А Ольховатов - Тунгусское сияние Страница 44

Ранняя "горячая" Вселенная по оценкам теоретиков характеризовалась чудовищной плотностью материи. Это должно было привести к громадным значениям числа вращающихся на единице длины флюкса частиц ц* и, по фЗ, к очень малым радиусам реликтовых флюксов.

Пространство и время. Выделим в развитии Вселенной два характерных периода - "планковский" и "нормальный".

На самой границе наших познаний - в "планковский" период - Вселенная наполнялась неведомыми нам частицами с гигантскими массами. В этот период, как считают теоретики, радиус частиц возникшей Вселенной был порядка так называемой планковской длины 10'^см, энергия частиц была порядка известной планковской массы 2-10 ^г= 2-10'^ ГэВ, а плотность могла достигать планковской плотности 10^9^.

Все вышеприведенные "планковские" характеристики следуют из элементарных соображений: пусть две частицы с одинаковыми планковскими массами m сближаются до планковского радиуса r == h/mc (комптоновская длина волны планковской массы) под действием ньютоновой силы гравитации Gm^/i^, здесь G - известная гравитационная постоянная. Если при этом выделится энергия тс^ = Gm^/r, то сразу же получаем планковские r = (Gh/c^)^, m = (hc/G)^ и планковскую плотность m/r^.

В "планковской" Вселенной число вращающихся на единице длины флюкса гипотетических однозарядных частиц п* могло быть порядка куба обратной величины планковской длины (Ю^см''), и (по фЗ) радиус "первичных" флюксов мог составлять величину 10'^см.

Если тяжелые магнитные pt - монополи (Полякова-r'Xo- офта) рассматривать как разрыв "планковского" флюкса уже в несколько остывшей Вселенной, о которой мы знаем побольше, чем о "планковской", то через 10'" секунды при энергии частиц 10^ ГэВ получается радиус монополя (и флюкса) порядка 10'^ см. Вихревая оболочка флюкса такого радиуса может состоять из сверхтяжелых лептокварков - из так называемых Х- и Y- бозонов.

Повидимому, именно в "планковский" период зарождается вихревая губка (или совокупность "вложенных" друг в друга губок), представляющая собой пространственно - временной каркас нашего физического вакуума. По крайней мере, начиная именно с этого момента развития Вселенной мы (и современная наука) можем говорить о появлении столь привычного нам пространства и времени.

Причем время в нашей модели просто отражает некий текущий по флюксам "поток информации", который, как легко видеть, неразрывно логически связан с понятием "расширения Вселенной", с постоянным изменением первичной - "планковской" губки. Пространство и время друг от друга неотделимы (этот факт отражен в четырехмерном формализме теории относительности Пуанкаре - Минковского, где используют пространство с тремя обычными осями координат и с "необычной" четвертой осью временем),

Радиус флюксов пространственно временной "планковской" губки исчезающе мал (см. выше) и современными методами пока не разрешается. Поэтому и пространство и время воспринимаются нами как непрерывные и однородные среды, причем пространство еще и изотропно (его свойства не зависят от угла наблюдения).

Напомним, что из свойств пространства-времени следуют основополагающие физические законы: из однородности времени - закон сохранения энергии; из однородности пространства - закон сохранения импульса; из изотропности пространства - закон сохранения момента импульса. Темная материя. -ерез 10'^ секунды после возникновения, когда температура расширившейся Вселенной снизилась до Ю^К (а энергия частиц - до 1 ГэВ), наступил "нормальный" период: плотность Вселенной все еще была почти на порядок выше ядерной плотности - 10^ г/см^, но продолжала быстро снижаться (современные атомные ядра - это как бы "капельки пара" от тогдашнего "застывавшего" вещества).

В это время число вращающихся на единице длины флюкса частиц т\* могло быть на три порядка больше, а радиус тех же ru - флюксов - на три порядка меньше, чем сейчас. Он мог составлять 10'^ см (это характерный радиус так называемого слабого взаимодействия).

Начиная с этого времени Вселенная приобретает знакомые нам черты, наполняется уже известными частицами, и ее дальнейшее развитие удается как-то расчитывать.

В этот "нормальный" период могла рождаться так называемая темная материя, составляющая по расчетам теоретиков более 90% массы Вселенной и состоящая, по нашему мнению,

из флюксов "нормального" периода - преимущественно из ru - флюксов, к свойствам которых мы и переходим.

Свойства кварковых ru-флюксов

Любители физики могут теперь поупражняться - самостоятельно определить важнейшие свойства кварковых флюксов из легчайших и потому самых распространенных и- кварков. Другие типы флюксов мы рассматривать не будем: уже только одни ru- флюксы позволят нам разобраться чуть ли не во всех известных чудесах природы.

