Скрытая масса и нейтринная Вселенная: вопросы космологического моделирования
Автор: Алекс Моисеев
Вопросы выбора соответствующей модели развития нашей Метагалактики являются одними из наиболее важных в космологии. От их разрешения будут зависеть судьба нашей Вселенной в будущем и ответы на её состояние в далёком прошлом, а также ещё целый комплекс вопросов, имеющих очень важное, я бы даже сказал основополагающее мировоззренческое значение, которые касаются всего человечества в целом и каждого человека в отдельности, то есть общее и частное, которое неразрывно существует и связано воедино с этим общим. Можно даже сказать, что с решением этих вопросов мы достигаем самого главного-диалектического единства развития нашего знания, как в экстенсивном, так и в интенсивном направлениях, другими словами не только количественного, но, прежде всего качественного, развития вглубь наших скромных знаний об окружающем нас Мире.
Так какова же та таинственная модель Вселенной, в которой мы находимся? Ответу на этот вопрос и посвящёна данная работа.
Нестатическая Вселенная.
Начать я думаю, уместно будет с общих путей развития нашей Вселенной, а уже затем прейти к частным моментам.
Итак, что же из себя представляют основные пути или модели (что, в общем-то, одно и то же) развития нашей Вселенной, которые разрабатывались, да и разрабатываются по сей день космологической наукой?
Самыми важными из нестатических моделей (в целом зовущимися «моделями Фридмана») являются модель Леметра, Эйнштейна-де Ситтера, Эддингтона-Леметра и пульсирующая модель. Выбор той или иной из них зависит, как известно, от средней плотности Вселенной. Если последняя будет больше критической, мы живём в закрытой Вселенной, и через некоторое время её нынешнее расширение сменится сжатием, если она меньше или равна ей, реализуется открытая модель, и расширение будет длиться вечно. Остановимся коротко на каждой из них.
Модель Леметра являясь открытой характерна тем, что «радиус кривизны R(t) в ней увеличивается от нуля неограниченно, но в течение некоторого времени Dt его значение изменяется несущественно: Вселенная на промежутке времени Dto как будто «застывает»».[1] То есть модель, эта является как бы частично статической, так как «в момент «задержки» расширения радиус кривизны Вселенной как раз и равен радиусу статической модели Эйнштейна».[2]
Модель Эйнштейна-де Ситтера также открыта, но в отличие от леметрской расширение в ней идёт безо всякой задержки, наоборот, в ней наблюдается экспонциональный рост от «фридмановской сингулярности» и до бесконечного значения, в ходе которого расстояние между галактиками постоянно увеличивается, достигая в конечном итоге, стадии «лептонной пустыни».
Модель Эддингтона-Леметра схожа с предыдущей, но принципиальное её отличие в начальной стадии расширения. Так как эта модель использует сценарий раздувающейся Вселенной (которая наиболее приемлема для нашей Метагалактики) на данном этапе «она либо эволюционирует так же, как в обычной теории горячей Вселенной, либо появляется путём квантового скачка из «пространственно-временной пены» за счёт флуктуаций метрики».[3] Данный этап в ней носит название «стадии раздувания». Эта модель даёт совсем другое решение фундоментальнейшему вопросу сингулярности, которая в ней имеет диаметрально противоположную фридмановской интерпретацию. В данном случае предоставляется возможность ответить на вопрос, а что же было до момента t<0? Хотя здесь появляется почти тупиковая апория. Но с другой стороны сама собой отпадает проблема «начала» Вселенной как физической сущности, так как её решение в этой модели фактически дано: в результате квантового рождения Метагалактики нет необходимости говорить о сверхвысоких плотностях (планковской или даже выше), да и сама сингулярность в привычном её понимании отсутствует (логически проблема эта, тем не менее, не снимается вовсе.) Отказ же от «начала» в принципе, я думаю, никакого из нас не успокоит, ибо трудно смириться с мыслью о том, что у нашего Мира не было истока, а сам он, появившись из «пены», не имеет на пространственно-временной шкале нулевого отсчёта.
