.
Когда видишь числа со степенями, от которых воображение перестаёт воспринимать реальность, то действительно это принимает черты высокой трагедии. С расширением гравитационное взаимодействие ослабевает, что приведет к хаосу. На самом деле существующее положение дел обстоит не так, хотя бы на примере солнечной системы, где имеет место установившееся равновесие масс и гравитационных сил. ИМХО.

[Афанасьев]

На самом деле существующее положение дел обстоит не так, хотя бы на примере солнечной системы, где имеет место установившееся равновесие масс и гравитационных сил. ИМХО.

Проверить гипотезу больших чисел Дирака непосредственно измерением гравитационной и других постоянных трудно, поскольку их предполагаемое изменение в современный период должно составлять всего лишь ок. 10^-11 в год (а точность определения гравитационной постоянной всего лишь 10^-6), но можно исследовать следствия из этой гипотезы. Одним из проверяемых макроэффектов является изменение расстояний между небесными телами и изменение скорости вращения небесных тел. Для расстояния до Луны Дираком было подсчитано, что эффект должен составлять ок. 2 см/год.
Эффект Дирака достаточно тонок и его непросто выделить на фоне постоянных колебаний расстояний между Землей и Луной, обусловленных законами движения в поле тяготения…
Однако гипотеза Дирака оказалась плодотворной. Благодаря ей в геофизике возникла программа "растущей Земли", продолжающая активно развиваться. Раскол праматерика в отдаленном прошлом интерпретируется в рамках этой программы как неизбежное следствие увеличения объема Земли.

[Pegas]

Земля, Луна и Солнце это вообще уникальная система. Только массовые соотношения и связанные с этим гравитационные взаимодействием весьма сложны. Много вопросов по этой системе, раскрытие которых пролило бы свет на физические проблемы и причинно - следственные связи существования Вселенной и её структурных образований. Может быть эта проблема не по теме , но знание физики околоземного и солнечного пространства открывают многие тайны Вселенной в целом. Мы же уже делали попытку отнести тему в микромир. У меня складывается впечатление, что тема нескончаема: с какой стороны не подойди ???? Мы сами живая микрочастица Вселенной, мыслим, считаем себя разумными, а значит правильное определение "UNIVERSUM SAPIENS" (ВСЕЛЕННАЯ РАЗУМНАЯ). Но забываем об этом, отделяем себя от неё и отвергаем это понятие, отнеся его в религию. А Вселенной разумной являемся мы сами, пронизанные эфиром большой Вселенной. Итак, занесло меня этим ветром Вселенной в непознаваемое.

[Афанасьев]

знание физики околоземного и солнечного пространства открывают многие тайны Вселенной в целом. Мы же уже делали попытку отнести тему в микромир. У меня складывается впечатление, что тема нескончаема: с какой стороны не подойди ????

Бозон Хиггса оказался стандартным

Изначально хиггсовский механизм был придуман лишь для того, чтобы давать массы калибровочным бозонам (то есть W- и Z-бозонам, переносчикам слабого взаимодействия) и не нарушать при этом другие важные свойства калибровочной теории. В такой формулировке не требовалось, чтобы то же самое поле Хиггса давало еще массы частицам вещества — кваркам и лептонам, то есть известным сейчас фундаментальным фермионам.
В рамках Стандартной модели, где больше просто нечему обеспечить фермионам массивность, эту дополнительную повинность тоже «навесили» на поле Хиггса. Именно поэтому стандартный бозон Хиггса должен «уметь» распадаться не только на W- и Z-бозоны, но и на фермионы. Наиболее частыми среди этих распадов должны быть распады на фермионы, самые тяжелые из доступных по закону сохранения энергии, — на b-анти-b-пару и на тау-анти-тау-лептонную пару.
Что же получается в итоге? Во-первых, если объединить все данные, то можно считать доказанным, что бозон Хиггса действительно распадается на фундаментальные частицы материи, а не только на бозоны-переносчики электрослабых взаимодействий. Во-вторых, измеренные вероятности распадов и здесь вполне согласуются со Стандартной моделью. Конечно, точность тут не слишком велика, но никаких существенных отклонений от Стандартной модели не видно.
Таким образом, развитие событий по-прежнему идет по пессимистическому сценарию. LHC обнаружил бозон Хиггса, очень похожий на стандартный, и не видит никаких экспериментальных указаний на физику за пределами Стандартной модели. Конечно, сам коллайдер в этом не виноват — он-то работает отлично, просто природа оказалась именно такова. Это значит, что скорее всего никаких исключительно ярких открытий в свойствах бозона Хиггса ожидать на LHC не стоит. Если что-то выходящее за рамки Стандартной модели и будет обнаружено, то оно будет проявляться лишь как небольшое отличие и вряд ли сможет обладать большой статистической значимостью. Существенные новости тут стоит теперь ожидать только ближе к концу 2015 года, когда коллайдер заработает на повышенной энергии и будет обработана первая порция новых данных.
http://elementy.ru/news/432151

