Свойства нейтрино объясняют icon

Свойства нейтрино объясняют



НазваниеСвойства нейтрино объясняют
Дата конвертации28.08.2012
Размер291.59 Kb.
ТипДокументы

СВОЙСТВА нейтрино объясняют

ЗАГАДКИ космологиИ и геофизикИ




А.Н. Барбараш, к.т.н., с.н.с.

Из-за очень малой массы нейтрино, интенсивность их взаимодействий со встречными частицами достигает квантового порога только при совпадении независимых случайных событий – строго центральной встрече частиц, строгой антипараллельности траекторий и нулевых фазах колебаний при встрече. Без этого встреча частиц как бы и не происходит. В полях тяготения соударения частиц усиливаются, и чаще достигается порог взаимодействия. Это может объяснить низкую вероятность взаимодействий нейтрино с веществом, „мирное сосуществование” в Космосе нейтрино и антинейтрино, природу космологического красного смещения, активность квазаров, источник энергии землетрясений и цунами.


^

1. О старых и новых понятиях


Перед обращением к свойствам нейтрино и загадкам космологии, затронем два важных для нас аспекта. Один из них заключается в следующем.

На рубеже XIII и XIV веков (ок. 1285–1349) жил английский философ, францисканский монах, религиозный и политический писатель Уильям Оккам, которого при взгляде из XXI столетия следует признать весьма прогрессивным мыслителем. Он выступал против вмешательства религии в светскую жизнь (защищал германского императора от давления папы римского), стремился разграничить науку и религию, для чего ввёл в методологию науки принцип, названный „бритвой Оккама”. В исходном виде этот принцип говорил, что „не следует делать большими средствами то, что можно сделать меньшими”. В частности, не следует объяснять божественным вмешательством то, что хорошо объясняется известными законами природы, например, законом Архимеда.

Последователи Оккама усилили смысл принципа, и в новом звучании он гласит, что „не следует умножать сущности без необходимости”. Другими словами, при объяснении непонятного явления следует избегать введения новых понятий („новых сущностей”). Использование нового понятия должно расцениваться как крайний шаг, вызванный из ряда вон выходящими опытными данными или очень серьёзными противоречиями в существующих взглядах. Прежде, чем пойти на такой шаг, учёный должен тщательно изучить возможности объяснения возникшей загадки с помощью уже известных, хорошо апробированных понятий.

Глубокий смысл „бритвы Оккама” особенно высветился после создания теории систем. По этой теории, объекты материального мира связаны друг с другом множеством связей и взаимозависимостей. Такие связи и зависимости имеют разнообразный характер – от жёстких силовых связей до трудно обнаруживаемых, слабых, случайных взаимодействий, которые мы нередко приравниваем к нулю. Но в реальном мире даже редкие, случайные взаимодействия, несомненно, влияют на общую картину, и делают мир не таким, каким он был бы без них.


С позиций теории систем, старое понятие всегда предпочтительнее нового, поскольку для старых понятий уже известен опыт их длительного использования, а новому ещё предстоит проверить себя на множестве связей с объектами нашего мира. Лишь после этого можно будет судить, насколько удачно сформулировано новое понятие. Уже сама длительность использования старых понятий показывает, что они худо-бедно согласуются с широким и не вполне формализуемым кругом связей между различными объектами материального мира, тогда как новое понятие чаще бывает нацелено на объяснение только одного типа связей – того, что объясняет конкретную загадку.

Можно сказать, что введение каждого нового понятия заново испытывает системность наших представлений об окружающем мире. Теоретик, пытающийся объяснить очередную загадку природы, должен обладать изрядным зарядом консерватизма, чтобы использовать для решения своей задачи, прежде всего, уже известные и „устоявшиеся” понятия. А если этого не удаётся, если, всё-таки, приходится вводить новое понятие, то чем меньше оно нарушает старые представления – тем лучше. Теория систем говорит, что если новое понятие введено удачно, то оно, вероятнее всего, объяснит не одну какую-то загадку, а сразу ряд загадок и, скорее всего, из разных областей. Вот что скрыто за старинным принципом „бритвы Оккама”.

* * *

Говорить о „бритве Оккама” здесь приходится потому, что этот принцип недостаточно использован при решении проблем космологии, особенно – в связи с загадкой так называемой тёмной материи.

Существуют два независимых способа определения массы скоплений галактик. Один из них основан на хорошо изученной связи между массами звёздных систем и их светимостями. Измеряя светимости, можно довольно точно определить массы галактик и их групп. Другой способ основан на использовании теоремы вириала, по которой кинетическая энергия устойчивой динамической системы равна половине потенциальной энергии тяготеющих масс. Эта теорема была доказана Рудольфом Клаузиусом в 1870 г. и многократно подтверждена. Например, известно, что в атоме кинетическая энергия каждого электрона равна половине его же потенциальной энергии. Поскольку скорости и радиусы движения галактик можно определить с хорошей точностью, это позволяет определить так называемую „вириальную” массу (по названию теоремы). И вот здесь-то оказалось, что „вириальные” массы превышают массы, определённые по светимости, в десятки и в сотни раз! Так возникла загадка тёмной материи, не наблюдаемой астрономами, но проявляющей себя силами тяготения.

Для тёмной материи характерно, что кроме гравитации она вообще ничем себя не проявляет. Есть основания думать, что её основная масса распределена в пространстве. Тем не менее, она нисколько не тормозит движение небесных тел, что, казалось бы, должно происходить, учитывая её огромное количество. Мы не видим воздух, но он ощутимо тормозит полёт артиллерийского снаряда. Почему же ничего похожего не происходит в случае тёмной материи? Может ли современная наука назвать субстанцию, обладающую такими загадочными свойствами?