И, наконец, закрытая, осциллирующая или пульсирующая модель, которая реализуется, как я уже сказал выше, если средняя плотность нашей Вселенной больше её критического значения. Я думаю, целесообразнее будет сначала обстоятельно поговорить об этой загадочной плотности и связанной с ней проблеме скрытой массы, тем более что тема статьи (моего доклада) как раз, и посвящена данной проблеме, а уж потом вернуться к вопросу выбора космологической модели, которая, соответственно, составляет вторую часть данной работы. Но прежде хотелось бы дать понятие о закрытой модели вообще. «В такой модели масштабный фактор R (радиус кривизны) возрастает от нуля, достигает максимального значения и снова уменьшается до нуля. Здесь кривая R (t) является циклоидой».[4] Хотелось бы сказать, что сама модель имеет один очень существенный недостаток в виде возрастания энтропии, который, однако, на мой взгляд, довольно изящно преодолевается одной стройной гипотезой. К этому, всё же мы ещё вернёмся и детально рассмотрим данную проблему. Сейчас давайте посмотрим на проблему скрытой массы.
Скрытая масса.
Для выбора той или иной космологической модели надо измерить среднюю плотность нашей Вселенной. Казалось бы, нет ничего проще - просто взять и посчитать суммарную массу всего вещества нашей Метагалактики. Учитывая уровень развития науки на сегодняшний день это довольно легко. И действительно такая плотность уже давно была подсчитана и составляет примерно 3-5´10-31 г/см3. Но, как уже было сказано, для окончательного определения модели необходимо ещё учитывать и критическую плотность, которая по разным оценкам, (её определение зависит от постоянной Хаббла Н~50-70 км/с.) колеблется в пределах около 10-29 г/см3. Таким образом, плотность вещества меньше (ну или, в крайнем случае, равна) критической rвещ< rкрит и Вселенная должна расширяться вечно. Но такое утверждение более чем преждевременно. По современным оценкам сегодня мы можем наблюдать только 6-7% всего вещества нашей Вселенной. Эти 6-7% составляют только видимую материю, способную быть фиксированной приборами, большую же её часть (до 96 (!)%) составляет невидимая материя, названная скрытой массой или тёмной материей. Хотя оценка в 96% кажется мне немного завышенной, всё же более правильно было бы назвать цифру в 92-94%, хотя и это уже достаточно много. В чём же состоит суть проблемы скрытой массы? А суть её в том, что Фриц Цвикки в 1933 году (это можно считать началом исследования проблемы скрытой массы) «обнаружил, что для объяснения наблюдаемых скоростей в богатых скоплениях необходимы массы в десятки раз больше суммы индивидуальных масс галактик».[5] Эту ситуацию позднее назвали вириальным парадоксом, который характеризуется «несоответствием между «вириальными» и индивидуальными массами» галактик. «В этой связи уместно напомнить теорему о вириале: если скопление галактик (или звёзд) находится в стационарном состоянии, то сумма удвоенной кинетической энергии системы Wк и потенциальной энергии Wp равна нулю».[6] В последнее время предположений о том, что же скрывается за тёмной материей было дано масса. Перечислим их. Во-первых, существование скрытой массы поначалу возлагали на межгалактический газ. Очень уж перспективным виделось использование этого источника, в первую очередь потому, что объём, занимаемый галактиками гораздо меньше объёма между ними и хотя концентрация его не так велика, занимая огромные пустоты, особенно между скоплениями галактик, он может давать приличные массы. При этом наиболее явным кандидатом на этот газ был водород. Но всё же рьяные его поиски (в форме молекулярного, ионизованного, газа в скоплениях) никакого результата не дали. Даже сверхчувствительный космический ультрафиолетовый телескоп FUSE (NASA) в июле 2000 года не сумел обнаружить ионизованный, (то есть очень горячий) водород, подтвердив при этом, что молекулярный водород никакого вклада в скрытую массу не даёт. [7] Его масса оказалось значительно меньше критической плотности. Молекулярный газ дал плотность rН I < 10-35 г/см3, а ионизованный rH I I < 10-29 г/см3., что явно недостаточно для объяснения проблемы скрытой массы. Ещё одной гипотезой считалось существование «массивных корон слабосветящихся объектов», которыми могут быть короны вокруг галактик, состоящие из карликовых звёзд и которые «должны влиять на движение карликовых галактик-спутников основной галактики». Именно по этому влиянию их и пытаются обнаружить.[8] Эта гипотеза, однако, не имеет за собой больших оснований, так как если даже такие короны и имеют большие массы, они всё же менее перспективны, чем другие теории, которые мы рассмотрим ниже.