[Pegas]

Владимир! Спасибо за сообщение.
Внимательно ознакомился. Полезно: да.
...На Большом адронном коллайдере благодаря его рекордной энергии удается «прощупать» взаимодействия частиц на исключительно малых расстояниях (менее 10 в степени –19 метра),...(из Новой физики). Вот где Вселенная, правда в другом мире.

[Афанасьев]

Академик Валерий Рубаков: Открытие бозона Хиггса имеет отношение к космологии, поскольку, понимая, как устроена природа на том масштабе энергии, где существенную роль играет поле Хиггса, мы можем предсказать, как вела себя Вселенная на очень ранних этапах ее эволюции, когда температура была настолько большая, что энергии частиц были достаточны для образования и рождения всех частиц, включая бозон Хиггса. По-видимому, во Вселенной такой период был, очень короткий, одна десятая микросекунды примерно после Большого взрыва. Но в это время происходили, возможно, существенные процессы, существенные для современной Вселенной. А именно, процессы, которые в конечном итоге привели к образованию темной материи. Вселенная наша заполнена т.наз. темной материей, состоящей из частиц неизвестного типа, массивных, обладающих гравитационным действием, но слабо взаимодействующих с нашим веществом. И еще один нерешенный вопрос космологии – почему во Вселенной есть вещество и нет антивещества. Так вот, один или второй или оба этих вопроса, возможно, имеют отношение к свойствам бозона Хиггса, и тем неоткрытым пока еще частицам, которые, возможно, откроет Большой адронный коллайдер.

[Pegas]

Но существование "темной материи" лишь пока предположение, так как зарегистрировать её не представляется возможным, т.к. силы гравитации приближаются к бесконечности, достигнув rg (гравитационного радиуса) , естественно для малых или элементарных частиц (по Шварцшильду). Опять здесь вклинивается G и c. Насколько они const.

[Афанасьев]

Но существование "темной материи" лишь пока предположение, так как зарегистрировать её не представляется возможным.

На рисунке: по мере удаления от центра галактики скорости обращения не уменьшаются, что говорит о том, что в галактике, в том числе вдалеке от её светящейся части, имеется несветящаяся, темная материя. В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи примерно равна массе обычного вещества.
Частиц темной материи не мало: при массе, равной 1000 масс протона, этих частиц здесь и сейчас должно быть 1000 штук в кубическом метре. Проблема в том, что они крайне слабо взаимодействуют с обычными частицами, вещество для них прозрачно. Тем не менее, частицы темной материи изредка сталкиваются с атомными ядрами, и эти столкновения можно надеяться зарегистрировать. Поиск в этом направлении ведется с помощью целого ряда высокочувствительных детекторов, помещенных глубоко под землей

т.к. силы гравитации приближаются к бесконечности, достигнув rg (гравитационного радиуса) , естественно для малых или элементарных частиц (по Шварцшильду). Опять здесь вклинивается G и c. Насколько они const.

Владимир, извините, но я ничего не понял.

[Pegas]

Просто, тёмную материю я идентифицировал со свойствами чёрной дыры, не более того. Понятие "тёмная материя" вызывает у меня такое ощущение...
G (гравитационная постоянная) и скорость света тут не причём, они принимают участие в расчётах гравитационного радиуса тела, может такое свойство применимо и для элементарных частиц (частиц ТМ). имеющих массу. Вы уж извините меня за такую наивность, специалистам-ядерщикам виднее.
Насчёт регистрации частиц, вы имеете в виду "нейтрины"-эти всепроникающие частицы.