Оказывается, никакие новшества для ответа на этот вопрос не нужны. Загадки не существует, если тёмная материя состоит из нейтрино. Эти частицы имеют именно такие параметры, какие нужны для объяснения свойств тёмной материи – они, практически, совершенно не взаимодействуют с веществом. Брайан Грин пишет: „Нейтрино средней по величине энергии легко проникает сквозь многие триллионы миль свинца, которые не оказывают ни малейшего влияния на его движение.” [1]

Но современные космологи лишь в минимальной степени согласны отождествлять тёмную материю с нейтрино. В работе [2], со ссылкой на данные NASA, говорится о „совершенно необычных открытиях самых последних лет”. „Земля и мы сами состоим из „тяжёлых” элементов – это очень малая часть средней плотности нашей Вселенной … Общий вклад нейтрино в среднюю плотность Вселенной лишь 0,3%. Вклад звёзд и галактик в среднюю плотность – всего 0,5%. Свободный водород, который находится в межзвёздной и межгалактической среде, составляет не более 4%. Основная часть средней плотности Вселенной приходится на две совсем другие составляющие”.

По словам статьи, другие компоненты – это, во-первых, некая неоднородно распределённая в пространстве „тёмная материя”, составляющая около 30% от средней плотности Вселенной. „Она, безусловно, гравитирует, связана с галактиками и их скоплениями. Природа этой тёмной материи загадочна”. „Во-вторых, имеется вакуумная материя, равномерно распределённая по всему пространству. Вот она, скорее всего, и есть главная составляющая нашей Вселенной (около 65%)”.

На приведенной в статье и заимствованной у NASA диаграмме эта же составляющая средней плотности Вселенной (65%) названа уже не вакуумной материей, а скрытой энергией. При этом никаких свойств новой „тёмной материи”, отличающих её от нейтрино, не названо. И никаких свойств „вакуумной материи” или же „скрытой энергии”, отграничивающих её от нейтрино, тоже не приведено.

Разгадку сложившейся ситуации можно увидеть в выборе исходных данных. При разработке гипотез и математических моделей выбор исходных положений имеет решающее значение. Какого уровня и качества идеи (и исходные данные) закладываются в гипотезу или математическую модель, такого уровня и качества результат неминуемо будет получен. Это коснулось и расчётов количества нейтрино во Вселенной. Если исходить из гипотезы Большого Взрыва, то для определения общей массы нейтрино во Вселенной нужно выяснить, сколько нейтрино могло образоваться с момента Большого Взрыва при известных процессах их возникновения и известной массе частиц. Но, во-первых, мы не знаем, все ли процессы возникновения нейтрино во Вселенной нам известны, а во-вторых, результат зависит от правильности определения возраста Вселенной. Как увидим далее, принятый в NASA возраст Вселенной 13,7 млрд. лет вызывает большие сомнения. Многое говорит о гораздо большем возрасте. А если рассматривать баланс непрерывных рождений и исчезновений нейтрино в бесконечно долго существующей Вселенной, то оценка количества нейтрино получится принципиально иной.

Есть основания предполагать, что

^ 1. Нейтрино в свободном Космосе, вдали от силовых полей, имеют большой срок жизни, превышающий средний срок существования атомов вещества.

2. За миллиарды лет существования нейтрино вдали от силовых полей, они многократно сталкиваются между собой, и их кинетическая энергия хорошо усредняется.

3. Поэтому нейтрино (и антинейтрино), существующие в свободном Космосе, имеют малую кинетическую энергию, отвечающую низкой температуре, возможно, даже 2,73 К, и вопреки огромному количеству, не регистрируются существующими детекторами нейтрино. В этом случае оказывается недостаточной чувствительность радиохимического галлий-германиевого метода регистрации (SAGE, Баксан, Россия и GALLEX, GNO, Gran Sasso, Италия) с порогом реакции 0,233 МэВ, а тем более – хлор-аргонового метода (Homestake, США) с порогом 0,814 МэВ и счёта черенковскими счётчиками (Kamiokande II и III, SuperKamiokande, Япония) с порогом 7,5 МэВ и т.д.

Нельзя не отметить также попытки объяснения космологических данных без помощи тёмной материи. В 1983 г. физик Мильгром заметил, что аномалии в движении звёзд в галактиках, объясняемые влиянием тёмной материи, проявляются только при центростремительных ускорениях меньше некоторой пороговой величины. Он предположил, что при таких малых центростремительных ускорениях ньютоновский закон тяготения видоизменяется. Гипотеза Мильгрома получила название МОНД (МОдифицированная Ньютонова Динамика). Позже МОНД усовершенствовал физик Бекенштейн. Появилась надежда, что МОНД объяснит неожиданное ускорение, возникшее в движении двух аппаратов „Пионер”, находящихся сейчас на окраине Солнечной системы.

Однако, полностью исключать присутствие тёмной материи нелогично, поскольку в Космосе несомненно существует большое количество нейтрино, облака которых иначе как тёмной материей не назовёшь. Кроме того, если на разных расстояниях от тяготеющего тела гравитация проявляет себя (по Мильгрому) по-разному, то нужно вспомнить высказанное в работе [8] предположение, что нейтрино существуют во Вселенной как бы в трёх „фазовых состояниях” – газообразном, „жидком” и „твёрдом”. При этом газообразная фракция равномерно распределена в пространстве, „жидкая” (наиболее массивная) – самоорганизована в виде стенок космических ячеек (имеющих поперечник около 300 млн. св. лет), а так называемая „твёрдая” фаза (с наибольшей удельной плотностью) имеет вид островов, каждый из которых центрирован относительно крупного космического тела (звёзды или ядра галактики).

Нельзя исключить и одновременное воздействие на небесные тела как нейтринной тёмной материи, так и какого-то варианта МОНД, что резко изменило бы оценку количества нейтрино.

С позиций „бритвы Оккама”, до введения новых „сущностей” (30% „тёмной материи” неизвестной природы и 65% „вакуумной материи” или „скрытой энергии”), нужно было всесторонне изучить возможные причины низкой оценки количества нейтрино во Вселенной, выяснить условия, при которых уже известная и по всем свойствам удивительно подходящая „сущность” – нейтрино – могла бы соответствовать „вириальной” массе Вселенной. Реально же был выбран другой путь.