А такими теориями являются космические лучи, струны, гравитационные волны, нейтронные звёзды, чёрные дыры, а также нейтрино. Весьма популярна гипотеза, «согласно которой роль тёмной материи играют гипотетические частицы WIMP’ы (Weakly Interacting Particles)- слабо взаимодействующие частицы с массами в гигаэлектронвольты и выше. К числу WIMP’ов относят гипотетические тяжёлые нестабильные нейтрино, суперсимметричные частицы- фотино, нейтралино и т.д.» «WIMP’ы надеются обнаружить по излучению гамма-фотонов и других частиц при их аннигиляции с соответствующими античастицами. Другой путь-наблюдение пусть и очень редких актов соударения с частицами обычного вещества. Весьма изящна идея о возможности сгущения WIMP’ов в некие рыхлые квазизвёзды, которые можно, в принципе, выявить при микролинзировании».[9] На мой взгляд, WIMP’ы являются лишь ещё одной логической возможностью реализации уже получившей подтверждение идеи о нейтрино, так как в их основе лежит вариация «гипотетических тяжёлых нестабильных нейтрино», а также других не менее гипотетических «суперсимметричных фотино, нейтралино и т.д.» Данный методологический разброс мне представляется не совсем удачным, потому как реализация на практике столь большой комбинации фактически одной и той же элементарной частицы может привести к не совсем корректной интерпретации уже полученных экспериментальных данных, тем более, что для обнаружения «пусть и очень редких актов соударения с частицами обычного вещества» требуются сверхчувствительные и сверхмощные детекторы, наподобие тех, которые были использованы для регистрации нейтрино, а это, в свою очередь требует совсем иных методов исследования. Если же говорить о других теориях, в частности, космических лучах, то они, согласно наблюдениям, имеют плотность «не более 10-35 г/см3, то есть очень малую». Гравитационные волны также не вносят решающего вклада в проблему, а вот нейтрино могут существенно прояснить и без того сложную проблему скрытой массы и объяснить нам этот мировоззренчески важный вопрос. Но, рассуждая о проблеме скрытой массы, вполне мне кажутся естественными и небезосновательными вопросы уже некого философского плана, характера риторического и довольно сложного. Так, на пример, вполне закономерно задаться вопросом «а откуда взялась тёмная материя? Почему вообще она существует? Какую роль она играет в существовании и взаимодействии всех видов вещества: от элементарных частиц до сверхскоплений галактик?» Ответы на этот вопрос, на мой взгляд, ещё более сложны, даже чем вопросы обоснования тёмной материи как таковой. При попытке сделать их следует, как мне лично кажется уходить в сторону неклассической (наподобие квантовой и вакуумной) космологии, в сторону неортодоксальных теорий и гипотез. Такими оригинальными, романтическими, как сказал бы Акбар Турсунов, теориями являются различные идеи, предложенные за последнее время. Вот только некоторые из них: 1)антропный принцип (в виде тонкой подгонки); 2)квантовое поле, «пронизывающее всё пространство» (квинтэссенция)»; 3) «модифицированная ньютоновская динамика» (в основе отказ (!) от всемирного тяготения); 4)разные размерности пространства-времени («тёмная энергия проникает в видимый мир из скрытых от нас измерений».)[10] Конечно все они являются по-своему интересными, но, на пример, отказ от теории всемирного тяготения выглядит более чем странным и даже парадоксальным, а проникновение тёмной энергии «из других измерений» вообще не поддаётся всякой логике. Как такая энергия может проникать из параллельных измерений (других вселенных, иначе) если каждое такое измерение ограничено собственным горизонтом событий или доменными стенками, которые собственно и отделяют нашу Метагалактику от других, сосуществующих в Большом Космосе? Но всё же сам факт того, что мы начали задумываться и искать ответы на вопрос «откуда взялась скрытая масса?» говорит о многом. И, прежде всего о гносеологическом прогрессе нашего знания об окружающем пространстве. О том, что мы (как отмечал И.Розенталь) не удовлетворяемся простым изысканием понимания как устроен Мир, а пытаемся понять, почему он устроен именно так, а не иначе. Данный вопрос всегда должен возникать у нас, так как именно он свидетельствует о нашем правильном и необходимом логико-методологическом росте, который всегда необходим нам и который является подлинным гидом в океане познания величественного Универсума, в котором мы имеем счастье находиться.
