Новая занимательная астрономия

Среди двухсот с лишним элементарных частиц, известных современным физикам, есть удивительная частица нейтрино. Согласно существовавшим длительное время теоретическим представлениям, эта частица лишена так называемой массы покоя — она всегда движется со скоростью, в точности равной скорости света. Однако с другой стороны, теория не накладывала никаких запретов и на возможность существования у нейтрино массы, отличной от нуля. Это обстоятельство и побудило группу ученых в Институте теоретической и экспериментальной физики АН СССР провести ряд экспериментов по выяснению действительной величины массы так называемых электронных нейтрино. Результат, пока правда предварительный, оказался в какой-то мере сенсационным: ученые пришли к выводу, что масса нейтрино не равна нулю, а составляет в энергетических единицах от 14 до 16 электрон-вольт. Масса не столь большая — в пределах от одной тридцатитысячной до одной десятитысячной массы электрона, но сам факт ее существования, если он подтвердится, повлечет за собой весьма серьезные последствия для наших представлений о Вселенной…

Одной из актуальных проблем современной астрономии является проблема внутрисолнечной и внутризвездной энергии. До недавнего времени считалось, что источником этой энергии являются термоядерные реакции синтеза гелия из водорода. И это представление настолько устоялось, что считалось одной из бесспорных идей современной астрофизики. И вдруг — сомнение!..

Мы уже говорили о том, что если в недрах нашего дневного светила действительно протекает термоядерная реакция, там должны рождаться нейтрино. Благодаря колоссальной проникающей способности, которой обладают эти частицы, весьма слабо взаимодействующие с веществом, они будут свободно „вырываться“ в околосолнечное пространство и определенная их часть достигнет Земли. Была построена специальная установка для регистрации солнечных нейтрино и проводились наблюдения. Однако результат был в высшей степени неожиданным: поток нейтрино оказался в несколько раз меньше предсказываемого теорией. Как отмечалось выше, для объяснения этого явления был предложен ряд гипотез, вплоть до предположения о том, что основным источником энергии Солнца и звезд служат не термоядерные реакции, а какие-то иные, быть может еще неизвестные нам физические процессы. Вопрос до сих пор остается открытым.

Но если подтвердится наличие у нейтрино конечной массы — откроется еще одна возможность объяснения отрицательного результата экспериментов по регистрации солнечных нейтрино. Дело в том, что в природе существуют нейтрино трех различных типов. Как полагают теоретики, нейтрино одного типа, с массой, отличной от нуля, могут самопроизвольно превращаться в нейтрино другого типа. Поэтому можно представить себе такую картину: те нейтрино, которые рождаются в недрах Солнца и для регистрации которых предназначены современные детекторы, по пути к Земле могут переходить в нейтрино, которые этими детекторами не регистрируются.

Наличие конечной массы у нейтрино внесет весьма существенные изменения и в существующие космологические представления. Как известно, геометрические свойства нашей Вселенной весьма тесным образом связаны со средней плотностью массы. Если эта плотность больше некоторой критической величины, составляющей примерно 10^-29 г/см³, то пространство Вселенной замкнуто и конечно. В соответствии с существовавшими до настоящего времени астрофизическими данными реальная средняя плотность оценивалась ниже критического значения. Нейтрино могут внести в эту оценку весьма заметную поправку. Согласно имеющимся данным, на каждый протон, существующий во Вселенной (о протонах речь идет постольку, поскольку водород является самым распространенным в природе химическим элементом), приходится около миллиарда нейтрино. Таким образом, если нейтрино действительно обладает конечной массой, то даже при условии, что эта масса в несколько десятков миллионов раз уступает массе протона, общая масса нейтрино во Вселенной примерно в 30 раз превосходит массу „обычного“ вещества! Может оказаться, что все звезды, планеты, туманности и галактики лишь ничтожная добавка к нейтринному фону Вселенной. А это, в свою очередь, будет означать, что средняя плотность массы намного превосходит критическую. И, следовательно, наша Вселенная — замкнута и конечна и ее расширение со временем (через многие миллиарды лет) должно смениться сжатием.