Реально случилось так, что у сотрудников NASA при разработке космологической концепции на первом месте стояла задача спасения гибнущей теории Большого Взрыва. Нужно было объяснить удивительный феномен ускоряющегося „разлёта” галактик. Как раз для этого была занижена доля нейтрино, для этого введена „вакуумная материя”. Соответственно, при наличии различных оценок возраста Вселенной, именно для этого выбрана наинизшая оценка в 13,7 млрд. лет, вытекающая из постоянной Хаббла при доплеровской природе космологического красного смещения. Далее теория „физического вакуума” приписала вакууму или „вакуумной материи” отрицательную гравитацию (при положительной „вириальной” массе!), что якобы и объяснило ускоряющееся „разлетание” галактик после Взрыва.


^

2. Уточним понятие кванта


Второе отступление связано с необходимостью уточнения терминологии. Термин „квант” широко используется в науке, но при этом за ним скрываются сущности разных типов. В случае кванта действия – постоянной Планка

ħ = 1,0545887· 10–34 Дж · с

– перед нами граница деления. Более крупные порции действия могут делиться на несколько постоянных Планка, а более мелких порций действия не бывает.

Границей деления оказывается и так называемая планковская длина:

1,616 · 10–33 см,

но уже по другой причине – на более мелких отрезках длины утрачивается одно из принципиально важных свойств знакомого пространства – гладкость. На меньших отрезках длины становятся слишком ощутимыми квантовые флюктуации, искажающие геометрию пространства [1].

Таким образом, одно из значений термина „квант” – это граница делимости, наименьшая величина чего-либо.

С другой стороны, квантом электромагнитного излучения называют фотон, хотя это объект совершенно иного типа. Он отнюдь не представляет собой наименьшую порцию излучения. Это просто некая дискретно излучаемая (дискретно существующая, поглощаемая) порция энергии, при чём величина этой порции может варьировать в широких пределах. В фотоне можно видеть множество квантов, что нашло отражение, в частности, в математическом описании его энергии – она выражается как некоторое количество (равное частоте) квантов действия.

Таким образом, понятие кванта оказалось существенно размытым. Практика использования объединила в этом термине два совершенно разных понятия – предел делимости некоторой сущности и просто дискрет какой-то сущности, который может находиться очень далеко от предела делимости. Например, энергия фотона гамма-излучения на несколько порядков превышает энергию фотона микроволнового излучения, хотя и в нём тоже скрыто множество квантов действия.

Прогресс науки неразрывно связан с повышением чёткости и ясности терминологии, с исключением двусмысленностей. Чтобы устранить двойственность трактовки термина „квант”, предлагается разделить сегодняшнее понятие кванта на два различных понятия. Те кванты (например, постоянную Планка, планковскую длину и т.п.), которые являются наиболее мелкими порциями неких сущностей, и представляют собой как бы „пограничные столбы”, символизирующие границы их делимости (квантования), будем, по-прежнему, называть квантами. Иные сущности, такие, как энергию фотона, которая может не только увеличиваться, но и уменьшаться, отныне не будем называть квантами. Назовём их дискретами той или иной конкретной сущности.

Итак, квант – это наиболее мелкая порция некой сущности, граница её делимости (квантования).

Дискрет – это способная проявляться отдельно порция некой сущности, которая, в принципе, может иметь не только большую (чем в конкретном случае), но и меньшую величину.

Конечно, такое существенное терминологическое нововведение требует серьёзного обсуждения физиками и, возможно, каких-то уточнений.


^

3. Ряд загадок …


В космологии господствуют гипотезы. Это объясняется специфическим недостатком данной дисциплины – нехваткой фактических данных. Здесь редко удаётся прийти к уверенным, однозначным выводам. Вспомним гипотезы о Большом Взрыве, о природе „реликтового” излучения, об „инфляционном” расширении пространства за 10–35 секунды от квантового размера до современной Вселенной. Вспомним гипотезу В.Г. Фесенкова о преобладании тяжёлых элементов в центре (а лёгких – на краю) протопланетного облака, родившего Солнечную систему, гипотезу К. Вейцзеккера, Х. Альвена и Г. Юри о „рождении” Луны в других краях Солнечной системы с последующим перемещением к Земле, гипотезу Джорджа Дарвина об отрыве Луны от Земли в районе Тихого океана, гипотезу Владимира Коваля об искусственном происхождении Луны, гипотезы С. Аррениуса, Ф. Крика и Л. Оргела о панспермии и т.д.

Можно заметить, что сформировавшиеся таким путём космологические представления во многом нелогичны и противоречивы. Не убедительно выглядит уже основополагающая гипотеза Большого Взрыва. Она была призвана объяснить „разлетание” галактик, вытекающее из космологического красного смещения, но реальную картину не объяснила – взрыв никогда не приводит к „разлетанию” тел, ускоряющемуся по мере их удаления. Все предложенные варианты объяснений данного феномена (например, отрицательная гравитация „физического вакуума”, обладающего, тем ни менее, положительной массой) не убедительны.

Возраст Вселенной можно отсчитывать на основе разных физических процессов, что даёт разные результаты. Возраст 13,7 млрд. лет, отсчитываемый от Большого Взрыва на основе постоянной Хаббла, слишком мала по сравнению с возрастом некоторых метеоритов, определённым по радиоактивному распаду (26 млрд. лет) или с возрастом пульсаров, (45 млрд. лет) найденным по скорости замедления их вращения [3]. Такому возрасту Вселенной противоречит и разность возрастов Сверхновых, определённая по распаду тория (50 млрд. лет – по предварительным данным сотрудника Одесской обсерватории Александра Владимировича Ющенко). Если же оценивать возраст Вселенной по регистрации одной из далёких галактик с красным смещением Z = 6,56 [4], то при модели Вселенной Эйнштейна – де Ситтера [3] и величине постоянной Хаббла H = 75 км/с на один мегапарсек, когда расстояние r равно:

r = {1 –};

(где c – скорость света), получим расстояние до галактики r = 38ֹ480 мегапарсек, а время полёта луча 125 млрд. лет!