Нейтринный Мир.
Переходя к рассмотрению «нейтринной части» данной работы, хотелось бы прежде рассказать о том, что же такое нейтрино и его историю вхождения в науку.
Эта таинственная и неуловимая частица, так её обычно называют исследователи, «была буквально «придумана» в 1931 г. немецким физиком Вольфганом Паули, чтобы объяснить парадоксы, обнаруженные при экспериментальном исследовании бета-распада (в этой реакции протон р превращается в нейтрон n с испусканием электронов е-- бета-лучей.) Часть энергии при распаде исчезала бесследно, и вдобавок наблюдалось не сохранение спина частиц. В.Паули предположил, что недостающую энергию уносит некая частица, которую невозможно обнаружить в принципе: n®p+e-+ne (впоследствии её назвали электронным нейтрино.)»[11] Через несколько лет открытие было экспериментально подтверждено российскими физиками (А.Лйпунским, А.Алихановым, А.Алиханян), но это было лишь весьма робкое, не достаточно обоснованное подтверждение. Время шло и 14 июня 1956 г. Фредерик Рейнес «детектировал нейтрино». «Команда Рейнеса получила первый результат ещё в 1953 г., но три года группа тщательно проверяла собственное открытие более совершенным детектором и более мощным источником».[12] Другим экспериментом по нахождению неуловимой частицы стали опыты Р.Девиса, в котором «детектором нейтрино стал бак, заполненный 615 тоннами тетрахлорэтилена. Детектор был установлен на дне заброшенной шахты, чтобы толща Земли задерживала все прилетающие частицы, кроме нейтрино, имеющих огромную проникающую способность. Атомы хлора, реагируя с нейтрино, превращались в атомы аргона».[13] Смысл данного блистательного эксперимента, который продолжался целых 30 лет, был в том, чтобы по его окончанию обнаружить превратившиеся атомы аргона. И действительно, в 1994 году (время окончания эксперимента) было обнаружено 2000 атомов аргона. Таким образом было ещё точнее и убедительнее доказано существование нейтрино. По мере развития физики элементарных частиц и в частности нейтринных исследований стал очевидным тот факт, что помимо электронного нейтрино в природе должны существовать и его разновидности, которые проявляются в ходе определённых реакций. Так было установлено, что имеется, по крайней мере, три «сорта» нейтрино, а именно: электронное нейтрино nе, мюонное nm и таонное, то есть тау-нейтрино nt. При этом первое появляется «только вместе с позитроном», мюонное с «положительным мюоном, а таонное с положительным тау-мизоном (таоном.)» Здесь надо заметить, что «нейтрино обладают высокой проникающей способностью и регистрировать их невероятно трудно. Поэтому может существовать и 4 тип нейтрино-так называемые стерильные нейтрино, которые реагируют с веществом ещё слабее, и обнаружить их, поэтому несравненно труднее».[14] Дальнейшие исследования новых типов нейтрино установили, что электронные нейтрино исходят от Солнца и поэтому называются ещё солнечными нейтрино. Они возникают при термоядерных реакциях в его недрах, которые «хорошо описывает так называемая Стандартная солнечная модель». С ней связан один очень важный момент, повлиявший затем на все последующие исследования нейтрино. На нём следовало бы остановиться подробнее. Дело в том, что поток нейтрино, испускаемый Солнцем по аналогии с солнечным ветром, представляющим собой поток заряженных частиц и влияющий на магнитосферу Земли, ведёт себя почти также. Он, как и солнечный ветер, достигает нашей планеты и детектируется земными приборами. Но в соответствии с СМС (Стандартная модель Солнца) поток должен иметь достаточно большую силу, согласно же исследованиям поток этот гораздо слабее, чем следует из теории. Тут, следовательно, возникает естественный вопрос насчёт правильности самой солнечной модели, но в её верности сомнений никаких нет (а это проверено многолетним практическим и теоретическим опытом), а значит что-то не так с самими