Вечные вопросы. Часть 1

Я не против науки! Я за то, чтобы все думали!

Но я против того, чтобы думали все одинаково! Посвящается моему ярому критику и доброму Другу Владимиру Викторовичу Беловолу.

© А. Петров, 2022

© Оформление ООО «КнигИздат», 2022

– А услышать я хочу обо всем! Ведь ты немало знаешь…

…и было бы неплохо, если бы ты начал с самого начала, например, с того, как появился этот мир…

– Так, наверное, этого никто и не знает…

– Ой ли?

– Существуют разные верования и гипотезы, пытающиеся ответить на этот вопрос, но это, как твердит мой интеллект, всего лишь верования и гипотезы…

– Какое-нибудь религиозное воззрение, объясняющее происхождение мира, приходится тебе по душе?

– Разум не позволяет…

– А какая-нибудь научная теория или гипотеза?

– Вообще-то сейчас, в мире науки, большинство соображений о зарождении Вселенной опираются на теорию Большого взрыва…

– Вот тебе и карты в руки…

– Ты хочешь услышать эту теорию?

– А почему бы и нет? Ведь ты…

– Да без вопросов!

Заколдовывающая ныне ученые умы теория о зарождении мира гласит, что Вселенная появилась 13,75 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва…

…и эта теория утверждает, что до Большого взрыва не было ни времени, ни пространства…

…а вся материя Вселенной занимала скромный, размером с протон, объем…

…при этом плотность этого сверхгена Вселенной составляла 1093 г/ см, а температура, как заявляют, была 1032°(К)…

Какова была причина Большого взрыва? Ответа этому ученые пока не нашли, но он, по их мнению, произошел…

…и родился огненный шар, в котором первоначально все вещество находилось в некоем подобии теплового равновесия: давление фотонного газа разрушало образование любого сгустка материи, а свободные электроны, с их свойством рассеивать излучение, не давали фотонам покинуть пределы этого шара…

Но этот огненный шар расширялся и остывал. И настал момент, когда электроны и атомные ядра смогли объединиться, а это, в свою очередь, привело к тому, что свободные электроны оказались уже не в состоянии столь интенсивно, как прежде, рассеивать излучение…

Излучение вырвалось за пределы этого остывающего огненного шара, а во Вселенной стало появляться вещество, что по-научному называется первичным нуклеосинтезом…

…в основном, как считается, это был водород…

…где-то 75 % и около 25 % гелия…

…а произошло это тогда, когда температура гипотетического протонно-электронно-фотонного шара упала ниже 3000° (К), что, по современным расчетам, случилось приблизительно через 380 тысяч лет после Большого взрыва…

…но только звезд тогда еще не было, тогда, по словам современных ученых, шли Темные века Вселенной, так как материя в те непроглядные времена лишь понемногу стала собираться в сгустки, образуя зародыши будущих звезд и галактик…

А звезды? Говорят, будто первые звезды зажглись спустя 550 миллионов лет после Большого взрыва, что и привело к зарождению самых первых галактик…

…а благодаря расширению пространства Вселенная за 13,75 миллиардов лет стала такой, какая она есть сейчас…

Вот тебе и вся современная научная теория о зарождении мира…

…в упрощенном виде…

– И все-таки, что же было за мгновение до Большого взрыва?

– Ученые современности твердят, что тогда не было ничего, абсолютно ничего, кроме этого сверхгена…

– А ты как думаешь?

– А я не думаю…

– Хорошо, тогда, давай, по-другому…

…ты мне скажи, если раньше Вселенная была размером с протон, то какой объем она занимает ныне?

– Для подавляющего большинства современных ученых это бессмысленный вопрос, поэтому на него и нет ответа…

– Как нет ответа?

– Вселенная, по их мнению, расширяется не с постоянной скоростью, а винят они в этом некую темную энергию, сущность которой они пока понять не могут, вот у них и нет внятного ответа…

…хотя и утверждают, что в диаметре она больше тридцати миллиардов световых лет…

– Странно…

…но она, как я понимаю, все-таки расширяется?