Не менее противоречиво выглядит объяснение природы „реликтового излучения” по результатам работы космического аппарата NASA WMAP, где говорится о „возможности … таких картин только в ситуации, когда наблюдались сотни отражений первичного излучения микроволнового фона от какого-то препятствия ...” При этом указывалось, что „сфера Вселенной имеет радиус всего в 11 миллиардов световых лет.” Заметим, что при таком радиусе Вселенной расстояние между двумя отражениями достигает 22 млрд. св. лет. Какое же фантастическое расстояние должен был пройти луч за „сотни отражений”?!

Подобный способ объяснения высокой равномерности микроволнового излучения (неправильно названного „реликтовым”) перечёркивает возможность его возникновения в период Большого Взрыва. Более реалистичным выглядит трактовка этого излучения как выровненного микролинзированием гравитирующих тел излучения чрезвычайно далёких, недоступных прямому наблюдению областей бесконечной Вселенной. Такой взгляд хорошо аргументирован, например, в работе [4].

Внешне космология выглядит вполне благопристойной наукой. Но если заглянуть глубже, окажется, что её фундамент составляют столь хлипкие гипотезы, что будь на них построен, скажем, самолёт, никто не доверил бы жизнь такому лайнеру. Поэтому, даже при явной нехватке фактических данных, первое, что сегодня требуется для спасения космологии – это создание гипотез, точнее совпадающих с уже известными, достоверными фактами.

* * *

Вернёмся к загадке тёмной материи, которая не тормозит движение небесных тел, что удивляет, учитывая её распределённость и огромное количество. Как отмечалось, для объяснения природы тёмной материи отыскивать новую субстанцию не нужно – свойства тёмной материи точно соответствуют свойствам нейтрино. Проблема сводится лишь к различию в оценках учёными общего количества нейтрино во Вселенной, что объясняется различием исходных постулатов.

Сечение взаимодействия нейтрино при столкновениях с атомами невероятно мало, при чём слова „невероятно мало” здесь не являются художественным образом. Они точно отражают действительность – даже если принять размеры нейтрино строго равными нулю, то и это не объяснило бы реальную низкую вероятность взаимодействий нейтрино с атомами. Вспомним, что „нейтрино … легко проникает сквозь многие триллионы миль свинца”. Даже не имеющая размера точка, не могла бы, двигаясь по прямой, избежать в такой ситуации столкновений с немыслимым нагромождением нуклонов и электронов.

Поэтому проблемой оказывается не столько природа „тёмной материи”, сколько странный механизм взаимодействий нейтрино с веществом. Непонятно, что может приводить к исчезающе малой вероятности регистрируемых взаимодействий частиц при несомненном наличии множества их встреч друг с другом.

Кроме того, предположение, что нейтрино являются главной или даже единственной компонентой „тёмной материи”, обостряет и без того актуальный вопрос о причине их стабильности в Космосе. Дело в том, что существуют две группы похожих друг на друга процессов, при которых рождаются нейтрино или антинейтрино. Так, в случае преобладания протонов в ядре атома, спонтанно происходит распад протона с образованием нейтрона, позитрона и нейтрино, а при перевесе в ядре нейтронов, так же спонтанно распадается нейтрон с образованием протона, электрона и антинейтрино. Это одна из причин, почему многие учёные ожидают приблизительно такого же соотношения нейтрино и антинейтрино во Вселенной, какое имеет место для протонов и нейтронов, т.е. около 1:1. Но тогда неясно, почему в этой смеси непрерывно сталкивающихся нейтрино и антинейтрино не наблюдается их аннигиляция? Теоретически, аннигиляция нейтрино и антинейтрино должна была бы давать изотропное излучение, похожее на микроволновое „реликтовое” излучение, но с кардинально более высокой цветовой температурой. Однако, его нет.

Вопреки всякой логике, некоторые космологи объясняют отсутствие нейтринно-антинейтринной аннигиляции полным отсутствием в Космосе антинейтрино. В этом отразилась одна из сторон сегодняшнего незнания природы „тёмной материи”. Вероятно, вывод об отсутствии антинейтрино в Космосе стал, с одной стороны, результатом более трудного обнаружения космических антинейтрино по сравнению с нейтрино, а с другой стороны, следствием самой идеологии Большого Взрыва, принижающей роль постоянно протекающих процессов по сравнению с процессами в сравнительно краткий период гипотетического Взрыва.

* * *

Ещё одной загадкой космологии является необъяснимое возникновение из Ничего вещества и энергии в зонах мощных гравитационных полей. В наиболее фантастических количествах рождаются вещество и энергия ядрами квазаров, в меньшей степени (но столь же необъяснимо) – ядрами более спокойных галактик (например, нашей Галактики) и звёзд. Например, исследования показывают, что термоядерный синтез не способен объяснить всю энергию излучения Солнца. Не удаётся объяснить баланс энергии и в излучениях крупных планет (Юпитера, Сатурна и др.) – во всех исследованных случаях обнаруживается очень весомый приток энергии неизвестного происхождения [3].

Излучение квазара соответствует суммарному излучению сотни крупнейших галактик. Это особенно удивительно потому, что квазар является компактным образованием – его поперечник составляет несколько световых месяцев, максимум – световой год (для сравнения – поперечник нашей галактики Млечный Путь оценивают в 100'000 световых лет). Непонятен источник как вещества, так и энергии квазаров; ясно лишь, что это не термоядерные реакции, поскольку они не могли бы дать такой высокий выход энергии из столь малого объёма [3].

Одной из форм активности квазаров является истечение газообразного вещества компактными, но очень мощными струями, в двух противоположных направлениях, вероятно, вдоль оси вращения квазара. Эти струи принято называть джетами. Иногда джеты тянутся на мегапарсеки, и их длина говорит о чрезвычайной активности квазаров много миллионов лет подряд. Длительный выброс такого количества вещества и энергии без одновременного притока их извне не удаётся объяснить никакими известными процессами. Объяснением этого феномена безуспешно занимался В.А. Амбарцумян. Немецкий физик П. Иордан предположил, что во Вселенной существует особый, пока ещё не обнаруженный вид материи, особый вид поля. По его мнению, у нас ещё просто нет инструментов для его наблюдения, тогда как энергия поля постепенно переходит в обычные для нас формы – в энергию и массу элементарных частиц. Это поле назвали „полем творения”.

