Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Наконец весной 1980 года группа сотрудников Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР, руководимая В. Любимовым и Е. Третьяковым, опубликовала результаты многолетних наблюдений. Они с большой достоверностью свидетельствуют о том, что нейтрино, рождающиеся вместе с электронами или позитронами, действительно имеют массу покоя. Их масса оценена приблизительно в 6– 10^-32 грамма — примерно в 200 раз больше, чем средняя плотность массы, обусловленной движением всех нейтрино, пролетающих ежесекундно через объем, равный одному кубическому сантиметру, если по-прежнему считать, что нейтрино лишены массы покоя. Величина массы покоя нейтрино еще подлежит уточнению. Опыты очень сложны. Но сам факт, по-видимому, установлен надежно.

Физики знают, что, кроме электронных нейтрино, существует еще два сорта нейтрино. Уже появились сообщения об измерениях, показавших, что и их массы покоя отличны от нуля.

Это значит, что нейтрино движутся со скоростями, меньшими скорости света, что скорости реликтовых нейтрино уменьшаются по мере расширения Вселенной.

Все это играет большую роль в эволюции Вселенной.

Советские физики С. Герштейн и Зельдович еще в 1966 году, исходя из мнения о том, что нейтрино могут иметь массу покоя, обсуждали вопрос о том, как это проявилось бы в эволюции Вселенной. После 1980 года обсуждение этого вопроса опирается на опытный факт.

Роль нейтрино оказывается решающей, несмотря на то что масса нейтрино в 4 10⁷ раз меньше массы протона. Но во Вселенной в среднем их в 109 раз больше, чем протонов. Мы говорим «в среднем», потому что протоны сосредоточены главным образом в небесных телах, а нейтрино рассеяны по всей Вселенной, хотя и не равномерно.

Расчет, основанный на этих двух цифрах, показывает, что общая масса всех нейтрино в 10–30 раз превышает общую массу всего остального вещества. Так решилась загадка скрытой массы, которую мы обсуждали выше. Это значит, что сила тяготения, гравитация, обусловленная нейтрино, играет основную роль при расширении Вселенной, тормозя его. Нейтрино доминируют в расширении Вселенной потому, что масса, скрытая в остальном веществе, составляет от 3 до 10 процентов общей массы. Это лишь примесь к главной массе — совокупной массе нейтрино.

Можно считать случайным, что вычисление средней плотности массы нейтрино дает приблизительно 10^-29 грамма на кубический сантиметр. Эта величина многозначительна — она совпадает с критической плотностью, определяющей судьбу Вселенной Фридмана — Эйнштейна. Но нельзя отмахнуться от того, что именно к этой величине приводят все современные варианты сценариев эволюции Вселенной. Уточнение величины массы всех трех сортов нейтрино решит вопрос о том, будет ли Вселенная расширяться вечно. Или гравитация совокупной массы нейтрино через миллиарды лет остановит ее расширение и превратит его в последующее сжатие, а это закончится грандиозным коллапсом — Вселенная вновь сосредоточится в ничтожном начальном объеме.

Теперь мы готовы вместе с учеными проследить за ходом эволюции Вселенной после того, как она стала прозрачной для реликтового излучения. После этого рубежа должны были сформироваться галактики и звезды. Но ученые не могли продвинуться за этот рубеж столь же уверенно, как они подошли к нему, все более удаляясь от Большого взрыва. Самые современные сценарии требовали искусственных предположений для того, чтобы избежать противоречий с наблюдениями астрофизиков.

Прежде чем продвигаться вперед, ученые должны были привести в порядок тылы. Пересмотреть сценарий эволюции Вселенной, составленный тогда, когда авторы сценария считали нейтрино лишенными массы покоя и движущимися всегда со скоростью света.

ГЛАВА 8 ОТ НАСТОЯЩЕГО К БУДУЩЕМУ

Где начало того конца, которым оканчивается начало?

Козьма Прутков

Смена ролей

Вспомним начало существования Вселенной — сверхгорячая плазма, в которой постоянно рождались и аннигилировали все известные и еще не известные частицы. В то время плотность массы этого конгломерата частиц была больше плотности ложного вакуума. Затем, в ходе фридмановского расширения, когда объем Вселенной быстро увеличивался, средняя плотность массы этих частиц стала меньше плотности ложного вакуума. И его внутреннее давление, преодолевая тяготение вещества, заставляет Вселенную расширяться во все ускоряющемся темпе, не менее чем в 1050 раз. При этом исходное вещество, распределившись по этому огромному объему, перестало играть роль в дальнейшей эволюции.

Все детали раннего периода эволюции Вселенной «забылись». Дальнейшая эволюция Вселенной не зависит от начальных условий. Космология окончательно освободилась от ссылок на акт божественного творения.