– Они на этот вопрос дают положительный ответ…

– Тяжелый ты человек…

– Положение обязывает!

– Наверное, глупо спрашивать, сколько звезд…

– Почему? Говорят, что невооруженным взглядом ночью можно увидеть не больше трех тысяч звезд, но, честно говоря, я ни разу не пытался их сосчитать…

– …а сколько галактик во Вселенной?

– Для большинства ученых это тоже неразумный вопрос, но некоторые из них поговаривают, будто бы в видимой части Вселенной галактик порядка ста миллиардов…

…хотя, может, уже и больше насчитали…

– А какую форму имеют галактики?

– Хм, какую форму имеют галактики? Ну, ученые выделили среди них сфероподобные эллиптические галактики, линзообразные галактики, дисковые спиральные галактики, спиральные галактики с перемычкой, карликовые галактики, неправильные…

– Спиральные галактики составляют около 50 % от общего числа галактик, верно?

– Их я тоже не считал…

– И каждая такая галактика имеет ядро, вокруг которого вращаются все остальные объекты этой самой галактики. Правильно?

– Так это все временно…

– А скорость света – это максимальная скорость?

– Ученые не исключают, что в природе могут существовать тахионы, а тахионы – это гипотетические частицы, всегда движущиеся со скоростью, превышающую скорость света в вакууме, но эти гипотетические частицы не обнаружены, хотя их ищут уже давно…

…поэтому, пока их не нашли, считается, что скорость света – это предельная скорость распространения любых физических воздействий, но с такой скоростью ни один материальный объект двигаться не может, это скорость распространения волн в вакууме…

– Но если скорость света – максимальная скорость, то почему тогда Вселенная…

– Ученые объясняют это расширением пространства!

– Хорошо-хорошо! Но ты мне скажи, если Вселенная образовалась 13,75 миллиардов лет назад и сейчас она занимает какой-то… неисчислимо большущий объем, и галактик в ней порядка ста миллиардов…

…то не кажется ли тебе, что весь этот мир образовался вовсе не в результате Большого взрыва, а в результате столкновения множества неких… сверхчастиц?

– Не-а…

– Почему? Разве форма закрученных галактик тебе ничего не напоминает? Ну, например, последствия столкновения по касательной каких-то объектов…

– Не все в этой истории так просто…

– Поэтому ты и не хочешь разговаривать на эту тему?

– Во-первых, эта тема не даст ответа на твой главный вопрос, а, во-вторых, у меня просто не хватит знаний, чтобы прорисовать… даже часть истории Вселенной… с обоснованной научной точки зрения…

– Ты оглянись вокруг! Кроме тебя и меня здесь никого больше нет! И меня нисколечко не интересуют научные обоснования твоих взглядов! Меня интересует мир, который знаешь ты…

…его прошлое, настоящее, будущее…

…и твоя точка зрения для меня будет непреложной истиной!

– Даже если эти мои убеждения не будут давать ответа на твой главный вопрос?

– Итак, могло ли стать причиной появления галактик столкновение каких-либо объектов?

– Нет.

– Почему так безапелляционно?

– Чтобы это понять, надобно просто представить вероятную историю метаморфоз вещества, с момента его гипотетического появления и до возможного момента его превращения в темную энергию и темную материю…

…ведь неясное будущее может оказаться ключом к непонятному прошлому…

…и тогда ты увидишь, что галактики рождаются не от столкновений каких-либо объектов…

…но начинать нужно не с самого начала, и тогда логика раскроет суть многих основных явлений…

– Ты у нас кормчий, тебе и решать! Только стань самим собой…

– Ну, тогда…

– …и думать начни…

– …тебе ведь ведома современная теория эволюции звезд? Просто без начальных знаний о рождении, жизни и смерти звезд невозможно будет понять эволюционный путь галактик и самой Вселенной…

– Поверь, у тебя в голове такая мешанина, что там сам черт ногу сломит! А потому, если нетрудно, просвети…

– Хорошо, но только чтобы не углубляться в научные дебри, я расскажу тебе… современную версию эволюции… одиноких звезд…

…а абсолютно все цифры, которые сейчас прозвучат… и уже прозвучали, – полный вздор…

– Окрыляет…

– И никаких имен, абсолютно никаких! Это мое главное условие!