* * *

Напомним, что одной из проблем являются серьёзные расхождения в ожидаемых и реально регистрируемых размерах Вселенной. Сторонники теории Большого Взрыва (здесь не рассматриваем её „инфляционные” варианты) оценивают возраст Вселенной в 13,7 млрд. лет, что ставит теоретический предел максимальному удалению галактик от наблюдателя. Но, как мы видели выше, свет от конкретной галактики шёл к нам 125 млрд. лет, что слишком далеко от теоретического предела. Приходится думать, что либо возраст Вселенной определён неверно, либо неверно вычислено расстояние по космологическому красному смещению, либо неправильно определены обе эти величины. Не исключено также, что космологическое красное смещение просто не имеет отношения к эффекту Доплера, положенному в основу расчётов.

* * *

Наконец, Земля тоже является небесным телом, отчего загадки геофизики нужно признать частью общих загадок космологии. А среди геофизических проблем есть, например, такая. Немецкий геофизик Альфред Вегенер (1880–1930) заметил, что гипсометрическая кривая поверхности Земли (гистограмма высот суши и морского дна) чётко указывает на преобладание двух высот – 100-метровой высоты суши и 3700-метровой глубины океанов.

„Результирующая кривая распределения должна была бы соответствовать кривой Гаусса, характеризующей случайные отклонения ... Должен был существовать один максимум, приблизительно совпадающий со средним уровнем поверхности земной коры (–2450 м). Вместо этого наблюдается два максимума, и каждый подчиняется закону Гаусса. Мы должны отсюда заключить, что одновременно существуют два ненарушенных исходных уровня… На материках … и на дне океанических впадин … мы имеем дело с двумя различными оболочками земной коры, которые, образно выражаясь, ведут себя как открытая вода и большие ледяные поля” [6].

На протяжении ряда десятилетий в геологии и геофизике господствовали представления так называемых „мобилистов” о дрейфе континентов по поверхности расплавленной магмы. До некоторых пор не опровергали таких взглядов и работы И.А. Резанова, длительно разрабатывавшего проблему эволюции земной коры. Однако в книге последних лет [7] этот автор категорически отверг привычные представления о дрейфе континентов (или иначе – о тектонике плит), приведя соответствующие доводы.

Напомним, что в пользу гипотезы дрейфа континентов говорит, например, сходство контуров восточных и западных берегов Атлантического океана, сходство геологических разрезов противоположных берегов, общность флоры и фауны прошлых геологических эпох на разных континентах и, наконец, компьютерный анализ прошлого дрейфа материков на основе сохранившейся древней намагниченности горных пород. Однако нужно признать, что не только известные доводы „за”, но и приведенные И.А. Резановым доводы против дрейфа континентов достаточно весомы. Эти доводы сводятся к двум группам фактов:

а) конвекционных движений магмы в верхней мантии, которые, по мнению „мобилистов” являются движущей силой перемещения материков, в действительности нет;

б) опускание и „поддвиг” океанической коры под континенты (субдукция), как необходимый элемент дрейфа континентов, на практике не регистрируется.

Наиболее удачное объяснение загадки, обнаруженной А. Вегенером, состояло бы в том, что на протяжении своей истории Земля продолжала (и продолжает) расти, растягивая тонкую, молодую кору дна океанов и оставляя, практически, неизменными прочные материки.

26 декабря 2004 г. такую мысль мощно подкрепило гигантское цунами, принесшее бедствия 11-ти государствам и стоившее около 200'000 человеческих жизней. Геофизики говорят о возникновении на дне Индийского океана трещины длиной около 1000 км. Характерно, что эта катастрофа, взбудоражившая весь земной шар, тоже не сопровождалась явлениями субдукции в других зонах планеты, как обязательным элементом перемещения материков. Нет никакого опускания и „поддвига” океанической коры под континенты, есть лишь разрыв океанического дна, который иначе как увеличением объёма планеты не объяснишь.

Итак, типичный рост объёма планеты, мгновенное высвобождение большой, скрытой до поры до времени, энергии. Что же породило у старушки-Земли (которой уже 4,5 млрд. лет) эту молодую резвость? Разве подобные загадки не заслуживают того, чтобы быть поставленными в общий ряд проблем космологии?


4. … и один ответ


Гипотеза, решающая названные загадки, заключается в следующем.

Определить точное значение масс покоя каждого из трёх видов нейтрино пока не удалось. По нынешней оценке, масса покоя нейтрино в полмиллиона раз меньше массы электрона, который раньше считался самой лёгкой из таких частиц. Другими словами, сегодня нейтрино оказались самыми лёгкими из известных частиц с массой покоя. Нейтрино оказались частицами, наиболее приблизившимися к квантовому пределу массы (который не следует путать с планковской массой, составляющей около 10–5 г), а это обстоятельство должно вести к особенно яркому проявлению в нейтрино свойств микромира. Велика вероятность того, что через удивляющие нас свойства нейтрино мы как раз и знакомимся с новыми, ещё не известными науке (или просто не осознанными) особенностями квантового мира.

Из-за крайне малой массы нейтрино, эффект его соударения с другой частицей оказывается столь слабым, что порог действия (постоянная Планка) может быть достигнут только при особо благоприятных условиях. Теоретически наилучшие условия возникают при строго центральном взаимодействии частиц и строго антипараллельном направлении их движения. Кроме того, на результативность взаимодействия должно влиять соотношение фаз колебаний встретившихся частиц. Возможно, эффективное взаимодействие возникает при некоторых экстремальных фазах в момент встречи – при совпадении двух максимальных амплитуд с одинаковыми или противоположными знаками, а может быть, при совпадении двух нулевых фаз. Конкретность на этом этапе рассмотрения не существенна – в любом случае наилучшие условия привязаны к периоду колебаний, и возникают тем чаще, чем выше частота.