Задача 1: Оцените магнитную индукцию и энергию магнитного поля в кварковом ru- флюксе. Решение. Поскольку радиус ru- флюкса г* = 5 фм, то индукция В = Н = Ф^сг*2 = З-Ю^Гс = 3-10" Тл. Известно, что плотность энергии магнитного поля и = Н^/8т1. Следовательно, энергия магнитного поля на единице длины флюкса U = пт*^и = 2-10'^ ГэВ/см или около 300 Дж/см.

Энергия магнитного поля на длине ru-флюкса, равной диаметру нуклона (3 фм) - около 0,6 ГэВ. Или 20 МэВ на один вращающийся бозон.

Отметим, что все полученные величины сильно (квадратично) зависят от г* и точность наших оценок невысока.

Задача 2: Оцените массу единицы длины кваркового флюкса.

Решение. По известной энергии единицы длины магнитного поля флюкса U по формуле Эйнштейна сразу же оценим массу единицы длины флюкса т* = U/c^ Она будет порядка 10" ГэВ-см^ ^ 10'" г-см"' = 0,01 нг-см"'. В связи с полученным результатом отметим, что один стандартный монополь Полякова-т'Хоофта имеет массу такую же, как несколько десятков метров ru-флюкса.

Задача 3: Оцените электрический заряд единицы длины ru- флюкса.

Решение. Пусть число избыточных зарядов е* на единице длины флюкса п**. Напряженность электрического поля

на поверхности флюкса как всякого заряженного цилиндра Е** = 2п**е*/г*. Е** не должна сильно превысить напряженность поля на поверхности обычных сферических ядер, поскольку в противном случае в физическом вакууме начинают рождаться пары электрон-позитрон, и образующиеся заряды нейтрализуют избыточный заряд нашего флюкса.

У сферических ядер с зарядом ядра порядка ста элементарных зарядов е, радиус порядка 10 фм. Напряженность электрического поля на поверхности такого тяжелого сферического ядра порядка 10^ (ед.СГСЕ). Полагая такой же Е** и е* =е, найдем п" = 3-10" см-' = 0,3^*. Следовательно, заряд единицы длины кваркового флюкса т\**е* вполне может быть порядка 1,5 -10^ ед.СГСЕ /см = 0,5 Кл/км.

Задача 4: Оцените энергию захвата ru- флюксом электрона, а также внутренний радиус электронной оболочки флюкса - гипотетического "линейного" (цилиндрического) атома.

Решение. Равенство центробежной силы релятивистского вращающегося электрона (с массой М) "^^ М/г и силы его электростатического притяжения 2тп**е*е/г дает: у^М = 2п**е*е. Напомним, что так называемый лоренц-фактор ^= (1- р^)~^, а относительная скорость р= v/c. При Р близком к 1 получим полную энергию электрона Е = -уМ "2п**е*е"5 МэВ. То есть у" 10. Это энергия электрона на основной внутренней оболочке цилиндрического атома.

Радиус электронной оболочки, как обычно, найдем из квантованного момента импульса электрона: Рг = lhc, орбитальное квантовое число 1 = 1,2,3,.... Поскольку для релятивистского электрона Р==Е,г=1сЬ/Е=1г^/ау="1-30 фм == 61г*. Здесь г^ = е^/М - так называемый классический радиус электрона, "=e^/ch== 1/137 - известная в электродинамике постоянная тонкой структуры. Для основной (внутренней) - ближайшей к "цилиндрическому ядру" электронной оболочки 1 = 1 и r " 30 фм.

Внимание! Оценивая электромагнитные характеристики линейного (цилиндрического) атома, мы вышли за пределы действия классической электродинамики.

Обычно считается, что электродинамика хорошо "работает" до расстояний порядка комптоновской длины волны электрона (X. = hc/M == r^/cx = 3,8-10'" см, точнее - 385 фм).

Но оправдываются на практике и поэтому используются расчеты и на существенно меньших расстояниях: например, законом Кулона пользуются при оценках электромагнитных характеристик атомных ядер (расстояния порядка 1 фм).

Важное следствие: из решения задачи 4 следует, что уже при минимальном радиусе электронной оболочки и при числе электронов на единице длины кваркового флюкса т)** = 0,3 п* мы можем иметь около кваркового флюксоида также электронный флюксоид с квантом магнитного потока теперь уже внутри электронной цилиндрической оболочки. Важные выводы:

1 ) Возможен электронный флюксоид около цилиндрического кваркового ядра или около квазицилиндрической цепочки из обычных ядер, причем внутри цилиндрического (квазицилиндрического) ядра не обязательно существование флюксоида (фЗ выполняется только для электронов). 2) Если внутри цилиндрического атома существуют одновременно кварковый (ядерный) и электронный флюксоиды, то они могут "самозамыкаться", так что снаружи цилиндрического атома магнитного поля не будет. Назовем такую систему - цилиндрический атом с замкнутым магнитным полем флюксоном.