– Мы об этом уже договорились!

– Так начинать?

– Да, да…

– Ну, что ж…

…согласно современной общепринятой теории, прародителями звезд являлись и являются гигантские молекулярные облака, состоящие в основном из молекул водорода…

…облака колоссальной массой, объемом в десятки, а то и в сотни кубических световых лет, из которых могут образоваться не только отдельные звезды, но и скопления, а иногда и группы скоплений звезд…

В этих насыщенных материей «звездных колыбелях» отдельные молекулы, как принято сейчас считать, под воздействием множества как внутренних, так и внешних причин, могут начать концентрироваться…

…например, как заверяют современные ученые, такое возможно, если в этой звездной колыбели вспыхнула сверхновая звезда…

– Сверхновая звезда?

– …и если начинается процесс гравитационной конденсации, то в этих облаках благодаря гравитационной неустойчивости появляются сгустки холодного газа…

…а сами эти гигантские облака рано или поздно распадаются на фрагменты…

…на большие, объемом в несколько десятков световых лет, фрагменты…

…но молекулярный газ в этих отдельных фрагментах, под воздействием сил гравитации, все также продолжает концентрироваться…

На этом этапе эволюции, который может длиться ни один десяток миллионов лет, такие фрагменты звездных колыбелей современные ученые называют сжимающимися туманностями…

…а в ходе дальнейшей конденсации в них газа они окончательно обосабливаются, в этих туманностях сгустки холодного газа начинают потихоньку сливаться, в результате чего со временем формируются уже так называемые протозвезды…

Через много-много миллионов лет концентрация молекулярного газа в этих протозвездах оказывается столь высока, что они становятся непрозрачными для всех видов излучений, кроме инфракрасного…

…а ведь при сжатии энергия гравитации переходит в тепловую энергию, поэтому протозвезды начинают разогреваться…

…вот только инфракрасное излучение, проходящее сквозь них, уносит излишки теплоты, так что давление внутри протозвезд какое-то время не увеличивается, во всяком случае, в научной среде есть такое мнение…

Но однажды, в результате продолжающегося сжатия, они становятся непрозрачными уже и для инфракрасного излучения…

…и они начинают постепенно разогреваться изнутри…

Сжатие замедляется…

…появляется внутреннее давление…

…но температура и давление в центре протозвезд все равно продолжают повышаться…

…и наступает миг, когда при колоссальном давлении и температуре в миллионы градусов (К) между атомными ядрами сила электростатического отталкивания исчезает, и ядра атомов начинают соединяться…

…начинаются термоядерные реакции, в результате которых ядра атомов водорода, грубо говоря, превращаются в ядра атомов гелия…

– ?

– …а слияния легких ядер в более тяжелые сопровождаются выделением энергии, колоссальным выделением энергии…

Сжатие прекращается…

…и в центре протозвезды появляется звезда…

…а если быть точнее, то звезда-карлик…

Доходчиво объясняю?

– Вполне, но только почему новорожденные звезды называются карликами?

– Только из-за их относительно малых по сравнению со звездами-гигантами размеров…

– А откуда же тогда берутся звезды-гиганты?

– Диаметр современных звездных колыбелей, как сейчас считается, может составлять от 50 до 300 световых лет, но, признаюсь тебе честно, я не могу тебе сказать, каков диаметр протозвезд…

…потому что протозвезды – это, по мнению ученых, довольно крупные и очень высококонцентрированные газопылевые облака сферической формы, которые вращаются вокруг своей оси, и в которых концентрация материи увеличивается к центру…

…но в них термоядерные реакции еще не начались, а у… этих образований нет четких границ…

…поэтому здесь можно лишь предположить, что немало протозвезд за мгновенье до того, как в их центральных областях начнутся термоядерные реакции, в объеме могут быть намного больше нынешнего объема Солнечной системы…

…то есть гравитационное поле такого объекта, из которого позже родится довольно массивная звезда, на мой взгляд, может удерживать в своем плену атомы и молекулы различных химических элементов, а также частичек космической пыли на расстоянии в несколько световых лет…

– ?

– …а когда в центре протозвезды начинаются термоядерные реакции, то не вся материя протозвезды становится составной частью звезды-карлика, лишь какая-то ее часть…

…и начавшиеся термоядерные реакции не охватывают все области не только протозвезды, но и звезды-карлика…

– Извини?

– …а чтобы это осознать, ты просто посмотри на теоретическое строение Солнца…

– ?

– Согласно современным научным представлениям, Солнце – это типичный эволюционирующий желтый карлик, который, по словам современных ученых, находится примерно в середине своего жизненного цикла, и которому от рождения, как утверждают современные ученые, 4,6 миллиарда лет…

…но термоядерные реакции идут сейчас только в солнечном ядре, которое занимает лишь 20–25 % от радиуса Солнца, а все остальное – это оболочка, состоящая в основном из водорода, и которая разогрета до многих миллионов градусов…

…притом в том слое, который окружает солнечное ядро, водород настолько плотно сжат, что соседние протоны не могут поменяться местами, поэтому перенос энергии из ядра к наружным слоям происходит в основном благодаря переизлучению…

…и фотонам, рожденным в результате термоядерных реакций в ядре Солнца, нужно, как считается, от десяти тысяч до нескольких миллионов лет, чтобы достичь поверхности Солнца…

– Чего?

– Это сейчас неважно! Так вот, чем старше становится звезда и чем меньше в ее недрах остается водорода, тем больше становится гелиевое ядро и тем выше становится температура звезды…

…а чем выше становится внутренняя температура звезды, тем сильнее разогреваются ее внешние слои и тем больше звезды увеличиваются в размере…

…поэтому со временем звезды-карлики превращаются в гигантов…

…и нашей звезде, как говорят, где-то через 5 миллиардов лет суждено стать гигантом…

…красным гигантом…

– Красным гигантом?

– Ага, правда, не все звезды становятся гигантами…

…ведь судьба звезды во многом зависит от множества условий…

– Сможешь кратко и внятно объяснить, в чем там суть?

– Ну, смотри…

…считается, что термоядерные реакции могут начаться в газовых шарах, минимальная масса которых составляет где-то 0,08 от массы Солнца…

…и если маломассивная звезда одинока, а ее первоначальная масса составляет от 0,08 до… 0,83 солнечной массы, то когда она горит, вещество внутри такой звезды путем конвекции сильно перемешивается…

…из-за чего водород продолжает участвовать в термоядерных реакциях до тех пор, пока почти полностью не иссякнет…

Когда его запасы будут подходить к концу, то термоядерные реакции начнут угасать…

…а без энергии, рождающейся в процессе термоядерных реакций, давление в недрах такой звезды начнет падать, и под действием сил гравитации внешние слои звезды устремятся к центру…

Она начнет сжиматься, а заодно и разогреваться, и со временем она должна превратиться в голубого карлика…

…а потом она начнет постепенно остывать…

…и на заключительном этапе своего существования она станет так называемым вырожденным гелиевым карликом…

Какое-то время этот гелиевый карлик будет светить, но это свечение будет вызвано, согласно современным представлениям, тепловым свечением атомов…

– А…

– Кстати, термоядерные реакции в таких звездах, как считается, идут очень вяло, и еще ни одного голубого карлика обнаружить не удалось…

…а 85 % звезд нашей Галактики – это менее яркие звезды, чем Солнце…

…говорят, что в большинстве своем это эволюционирующие красные карлики, которые позже и должны переродиться в голубых карликов, а это, по словам современных ученых, говорит о том, что Вселенная зародилась недавно…

А Солнце, если тебе это интересно, хоть и считается типичным желтым карликом спектрального класса G2, но по сравнению с большинством современных звезд в нашей Галактике Солнце – довольно большая и яркая звезда…

– Пусть будет так, но ты лучше скажи, а если масса звезды будет чуточку больше 0,83 солнечной массы, то какова ее судьба?