Таким образом, благоприятные условия взаимодействия нейтрино с другой частицей заключаются в достаточно строгом совпадении нескольких редких, независимых друг от друга случайных событий. Уникальные свойства нейтрино объясняются как раз тем, что вероятность совпадения таких редких, независимых случайных событий исключительно мала. В самом деле, нужно:

а) чтобы в момент наибольшего сближения нейтрино и частицы-партнёра расстояние между их центрами не достигало некоторой пороговой величины (возможно, кванта расстояния);

б) чтобы траектории частиц при встрече были антипараллельны с точностью до некоторой пороговой величины угла (возможно, кванта угла);

в) чтобы отклонения фаз колебаний частиц от нуля при встрече не достигали некоторой пороговой величины (возможно, кванта времени).


^ Если хоть одно из этих требований не выполнено, то квантовый порог взаимодействия не достигается, и встреча частицы-партнёра с нейтрино, в соответствии с законами квантовой механики, как бы и не происходит. И наоборот – по мере роста энергии соударения (например, при увеличении скорости нейтрино) квантовый порог взаимодействия достигается всё легче, вероятность взаимодействия увеличивается, и проникающая способность нейтрино при полёте сквозь вещество падает, что известно из экспериментов.

Интересно, что возможность отсутствия каких-либо последствий при допороговых интенсивностях столкновений частиц принципиально отвергается некоторыми космологами, хотя такие факты наглядно проявляют себя в астрономических наблюдениях. Действительно, нельзя думать, что фотон света, миллиарды лет летевший к нам от далёкой галактики, вовсе не встречался с нейтрино, наполняющими Космос. А встречи должны были приводить к рассеянию света, к размытию изображений галактик, но такое рассеяние не наблюдается. Хотя встречи фотонов с нейтрино в Космосе, несомненно, происходят, их как бы и нет. При этом мнение, будто фотоны и нейтрино принципиально не способны взаимодействовать друг с другом, как будет показано далее, не убедительно.

Современная наука может рассматривать встречу частиц микромира с двух равноправных позиций – и как встречу частиц, и как встречу двух волновых образований. Случаи отсутствия последствий при большинстве соударений, казалось бы, более понятны с волновой точки зрения. Но нельзя забывать, что при встречах дискретных частиц продолжает действовать квантовый закон соотношения неопределённостей, который не позволяет говорить о точном положении центров частиц в чётко заданный момент времени. Это, со своей стороны, может ничуть не хуже (чем в волновом варианте) объяснять факт отсутствия последствий при неточном соударении (например, при непараллельности траекторий). В такой ситуации важно помнить, что соотношение неопределённостей связано не с несовершенством измерительной техники, а с объективными свойствами микромира.

Вероятно, одним из следствий соотношения неопределённостей можно считать то, что при невыполнении требований квантового мира (а при соударении главным является достижение порога взаимодействия) столкнувшиеся частицы расходятся без всяких последствий. Такую же картину можно предположить и на основе так называемого фейнмановского подхода, согласно которому каждая частица микромира перемещается между двумя точками одновременно по многим траекториям, хотя и с разными вероятностями.

* * *

Гипотеза о взаимодействиях нейтрино с частицами только при точном совпадении нескольких независимых случайных событий имеет далеко идущие космологические последствия.

Во-первых, становится понятен факт „мирного сосуществования” в Космосе огромных количеств перемешанных нейтрино и антинейтрино. Если крайне редко достигается порог взаимодействия при встречах нейтрино с атомами, то естественно, что он вовсе не достигается при встречах нейтрино с частицами, в миллиард раз более лёгкими, чем атом, т.е. с антинейтрино. Поэтому такие встречи как бы и не происходят.

Во-вторых, становятся понятными мощнейшие процессы рождения вещества и энергии „из Ничего” в интенсивных гравитационных полях – в ядрах квазаров и спокойных галактик, в меньшей степени – в недрах Солнца, в ещё меньшей – во внутренних зонах Юпитера, Сатурна, Урана и т.д., вплоть до Земли и Марса, у которых они проявляются в постепенном увеличении объёма планеты, приводящем к появлению рваных трещин коры (подробнее об этом – в книге [8] или во фрагменте С третьего тома электронной книги „Код. Жизнь. Вселенная.” на сайте Интернета http://barbarashan.narod.ru/). Объяснение заключается в том, что интенсивная гравитация увеличивает силу соударений нейтрино и антинейтрино, отчего превышается квантовый порог взаимодействия, и происходит аннигиляция.

Хотя нейтрино могут быть неравномерно распределены в пространстве, они не локализованы в ограниченных областях, способны легко перемещаться, и „притекать”, под влиянием сил тяготения, из окружающего пространства. Это может объяснить миллионы лет бурной активности квазаров, а также постоянное (хотя тоже нестабильное, хаотичное) возникновение вещества и энергии в других крупных небесных телах.

Массивный Юпитер излучает вдвое больше энергии, чем получает от Солнца, и похоже, что такой дисбаланс сохраняется миллиарды лет. Если присмотреться, то во Вселенной, в самых различных вариантах регистрируется необъяснимое возникновение вещества и энергии, и это всегда происходит в гравитационных полях – в ядрах галактик (особенно, квазаров), в недрах звёзд или планет. И каждый раз объяснение можно найти в недоступных нашему наблюдению процессах аннигиляции нейтрино и антинейтрино.

Характерной чертой таких процессов является их непостоянство во времени и непредсказуемость. Не случайно активность квазаров сравнивают с пожаром на складе боеприпасов, когда взрывы долго следуют друг за другом.

Вероятно, и на Земле именно такой, но сравнительно слабый (из-за малой массы планеты), медленно протекающий процесс, наиболее проявляющийся на глубинах максимальной гравитации порядка 2900 км, ответственен за непредсказуемые землетрясения и цунами. Медленный, но постоянный (хотя и нестабильный по скорости) рост объёма планеты логично объясняется постепенным рождением нового вещества в ходе очень слабой нейтринно-антинейтринной аннигиляции в гравитационном поле Земли. При достаточной точности измерений, возможно, удалось бы обнаружить дискретное увеличение объёма планеты, произошедшее 26 декабря 2004 г., когда образовалась тысячекилометровая трещина дна Индийского океана, с подъёмом памятного цунами. Это могло бы стать одним из подтверждений излагаемой гипотезы.