нейтрино, а не с СМС. Единственным возможным ответом на это несоответствие, названное дефицитом солнечных нейтрино (и надо заметить, давно и с успехом решённое), является предположение о том, что нейтрино «по пути от Солнца меняют «сорт», превращаясь в мюонные». Такой процесс был назван осцилляцией (не путать с периодическими пульсациями закрытой модели Метагалактики) и заключается в превращении различных видов нейтрино, на пример, электронные в тау-нейтрино (как это и имеет место с Солнцем) или таонные в мюонные. Но это противоречило мнению о том, что нейтрино массы не имеет, поэтому исследователи усиленно принялись искать эту массу, хотя прежде требовалось доказать наличие нейтринных осцилляций как таковых. Поистине революционные достижения в этом направлении сделали японские физики, которые на своих детекторах доказали наличие у нейтрино осцилляций, а, следовательно, и массы. Но здесь нельзя не упомянуть о тех исследованиях, которыми занимались наши физики и космологи в области нахождения массы покоя у нейтрино. Так «ещё в 1966 году физики С.Герштейн и Я.Зельдович рассмотрели вопрос о том, как бы сказалась значительная масса покоя у нейтрино на расширении всей Вселенной».[15] «До 1980 года, известны были лишь верхние пределы массы нейтрино различного типа. Лабораторные опыты по распаду трития давали для массы покоя электронного нейтрино верхний предел mc2 <60 или 40эВ, т.е. m <10-4 me~10-31г., а тау-нейтрино меньше 500 миллионов электронвольт».[16] Также «в институте теоретической и экспериментальной физики В.А.Любимов, Е.Г.Новиков, В.З.Нозик, Е.Ф.Третьяков и В.С.Козик провели новое более точное исследование распада трития и пришли к выводу, что электронное нейтрино с большей вероятностью имеет массу покоя в пределах между 15 и 45 эВ».[17] При этом наиболее вероятное значение массы по этим экспериментам составляло mon~5´10-32г., то есть 97% массы всей Вселенной. Вообще, конечно, следует сказать, что впервые эксперимент по определению массы нейтрино был выполнен в 1948 г. Б.Понтекорво, итальянским физиком, работавшим с 1950 г. в СССР. По его данным масса нейтрино была mn<1200 эВ., а самый низкий предел был меньше 4,5 эВ. Но возвращаемся к японским экспериментам по определению массы нейтрино.
Эксперименты эти начались в 1987 г., когда «Масатоши Кошиба сконструировал нейтринный детектор в вид огромной ёмкости, заполненной сверхчистой водой и оснащённый несколькими тысячами фотоприёмников. Они регистрируют световые вспышки (излучение Вавилова-Черенкова), которые вызывают в воде приходящие нейтрино».[18] Этот детектор был назван Kamiokande, на котором М.Кошиба «наблюдал нейтринную вспышку, пришедшую из Магелланова облака». В 1996 г. в Японии был сконструирован новый, улучшенный детектор, который был больше и чувствительнее первого и назывался SuperKamiokande, на котором уже точно было установлено, что нейтрино испытывают осцилляции. Позже это было подтверждено на других установках. Результаты этого сенсационного эксперимента были в том, что японские физики в 1998 г. «зарегистрировали 47 тыс. следов нейтрино разных типов. На пути в 13 тыс. км. сквозь толщу Земли часть электронных и мюонных нейтрино превратилась в нейтрино другого типа (возможно-стерильные), которые детектор не зарегистрировал.»[19] Эти наблюдения окончательно подтвердили существование осцилляций, а значит и ненулевой массы нейтрино. За это открытие в 2002 году Р.Девис, М.Кошиба и Р.Джаконни были удостоены нобелевской премии по физике как «за выдающийся вклад в астрофизику». Надо заметить, что Джаконни получил премию за исследования в области рентгеновского излучения Вселенной. Если говорить о других экспериментах подобного рода, то можно упомянуть об измерениях обсерватории в Садбери, которые также подтвердили наличие осцилляций у нейтрино. Их работа была начата в 1999 г. Следует, однако, сказать, что наблюдения на нейтринной обсерватории в Садбери (SNO), штат Онтарио проводились несколько иным путём. Регистрация на ней велась следующим образом. «Взаимодействуя с ядром дейтерия, нейтрино превращает нейтрон в протон и электрон высокой энергии. Ядро распадается, а электрон движется в воде со сверхсветовой скоростью, порождая излучение Вавилова-Черенкова. Это излучение и принимает система фотоумножителей».[20] Таким образом, было доказано, что масса у нейтрино хотя и небольшая, но всё же присутствует. А по современным оценкам плотность нейтрино в нашей Метагалактике составляет до (!) 500 нейтрино в одном кубическом сантиметре, то есть почти столько же, сколько и фотонов! (По разным оценкам от 300-350 до 500 штук в см3.) Поэтому мы с полной уверенностью можем говорить, что мы живём не только в фотонной, но и в нейтринной Вселенной. «Несмотря на ничтожно малую массу каждой частицы, в сумме они оказываются главной составной частью массы материи во Вселенной».[21] Плотность нейтрино в 30 раз больше плотности обычного вещества, а «плотность только реликтовых электронных нейтрино примерно равна критической плотности: rn»10-29 г/см3»rкрит».[22] Учитывая ещё и другие «сорта» нейтрино, масса покоя которых не меньше массы электронного вида, плотность их оказывается ещё больше. Кроме того, нейтрино должны быть скучены в так называемые нейтринные облака, масса которых Мнейтр. облаков»r13´rn»1015М·. Значит «к нашему времени в пространстве должна возникнуть ячеистая структура невидимых нейтринных облаков».[23] Хотелось бы также сказать, что без нейтрино вообще не было бы нас с вами, так как «первая необходимая термоядерная реакция для выработки Солнцем энергией - это слияние двух протонов с образованием ядра дейтерия - возможна только с рождением нейтрино: р + р®D+e++n».[24] В этом смысле любопытно поразмышлять о нейтрино как об одной из фундаментальных постоянных (тут следует оговориться, что проводится лишь аналогия с такими постоянными, само нейтрино, понятно, не является константой), необходимых для возникновения жизни. Как известно, требуется очень тонкая подгонка ряда численных величин, в результате которой сходятся все численные значения таких величин, и возникает жизнь. Быть может нейтрино и является одной из главных частиц, которая ответственна за наше существование в этом Мире. Эти вопросы, однако, составляют уже часть самого антропного принципа, который нуждается в более предметном рассмотрении, наша же задача здесь носит не много другой характер. Но, на мой взгляд, о мировоззренческом значении нейтрино в науке и о социальном его значении в жизни человечества говорить не стоит, так как значение это очевидно. Ведь кроме главнейшей функции-функции космологического моделирования, «нейтрино значительно меняет картину гравитационной неустойчивости» и, таким образом, влияет на образование «первоначальных сгущений, которые обычно отождествляются с характерной структурной единицей Вселенной-скоплением галактик».[25]
То есть представляется возможность говорить о принципиальной роли нейтрино в образовании галактик, а это может пролить свет на один из сложнейших вопросов о том, как в нашей Метагалактики образовались столь сложные самоорганизованные структуры подобные галактикам и скоплениям галактик. Напомню, что на этот счёт, как известно, в 1972 году Я.Зельдович и Р.Сюняев высказали предположение, что газ молодой Вселенной не сразу компактифицировался в звёзды и галактики. Вместо этого, массивные флуктуации в общем распределении материи и газа увеличивались в ответ на гравитационное притяжение и в конце концов газ стал достаточно плотным для того, чтобы сконденсироваться в обширные пространства материи, которые будут иметь «форму двумерных «блинов», которые затем сформировались в галактики.[26] Данная теория носит название адиабатической, а нейтрино могут дать ей новое, основывающееся не только на «гравитационной неустойчивости» объяснение. Роль нейтрино состоит также и в «объяснении очень малой наблюдаемой величины флуктуаций реликтового излучения и высокого содержания дейтерия в некоторых областях Вселенной».[27]