– Если масса новорожденной одинокой звезды чуть меньше массы Солнца, но не больше… трех с половиной солнечных масс, то со временем в ее центральной части сгорит весь водород, а в центре этой звезды сформируется плотное ядро, состоящее в основном из ядер атомов гелия, в котором уже не идут термоядерные реакции…

Без давления, рождающегося в ходе термоядерных реакций, внешние слои этой звезды под собственным же весом устремятся к центру звезды… или, если хочешь, звезда начнет сжиматься…

…отчего температура и давление в ядре этой звезды снова начнут повышаться, но, в отличие от стадии протозвезды, до гораздо более высоких уровней…

…и при температуре где-то в 100 миллионов градусов (К) начинаются термоядерные реакции с участием гелия…

…происходит так называемая гелиевая вспышка – взрывоподобное начало горения гелия, то есть с выделением большого количества энергии из ядер гелия образуются ядра углерода и даже кислорода…

Возобновившиеся на новом уровне термоядерные реакции становятся причиной значительного расширения атмосферы звезды, звезда разрыхляется, энергии-то много выделяется и она становится гигантом, красным гигантом, точнее говоря…

Но горение гелия в среднемассивных звездах весьма нестабильно, так как в их недрах возникают сильнейшие термические пульсации, отчего такие звезды называются переменными или пульсирующими звездами…

…а механизм пульсации довольно прост: выделяющаяся при термоядерном синтезе углерода энергия разогревает внешние слои звезды, в результате чего ее блеск начинает расти и она раздается в объеме…

…но увеличение объема звезды, как бы странно это не звучало, приводит и к заметному ускорению охлаждения ее атмосферы, площадь-то охлаждения увеличивается…

…поэтому блеск звезды начинает уменьшаться, а пройдя некий максимальный уровень роста, объем звезды начинает сокращаться…

…сжатие же звезды, естественно, приводит к разогреву ее недр, а звезда заново начинает ярче сиять и снова расширяется…

Как долго такая карусель будет происходить со звездой? Считается, что этот период в бытие звезд может длиться до нескольких десятков миллионов лет…

…но однажды, при очередном сжатии, когда температура в очередной раз повышается, а от этого в термоядерных реакциях начинают участвовать новые слои гелия, происходит мощный взрыв, из-за которого атмосфера звезды сбрасывается, превращаясь в так называемую планетарную туманность…

…а в центре этой планетарной туманности появляется вырожденное оголенное ядро звезды, в котором термоядерные реакции прекращаются и оно, остывая, превращается в уже знакомый тебе вырожденный гелиевый белый карлик, если первоначальная масса звезды не превышала 0,85 солнечных масс…

…либо, если масса была больше 0,85 солнечных масс, в так называемый вырожденный углеродно-кислородный белый карлик, которого от дальнейшего сжатия избавляет давление вырожденного электронного газа…

– А что такое электронный газ? И как он может сдерживать материю в проэволюционировавших звездах от дальнейшего сжатия?

– Ну, представь себе атом, вернее, планетарную модель атома…

– Гм…

– В центре атома находится положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов…

…а вокруг ядра, на колоссальных для микромира расстояниях, движутся отрицательно заряженные электроны…

…и скорость их движения столь высока, а траектории столь причудливы, что предсказать, где будут находиться электроны в следующее мгновенье – невозможно…

…поэтому и принято считать, что ядра атомов окружены оболочками, электронными оболочками, в сферах которых в любое следующее мгновение могут появиться электроны…

– Брр…

– Атомы могут присоединять или отдавать электроны, становясь отрицательно или положительно заряженными ионами, а незанятые электроны образуют так называемый электронный газ…

– Ау!

– На заключительных этапах эволюции звезд, масса которых колеблется в пределах от 0,85 до 3,5 солнечных масс, плотность материи в центральной части звезды становится настолько громадной, что электроны в атомах вынуждены покидать свои орбиты, либо же они не могут занять свои места вокруг атомных ядер…

…а это приводит к тому, что расстояния между соседними ядрами атомов, которые лишились этих электронных оболочек, начинают уменьшаться…

…но вытесненные внешним давлением из атомов в больших количествах электроны никуда не исчезают, они-то и есть этот так называемый вырожденный электронный газ…

…и прослойка из них мешает соседним атомным ядрам, в данном случае ядрам атомов гелия, состоящим из двух нейтронов и двух протонов, соприкасаться…

…а если по-простому, то эта прослойка из свободных электронов препятствует дальнейшему сжатию материи…

– Где ты?!

– Эх! Одинокие среднемассивные звезды…

…и Солнцу этого не избежать…

…заканчивают свою эволюцию тем, что после сброса внешних слоев или, если хочешь, после сброса планетарной туманности ядра таких проэволюционировавших звезд будут уплотняться до той поры, пока давление вырожденного электронного газа не уравновесит силу гравитации…

…а процесс сжатия остановится лишь тогда, когда, если говорить конкретно о нашей звезде, нынешний объем Солнца уменьшится примерно в сотню раз…

…при этом плотность вещества станет где-то в десять миллионов раз выше плотности воды…

…хотя сейчас средняя плотность солнечного вещества сравнима с плотностью воды в Мертвом море…

…то есть привычная для нашего воображения материя там перестает существовать, а, например, кубик такой материи, кубик с гранями в один сантиметр, будет весить где-то с десять тонн…

Теперь-то понятно, что такое вырожденный газ? И к чему приводит его существование в вырожденных среднемассивных звездах?

– Понятно, понятно…

…а вот если масса новорожденной звезды была больше трех с половиной масс Солнца?

– Если первоначальная масса одинокой звезды была больше трех с половиной, но не превосходила… восьми солнечных масс, то со временем появится не красный, а голубой или даже бело-голубой гигант…

…ведь чем больше первоначальная масса звезды, тем горячее со временем она будет…

…или, если по-другому, чем больше масса звезды, тем быстрее внутри нее идут термоядерные реакции, тем сильнее она разогревается, и тем короче время ее жизни…

…а самыми горячими гигантами, если тебе это интересно, считаются голубые и бело-голубые гиганты, самыми холодными – красные гиганты…

– И какова же их судьба?

– Когда в центральной части такой массивной звезды сформировалось гелиевое ядро, где термоядерные реакции уже не идут, ядро, под тяжестью внешних слоев, начинает сжиматься, а по мере сжатия увеличивается его температура и плотность…

– …происходит гелиевая вспышка…

– …но так как первоначальная масса была больше, а наружные слои тяжелее, то температура и давление в центральной части такой звезды будет выше, чем у красного гиганта…

…поэтому в ядре такой звезды гелий начинает гореть относительно стабильно…

…а в результате этих термоядерных реакций в больших количествах образуются углерод и кислород…

Когда запасы гелия в ядре будут на исходе, а термоядерные реакции вновь начнут угасать, то внешние слои устремятся к центру, ядро снова начнет сжиматься…

…и температура в ядре такой звезды может подняться настолько, что начнутся термоядерные реакции с участием углерода, и тогда произойдет углеродная детонация, которая считается аналогом гелиевой вспышки…

…и когда это случится, то эта звезда на какое-то время станет пульсирующей звездой, только блеск ее будет во много раз больше, чем у красного гиганта…

…но однажды, при очередном сжатии, она сбросит свои внешние слои и появится тогда уже знакомый тебе вырожденный углеродно-кислородный белый карлик, значительная часть материи которого будет состоять из ядер атомов углерода и кислорода…

…а внешние слои будут сброшены более мощным взрывом, чем при гелиевой детонации, ведь чем больше первоначальная масса звезды, тем с большей силой сбрасываются внешние слои звезды в момент ее смерти…