* * *

Появляется возможность нового объяснения энергетики Солнца. Дело не только в том, что интенсивность потока солнечных нейтрино оказалась примерно втрое ниже расчётной, и не весь массив подобных отклонений удаётся объяснить гипотезой об осцилляциях – перерождениях нейтрино в полёте. Есть и другие несоответствия. Так, в 1975 г. была обнаружена пульсация солнечной фотосферы с периодом 2 часа 40 минут. Это не совпало с поведением стандартной модели Солнца, по которой в центре звезды температура должна составлять около 15•106 К, а период колебаний – около 48 минут. При пересчёте на реальный период колебаний, температура в центре Солнца оказалась 6,5•106 К, а нелинейно связанная с температурой интенсивность термоядерного синтеза упала до 0,01% от реального излучения звезды! [3]

Термоядерная энергетика Солнца плохо согласуется и с авторитетной гипотезой В.Г. Фесенкова о повышении концентрации тяжёлых элементов к центру газопылевого облака, из которого сформировалась Солнечная система. В пользу этой гипотезы говорит тенденция роста средней плотности планет от периферии к Солнцу. Даже у далеко расположенных планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна – астрономы предвидят металло-силикатные ядра, занимающие от 20% до 30% диаметра небесного тела. Такая ситуация тем более должна относиться к центру Солнца – к ожидаемой точке максимума концентрации тяжёлых элементов. А тяжёлое металло-силикатное ядро со сравнительно низкой температурой – это совсем не та зона, не те условия, где могли бы протекать мощные термоядерные процессы. И наоборот, это именно те условия, те гравитационные поля, которые нужны для аннигиляции нейтрино и антинейтрино.

Расхождение между трёхкратной нехваткой солнечных нейтрино и спадом термоядерных реакций в 10'000 раз может объясняться тем, что нейтринно-антинейтринная аннигиляция, вероятно, как и термоядерный синтез, тоже рождает поток энергичных нейтрино, но примерно втрое слабее термоядерного.

Заметим, что (как и в случае Земли) наибольшую интенсивность аннигиляции следует ожидать не в центре Солнца, не в зоне наибольшего давления, а на меньшей глубине – в зоне максимальной гравитации.

* * *

Наконец, в-третьих, по-новому объясняется природа космологического красного смещения. Теперь причину красного смещения нужно видеть не в доплеровском эффекте, а в постепенной потере энергии фотонов при редких высокоточных соударениях с нейтрино. Похоже, что ничтожная масса нейтрино породила уникальное явление, ранее не знакомое науке, но хорошо коррелирующее с общей идеологией квантового мира. А именно – взаимодействие дискрета-фотона с нейтрино имеет вид дискретной передачи от фотона к нейтрино одного кванта действия (постоянной Планка). Такую поквантовую потерю энергии фотона логично назвать диссипативным красным смещением.

Некоторые оппоненты возражают против диссипативного механизма красного смещения на том основании, что фотоны, мол, участвуют лишь в электромагнитных, а нейтрино – лишь в слабых взаимодействиях. Действительно, здесь перед нами разительно отличающиеся силы – электромагнитные поля могут иметь даже космическую протяжённость, а слабые взаимодействия проявляются лишь на субатомных расстояниях. Но в момент взаимодействия нейтрино с фотоном расстояния между ними сведены к минимуму, и различия в условиях проявления двух типов взаимодействий, практически, отсутствуют. Кроме того, в экспериментах (например, на Ровенском и Красноярском атомных реакторах) уже многократно использовалось рассеяние нейтрино на электронах, для которых электромагнитное взаимодействие характерно не в меньшей степени, чем для фотонов. (Вспомним, что пара фотонов может превращаться в пару электрон-позитрон, и наоборот.)

У фотонов лептонный заряд равен нулю, поэтому закон сохранения лептонного заряда тоже не запрещает взаимодействий нейтрино с фотоном. Не случайно Ш. Глэшоу, А. Салам и С. Вайнберг показали естественное объединение слабого и электромагнитного взаимодействия в квантово-полевом описании.

Возникали ещё два возражения против диссипативной трактовки космологического красного смещения. Первое связано с тем, что в новой гипотезе речь идёт о частичном поглощении энергии фотона, тогда как физики привыкли к полному поглощению фотона встретившейся частицей, с последующим переизлучением. Но ведь физики до сих пор и не изучали взаимодействий фотонов с частицами, в полмиллиона раз более лёгкими, чем электрон. Почему не согласиться, что из-за крайне малой массы, нейтрино принципиально не способно принять на себя всю энергию фотона, но может, при благоприятных условиях, отнять один квант действия (постоянную Планка)?

При постоянной Хаббла  H = 75 км/с на один мегапарсек, если рассматривать летящий от далёкой галактики фотон зелёного цвета с длиной волны 530 нм, то его результативные столкновения с нейтрино, приводящие к потере одной постоянной Планка, должны происходить, в среднем, каждые 12 минут 10 секунд. Интересно, что из-за связи акта взаимодействия с фазой колебаний частиц, по мере снижения частоты фотона, потери энергии происходят всё реже, что строго согласуется с реальным характером красного смещения.

Второе возможное возражение против предложенной трактовки – отсутствие рассеяния лучей, испытавших космологическое красное смещение. При соударении фотона с другой частицей рассеяние представляется физикам неизбежным. Но указанная выше природа диссипативного красного смещения устраняет и это возражение. Если взаимодействие происходит только при строжайшей антипараллельности траекторий фотона и нейтрино (расхождение между ними не достигает „кванта угла”), то ни о каком рассеянии света не может быть и речи. Взаимодействие с легчайшим нейтрино оказывается настолько симметричным, что попросту отсутствует причина для изменения траектории фотона. Если же нужная точность антипараллельности траекторий фотона и нейтрино не достигнута, то и квантовый порог не достигается, акт взаимодействия не состоится, и встречи частиц как бы и не происходит.