[Афанасьев]

Эксперимент LUX пока не обнаружил частицы темной материи

Название эксперимента расшифровывается просто: Large Underground Xenon, «Большой подземный ксеноновый» эксперимент. Этот детектор установлен на глубине полутора километров в шахте бывшего золотого рудника Хоумстейк, который сейчас является частью Подземного исследовательского центра в Санфорде в американском штате Южная Дакота. Рабочее тело эксперимента — емкость с 370 килограммами жидкого ксенона.
Когда частица темной материи наносит удар по ядру внутри детектора, это приводит к ионизации. Некоторые электроны ионизации тут же порождают вспышку света, а некоторые дрейфуют в электрическом поле, доходят до границы раздела жидкость-газ, выходят в газовую фазу и порождают там вторую вспышку света. Оба события можно хорошо измерить с помощью системы фотоумножителей, что позволяет определить трехмерные координаты исходного удара, а также отделить сигнал от фона.
Первый результат таков: после трех месяцев работы никаких свидетельств в пользу обнаружения частиц темной материи не получено.
Тот факт, что частиц темной материи пока не видно в прямых поисках (но она видна в астрофизических наблюдениях!), означает, что либо они имеют совсем другие массы, которые трудно проверять экспериментально, либо их сечение взаимодействия такое низкое, что они не порождают никаких значимых сигналов в нынешних детекторах, либо, что их столкновения с веществом обладает какими-то совсем уж экзотическими характеристиками. Во всех случаях экспериментаторам придется ломать голову над тем, как попытаться такие частицы надежно обнаружить, а теоретикам — пытаться понять, не существует ли каких-то косвенных способов изучать частицы темной материи без их непосредственной регистрации.
http://elementy.ru/news/432122

[Афанасьев]

Насчёт регистрации частиц, вы имеете в виду "нейтрины"-эти всепроникающие частицы.

Нейтринные детекторы тоже помещают глубоко под землей, чтобы исключить влияние космических лучей. Но нейтрино, в отличие от частиц темной материи, участвуют в слабом взаимодействии, т.е. они способны вызвать бета-распад нейтронов в ядре атома.
Например, установка Дейвиса представляет собой бак объёмом 390 тыс. литров, заполненный 610 тоннами перхлорэтилена (C2Cl4). Детектор расположен в шахте на глубине 1480 м (штат Юж. Дакота, США). Сеанс облучения длится 3-4 мес. За это время ок. 40 ядер 37Cl, содержащихся в перхлорэтилене, превращаются в ядра радиоактивного 37Аr. Их извлекают из бака (пропуская пузырьки газа-носителя 36Аr) и переносят в пропорциональные счётчики, где по позитронам распада измеряют их количество.

[Pegas]

Вывод. Видимая часть Вселенной в настоящее время хорошо изучена и не вызывает вопросов по её структуре, химическому составу, в т.ч. на уровне , квантовой физики и физики элементарных частиц, термодинамики и динамики взаимодействия тел, механике движения и др. физическим показателям, определяющих видимую часть жизни Вселенной. Но полагают, масса видимой части Вселенной составляет незначительную долю от массы большой Вселенной. Остальная масса сосредоточена в т.н. "тёмной материи", структура и состав которой в настоящее время не расшифрованы. Здесь возражений быть не может, т.к. межгалактическое пространство и всё что в нём находится несоизмеримо больше, по как по объёму, так и по массе.видимой части Вселенной.
Я всегда считал, что основную долю пространства (межзвёздного или межгалактического) составляет водород (и его соединения), как родоначальник всего, что мы видим и невидим. Но, что-то есть ещё, о чём мы ничего не знаем, но предполагаем, и метко названо "тёмной материей". Вопрос крайне интересен и вызывает много дискуссий. Продолжим.

[Афанасьев]

Эх, хороша была Стандартная модель: шесть кварков, шесть лептонов, двенадцать частиц-переносчиков взаимодействий (фотон, три промежуточных бозона и восемь глюонов) и бозон Хиггса, который нарушал электрослабую симметрию и давал частицам массы! Но теперь нужно открывать частицы темной материи, которые в эту модель не вписываются. Такое простое и красивое здание рушится! Я расстроен.

[Александр]

А сколько еще зданий будет разрушено на пути к истине

[Pegas]

Позвольте глупый вопрос задать. А что, "темная материя" где-то далеко во Вселенной, как отдельное образование (вещество, материя), не видимая и спрятанная от нас чрезмерно разумных и любопытных или она всеобъемлющая и мы "купаемся" в ней и не чувствуем её присутствие, она и Солнечной системе, и между звёздами Млечного пути и в обозримом пространстве. B ещё массу имеет. Вот такой дурацкий вопрос, как вопрос персонажа А.П. Чехова из "Письма учёному соседу". Она же "темная", как её увидеть?

[Афанасьев]

или она всеобъемлющая и мы "купаемся" в ней и не чувствуем её присутствие, она и Солнечной системе, и между звёздами Млечного пути и в обозримом пространстве?

Именно так!
Расчетное значение критической средней плотности Вселенной примерно 10^-29 граммов на кубический сантиметр, что соответствует в среднем пяти нуклонам на кубический метр. Следует подчеркнуть, что речь идет именно о средней плотности. Характерная концентрация нуклонов в воде, земле и в нас с вами составляет около 10^30 на кубический метр. Однако в пустоте, разделяющей скопления галактик и занимающей львиную долю объема Вселенной, плотность на десятки порядков ниже. Значение концентрации нуклонов, усредненное по всему объему Вселенной, десятки и сотни раз измеряли, тщательно подсчитывая разными методами количества звезд и газопылевых облаков. Результаты таких измерений несколько различаются, но качественный вывод неизменен: значение плотности Вселенной едва дотягивает до нескольких процентов от критической.
Однако постепенно стало ясно, что истинная масса Вселенной намного больше видимой массы, заключенной в звездах и газопылевых облаках и, скорее всего, близка к критической. А возможно, в точности равна ей.
Согласно предсказаниям теорий, среднее количество тёмной материи в окрестности Солнца должно было составить примерно 0,5 кг в объёме Земного шара. Однако измерения дали значение 0,00±0,06 кг тёмной материи в этом объёме. Это означает, что попытки зарегистрировать тёмную материю на Земле, например, при редких взаимодействиях частиц темной материи с «обычной» материей, вряд ли могут быть успешными.

[Pegas]

Уже теплее! А душа человека, не является ли она неким сгустком умной тёмной материи. Это понятие (душа) неизведанная категория.

[Афанасьев]

Уже теплее!

Реликтовые нейтрино

Согласно современной космологии Вселенная заполнена реликтовыми нейтрино. Современная концентрация всех сортов нейтрино (электронных, мюонных и тау) равна 330 см^-3. Энергия реликтовых нейтрино примерно такая же, как и у реликтовых фотонов (температура нейтринного газа ~
2 K). Нейтринный газ образует так называемую Горячую Темную Материю - Hot Dark Matter (если в момент выхода из равновесия энергия частиц много превышала их массу, темную материю называют горячей), затрудняющую формирование структур (галактик и скоплений галактик) во Вселенной. Новые эксперименты, изучающие флуктуации температуры реликтового чернотельного излучения, а также данные по распределению масс на космологических масштабах позволяют получить ограничение на плотность Горячей Темной Материи и, соответственно, на массу нейтрино. Так, анализ данных эксперимента WMAP (D.Spergel et al., 2003) показывает, что сумма масс всех сортов нейтрино должна быть меньше 0.7 эВ. Лучшее ограничение на массу электронного нейтрино, полученное в лабораторных экспериментах, в настоящее время около 2 эВ. Таким образом, в настоящее время космологический предел на массу нейтрино существенно лучше лабораторного. Тем не менее, нельзя считать космологическое ограничение полностью модельно независимым, т.к. оно во многом основывается на доминировании во Вселенной неидентифицированной пока Холодной Темной Материей (Cold Dark Matter).
Непосредственно зарегистрировать сигнал от реликтовых нейтрино крайне сложно. Возможно, самый многообещающий подход к регистрации реликтовых нейтрино – регистрация механического воздействия нейтрино на макроскопическую мишень. Ожидаемое ускорение не зависит от массы мишени и приблизительно равно при этом 10^-23 см/сек2.
http://nuclphys.sinp.msu.ru/cosm/index-314.htm

[Афанасьев]

А к чему вообще заниматься сложным и дорогостоящим отловом реликтовых нейтрино? Дело в том, что эти частицы некогда сыграли поистине гигантскую роль в формировании материального состава нашего мира. Если бы они не расстыковались со своими более массивными партнерами именно тогда, когда они это сделали, эволюция Вселенной пошла бы совершенно иначе. На чем основан такой прогноз? К тому времени, когда возраст Вселенной перешел за отметку в 10 микросекунд, в ней не осталось свободных кварков, которые слились в частицы семейства барионов – протоны и нейтроны (кварки объединялись также в очень нестабильные мезоны, но те быстро распались и, так сказать, исчезли из обращения). Помимо протонов и нейтронов, в тогдашней Вселенной в изобилии имелись электроны и позитроны (последних было чуть меньше, и поэтому к концу десятой секунды они полностью исчезли вследствие аннигиляции), а также фотоны и нейтрино, число которых почти в миллиард раз превышало число барионов. Пока материя оставалась достаточно плотной и горячей, нейтрино интенсивно взаимодействовали с протонами и нейтронами и заставляли их превращаться друг в друга (аналогичные процессы характерны для бета-распада атомных ядер). Но Вселенная расширялась и в результате этого остыла настолько, что нейтрино прекратили рассеиваться на барионах и ушли в свободный полет. Случилось это вскоре после того, как ее возраст достиг одной секунды. С этого момента космическое пространство стало прозрачным для нейтрино и остается таким до сих пор.
Распаривание нейтрино и барионов оставило после себя неодинаковые количества протонов и нейтронов. Поскольку нейтрон несколько тяжелее протона, для превращения в протон ему требовалась энергетическая подпитка со стороны нейтрино. До тех пор, пока плотность и температура материи не стали ниже определенной границы, нейтринная среда поддерживала плотность протонов и нейтронов практически на одном и том же уровне. Однако к моменту, когда нейтрино перестали рассеиваться на барионах, энергетически выгодный процесс перехода нейтронов в протоны сильно обогнал обратный процесс рождения нейтронов из протонов. После того как нейтрино вышли из игры, соотношение протонов и нейтронов оказалось равным 6:1. Благодаря этому во Вселенной вскоре начался синтез гелия, и она приобрела химический состав, который сохраняется и до настоящего времени (правда, позднее звезды переработали около двух процентов водорода и гелия в более тяжелые элементы, но львиная доля их ядер все равно сохранилась).
Попробуем представить, что бы произошло, если бы нейтрино перестали взаимодействовать с барионами несколько раньше или несколько позже. Допустим, это случилось, когда возраст Вселенной составлял одну десятую секунды. В тот момент в ней было практически одинаковое число протонов и нейтронов. Это означает, что позднее все они объединились бы в ядра основного изотопа гелия (два протона и два нейтрона) и во Вселенной практически не осталось бы свободного водорода. В принципе, гелиевые облака могли бы со временем претерпеть гравитационную конденсацию и дать начало звездам, часть из которых обзавелись бы планетными системами. Однако на этих планетах не было бы водорода и, следовательно, воды, без которой мы не мыслим зарождения жизни.
Теперь рассмотрим обратный случай. Допустим, что нейтрино отстыковались от барионов, когда их энергия уже сильно упала по сравнению с той, какой она была, когда это на самом деле случилось, – скажем, когда возраст Вселенной дошел до 100 секунд. Тогда на каждые 100 млн протонов приходился бы всего один нейтрон. Но это означает, что во Вселенной не было бы гелия и вплоть до появления первых звезд она оставалась бы чисто водородной. Правда, звездам для первоначального поджога гелий и не нужен, так что они все равно бы возникали и рождали более тяжелые элементы, но все же это была бы совершенно другая Вселенная.
Существование реликтовых нейтрино вытекает из общепринятой космологической модели эволюции Вселенной. Поэтому регистрация этих частиц и определение их кинетической энергии позволят непосредственно проверить один из ключевых выводов этой модели. Картирование нейтринного небосвода даст возможность выявить корреляции между колебаниями плотности нейтринного потока и нынешним распределением галактик и галактических скоплений, что само по себе станет огромным научным достижением. И наконец, детектирование реликтовых нейтрино позволит уточнить массу этой частицы, которая пока известна лишь очень приблизительно.
http://www.popmech.ru/article/7420-bols ... -neytrino/

[Pegas]

Спасибо за представленный материал. Полезен: да.