Однако нельзя не упомянуть о том, что о принципиальном вкладе нейтрино в тёмную материю говорят не все исследователи. Академик Виталий Гинзбург, на пример, высказывается за незначительную роль нейтрино в разрешении вопроса о скрытой массе, говоря о том, что согласно нейтринным осцилляциям, масса всех нейтрино не больше 2-3 эВ. «Это верхний предел, масса нейтрино может оказаться значительно меньше». [28] Главная роль нейтрино, по мнению Гинзбурга, в разрешении «загадки нейтринного излучения Солнца» и, соответственно, в сохранении действующей СМС. По моему мнению, роль нейтрино и вклад его в тёмную материю В. Гинзбургом сильно занижен. Оценки в 2-3 эВ отнюдь не являются «верхними». Они как минимум составляют 5 эВ, что уже очень существенно. С большей вероятностью, всё же следует предполагать, что масса одних только мюонных нейтрино mnm ~ 10 эВ., массы остальных видов нейтрино лежат в пределах от 10-5 до 10-3 эВ (по данным SNO-Sudbery Neutrino Observatory.) А при таких значениях «масса покоя имеет огромное значение для космологии. Плотность же нейтринного газа при средней массе покоя в 10 эВ для нейтрино всех видов равна 10-29 г/см3. Это в 10000 раз больше плотности излучения!»[29] Поэтому, на мой взгляд, да и не только на мой, говорить о небольшой роли нейтрино во Вселенной в наше время не совсем актуально.
Возможна ли закрытая модель без нейтрино?
Что касается этой теоретической возможности, то закрытая Вселенная без учёта нейтрино вполне реальна. Конечно, нейтрино вносит решающий вклад в вопросы космологического моделирования, но даже без него в нашей Метагалактике может реализовываться закрытый вариант.
Методологически неправильно будет говорить об осциллирующей Вселенной, не обсудив тех теоретических (и, надо заметить, вполне конкретных) трудностей, которая она испытывает. Поэтому переходим к их обнародованию.
Основной такой трудностью является в осциллирующей Вселенной понятие энтропии, то есть меры беспорядка в системе. А дело вот в чём. Согласно второму началу термодинамики, которое оперирует дефиницией энтропии, последняя во Вселенной всегда должна расти, она не может уменьшаться. Она не уменьшается даже при прохождении через сингулярность. А если энтропия постоянно растёт, то каждый цикл осциллирующей Вселенной будет полностью отличным от других. Ещё Р.Толмен показал, что в результате константного роста энтропии максимальный радиус Вселенной постоянно увеличивается. Промежуток времени между двумя «соседними» сингулярностями будет всё возрастать. Это значит, что бесконечное число циклов просто невозможно, то есть Вселенная в таком случае не может существовать вечно, потому, как «энтропия бы стала бесконечно большой». Из всего сказанного ясно, что энтропия, казалось бы, ставит развитие осциллирующей Вселенной в тупик. Но не всё так безнадёжно. Ключ к разгадке проблемы энтропийного роста кроется как раз в моменте прохождения Вселенной через бесконечно большую плотность-сингулярность другими словами. При этом допускается, что в ней меняются все свойства Вселенной: «и фундаментальные константы природы и свойства элементарных частиц, и даже сами физические законы, в том числе и энтропия». А если энтропия остаётся неизменной или (что ещё лучше) уменьшается, то остаются неизменными и циклы осцилляции Вселенной и вечное её существование сохраняется. Такие гипотетические возможности разрабатываются в работах И.Розенталя, Дж.Уилера, М.Маркова и др.
В случае возникновения Вселенной из вакуума также больший шанс на возникновение имеют именно закрытые вселенные. Кстати, тонкая подгонка всех фундаментальных постоянных может также влиять на появление закрытых метагалактик.
Последнее, что хотелось бы упомянуть в этой связи, это одна из самых важных характеристик космологической модели - параметр ускорения q. Он по современным оценкам близок к 1. Как известно, если параметр ускорения q < 0 реализуется открытая модель, если q > 0 - закрытая. Как видим, даже без нейтрино существует множество доказательств закрытой модели нашей Метагалактики. Но, конечно, лидирующим среди них остаётся нейтрино, именно эта таинственная частичка, так долго скрывавшая от исследователей своё истинное лицо, предопределяет развитие той части Большой Вселенной, где мы находимся. Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и другие не менее интересные, и что самое главное вполне реальные возможности реализации закрытой модели нашей Вселенной.
Нам осталось только подвести итоги. А они таковы, что открытия и исследования последних лет, начавшиеся ещё более полутора веков назад в связи с появлением новой компоненты в виде нейтрино в мире физики элементарных частиц, в корне перевернули наше представление об окружающем Мире. Те указания на то, что мы живём всё-таки в закрытой Вселенной, которые были представлены крупнейшими учёными многие десятилетия назад получили, наконец, долгожданное подтверждение. Такая маленькая, что её даже трудно уловить чувствительнейшими детекторами, нейтрино предопределяет наше будущее, проливает свет на далёкое прошлое и влияет на настоящее. Проблема скрытой массы, также ведущая начало с далёких тридцатых годов также начала проясниваться. И конечно те огромные далеко идущие, глобального, масштабного характера перспективы, которые открываются перед нами в свете открытий современной науки. А они возможно гораздо более грандиозные, чем мы можем сегодня себе представить.
Во-первых, это дальнейшее развитие проблемы плюралистической Вселенной, которая давно ждёт своего продолжения. В связи с открытием массы покоя у нейтрино, у ней появляются новые решения и загадки одновременно. Так, на пример, интересно было бы узнать, как сосуществуют многочисленные вселенные, не каждая из которых обладает закрытой структурой; или по-новому взглянуть на проблему границ в такой Вселенной; или же посмотреть на осуществление фазовых переходов в закрытой Вселенной и вообще в том мегапространстве, в котором они происходят и т.д.
Во-вторых, проблема сингулярности и вообще начальных условий эволюции и судьбы Вселенной в будущем. Очевидно, что нейтрино заставляет нас по-иному посмотреть в первую очередь на философскую экспликацию данных понятий. Труднейшая проблема сингулярности, возможно, поможет нам ответить, «что же было до момента t=0?» и объяснит возникновение нашей Метагалактики.
В-третьих, вопросы, касающиеся антропного принципа и в частности тонкой подгонки «ряда численных величин физических констант», а также уникальности циклов Вселенной, каждый из которых не похож друг на друга, а, следовательно, и не каждый способен к возникновению в нём жизни.
В-четвёртых, проблемы конечности-бесконечности пространства, уже давно занимающие всё мировое сообщество и включающие в себя такие базовые ориентиры ценностных и концептуальных космологических проблем, как логико-методологическая и гносеологическая интерпретация подходов к обоснованию проблемы конечности-бесконечности, а также неисчерпаемости, но конечности Мира, связанные с ними (по мнению М.Маркова) вопросы «глубокого единения микрокосма и мегакосма, элементарной частицы и Вселенной в целом».[30]
И, наконец, в-пятых, нейтрино, как мне кажется, даёт новый взгляд на старую проблему-проблему времени, а точнее новый «подход к концептуальному обоснованию времени»[31], а именно подход «локально-физический и глобально-космологический», в том числе совсем по-другому трактует вопросы обратимости-необратимости, а также стрелы времени. Нейтрино, возможно, даст нам новое понимание понятий порядка-беспорядка (с учётом закрытой системы), а также вопросов течения времени в нашей и сосуществующих в ней вселенных.
Вот далеко не полный перечень тех проблем, которые получат новое трактование или даже станут революционными в науке. Спектр перечисленных выше вопросов гораздо шире и многообразнее, но вот это, на взгляд автора, основные темы, которые будут и должны разрабатываться в связи с революционным открытием массы покоя у нейтрино, которая и разрешает проблему скрытой материи и даёт надежды прояснить ситуацию вокруг выбора соответствующей космологической модели нашей Вселенной.
Список литературы.
1. Климишин А.И. Релятивистская астрономия. М.: Наука, 1989, стр.195.
2. Там же, стр. 196.
3. Линде А. Раздувающаяся Вселенная // Наука и жизнь, 1985, №8, стр. 27