5. Заключение


Новая гипотеза о свойствах нейтрино говорит о следующем:

► Из-за малой массы покоя нейтрино, их соударения со встречными частицами оказываются очень слабыми, и достигают порога действия (постоянной Планка) только в редчайших случаях совпадения нескольких независимых случайных событий – сближения центров частиц до некоторой пороговой величины, строгой антипараллельности траекторий, наиболее благоприятных, возникающих один раз за период, фазах колебаний частиц (или сгустков волнового поля).

► При увеличении энергии нейтрино сила соударения и вероятность достижения порога действия повышается, и соответственно, проникающая способность нейтрино в веществе падает. Если же столкновение произошло, но порог действия не достигнут, то встречи частиц как бы и не происходит, обнаружить её последствия не удаётся.

► Вопреки мнению, будто фотоны участвуют только в электромагнитных взаимодействиях, а нейтрино – только в слабых, возможно взаимодействие нейтрино с фотонами, подобно тому, как известно рассеяние нейтрино на электронах.

► Малая масса покоя нейтрино не позволяет ему, при столкновении с фотоном, полностью поглотить и переизлучить его энергию, как это происходит при встречах фотонов с более массивными частицами. Нейтрино способно принять на себя от фотона лишь малую часть его воздействия, ориентировочно – одну постоянную Планка. Такой механизм потери энергии фотона способен объяснить космологическое красное смещение.

► Без внешних силовых полей, малая масса нейтрино и антинейтрино исключает возможность достижения ими при соударениях порога взаимодействия и последующей аннигиляции. Но в интенсивных гравитационных полях соударения усиливаются, и могут достигнуть заданного порога, что делает возможной аннигиляцию нейтрино-антинейтрино.


Эти предположения не только объясняют удивительные свойства самих нейтрино, но также разрешают ряд космологических загадок, включая загадку энергетики Солнца и высокой активности земных недр.

Новый механизм нейтринных взаимодействий принципиально изменяет космологическое мировоззрение. Прежде всего, он перечёркивает доплеровскую трактовку космологического красного смещения, а с ней – представления об ускоренно расширяющейся Вселенной, о Большом Взрыве, о нелепом „физическом вакууме” с положительной массой, но с отрицательным тяготением. Диссипативная природа космологического красного смещения вырисовывает перед нами Вселенную с совершенно иными свойствами, по сравнению с декларируемыми ныне. Новая природа красного смещения даёт нам как бы новую Вселенную.

Хорошо известные процессы рождения нейтрино и антинейтрино в ядрах атомов, в сочетании с менее изученным, но высоко вероятным обратным преобразованием частиц в обычные формы вещества и энергии при аннигиляции, вырисовывают замкнутый цикл круговорота материи во Вселенной, вырисовывают не только стационарную, но и длительно существующую, вероятно, вечную Вселенную. Здесь уместно вспомнить, что и другие факты, трактуемые как подтверждение прошлого Большого Взрыва, например, „реликтовое излучение”, имеют другое, несравненно более правдоподобное объяснение [4].

Таким образом, связь акта нейтринного взаимодействия с совпадением ряда независимых случайных событий обещает объяснить широкий круг далёких друг от друга загадок природы, что влечёт за собой высокую оценку новой гипотезы с позиции теории систем. Тем самым преодолевается запрет на новые сущности, вводимый „бритвой Оккама”, и становится целесообразным привлечение к гипотезе пристального внимания научной общественности.


Литература

1. Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории ( М.: Эдиториал УРСС, 2005)

2. Кардашев Н.С. Земля и Вселенная № 4, 9-17 (2002)

3. Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики (М.: Наука, 1988)

4. Astrophysical Journal V. 568, L75-L79 (2002)

5. Жук Н.А. Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звёзд. // Физика сознания и жизни, космология и астрофизика №1, 62 (2001)

6. Вегенер А. Происхождение континентов и океанов (Л.: Наука, 1984)

7. Резанов И.А. Эволюция представлений о земной коре (М.: Наука, 2002)

8. Барбараш А.Н. Жизнь – подарок Вселенной (Одесса: МЧП „Эвен”, 2006)





Похожие:

Свойства нейтрино объясняют iconА. Барбараш
Вселенной. При недостаточно точном соударении фотона с нейтрино, квантовый порог не достигается, и соударения как бы вообще не происходят,...
Свойства нейтрино объясняют iconЛекции на фвс, 520-1, 520-2, 530. Краткий электронный конспект по датам. Лекция 1: 10 февраля Глава Неопределённый интеграл опр и свойства
Определение первообразной, Свойства: что F+C тоже перв. (Док-ть), что разность двух первообр = C. Определение неопр интеграла. Свойства...
Свойства нейтрино объясняют iconУрока: «свойства и применение предельных одноосновных карбоновых кислот» История открытия и физические свойства муравьиной кислоты

Свойства нейтрино объясняют iconТема: «циклопарафины: строение, свойства, применение»
Знать физические и химические свойства циклопарафинов в сравнении с предельными углеводородами, уметь записывать уравнения реакций,...
Свойства нейтрино объясняют iconКвадратичная функция, её свойства и график Цели урока: Повторить свойства квадратичной функции
Способствовать расширению кругозора через информационный материал, диалоги и совместные размышления
Свойства нейтрино объясняют iconМодуль. Решение уравнений
Признаки равенства треугольников, равнобедренный треугольник и его свойства, параллельные прямые (признаки, свойства)
Свойства нейтрино объясняют iconСтруктура вакуума и метрический тензор общей теории относительности
Описаны свойства вакуума, свойства элементарных частиц, из которых он состоит. Определены свойства этих частиц. Обоснована формула...
Свойства нейтрино объясняют iconСвойства и графики элементарных функций в помощь ученику
Свойства и графики степенных функций вида существенно зависят от показателя степени
Свойства нейтрино объясняют iconПлазма и ее свойства
Но понять его свойства возможно лишь при условии нового понимания свойств плазмы, основы всего сущего. При этом понимание это должно...
Свойства нейтрино объясняют iconПлазма и ее свойства
Но понять его свойства возможно лишь при условии нового понимания свойств плазмы, основы всего сущего. При этом понимание это должно...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов