Альтернативная гипотеза светимости Солнца

04 октября 2013 г.

(Из лекции, прочитанной в Гатчинском Дворце молодёжи)

Солнце является ближайшей к нам звездой, и его светимость хорошо известна. Это примерно 2.4 1039 МэВ в секунду. Кажется, что это очень много. Но не надо забывать, что Солнце содержит около 1057 протонов. На каждый протон Солнца приходится около 10-18 МэВ/сек. Этой энергии достаточно для возникновения и поддержания жизни на Земле. И самое главное, нет никаких экспериментальных доказательств того, что за 3-5 миллиардов лет светимость Солнца заметно изменилась. Вероятнее всего, она оставалась неизменной.

Невозможность объяснения столь долгого существования неизменной светимости Солнца и послужило причиной отказа от первых объяснений его светимости за счет сжатия Солнца. Оказалось, что этой энергии хватило бы только на 10-20 миллионов лет. В 1939 году Бете предложил в качестве источника светимости Солнца ядерные реакции синтеза легких ядер из нуклонов. Так, четыре протона, объединившись, в конечном счете, дадут одно ядро гелия и еще около 25 МэВ в виде кинетической энергии продуктов. Но только половина этой энергии может быть использована в виде светимости Солнца. Другая половина унесется двумя нейтрино, которые при этом образуются.

Конечно, ядерные реакции синтеза легких ядер из нуклонов на Солнце, как и на Земле, идут. Но более внимательный анализ показывает, что получающийся и регистрируемый на Земле поток нейтрино не может обеспечить светимости Солнца. Есть еще какой то, нам не известный, источник этой светимости. Более того, эксперименты в Обсерватории Солнечной Динамики NASA, опубликованные летом 2012 года, показали, что поток плазмы под поверхностью Солнца примерно в 20 – 100 раз меньше, чем это ожидалось по Стандартной Солнечной Модели (ССМ). Согласно этой модели в центре Солнца горит водород и выделяется тепло. Оно с помощью конвекции, как у нас в комнате от батареи, распространяется к поверхности, где и излучается. Так вот, экспериментально показано, что этой конвекции и нет на Солнце. Нет печки, где тепло выделяется. Вся ССМ оказалась ошибочной.

Конечно, альтернативная гипотеза об источнике солнечного излучения появилась еще много лет тому назад. Так, в 1931 году встретились два великих ученых 20 века – Л. Ландау и Н. Бор. В результате этой встречи Л. Ландау опубликовал статью, в которой он пишет об идее Бора, смысл которой состоит в том, что на Солнце нарушается закон сохранения энергии (ЗСЭ). Ландау показал, что это происходит только в звездах с массой около полутора масс Солнца. В 1946 году Н. А. Козырев, астроном Пулковской Обсерватории, защитил докторскую диссертацию, в которой он показал, что на звездах не может быть никакого источника энергии, совместимого с наблюдаемой универсальной зависимостью светимости звезды от ее массы и радиуса. Эта диссертация была в 2005 году опубликована полностью в англоязычном журнале. Не много можно назвать таких диссертаций, что и говорит о ее научной ценности. Н. А. Козырев прямо пишет, что звезды - это машины, которые вырабатывают энергию «извне».

Ответ о том, как это происходит, был дан в статье английского теоретика С. Хокинга, посвященной светимости черных дыр (ЧД). Это своеобразные объекты, в которых сила гравитации столь велика, что свет не может их покинуть. Они взаимодействуют с нами только через гравитацию. Мы, в принципе, не можем узнать, есть ли там частицы, заряды, и, вообще, есть ли там время, и действуют ли там какие-либо физические законы, кроме законов общей теории относительности (ОТО). Черные дыры отделены от нас горизонтом событий. Это линия, пересекая которую, любые частицы как бы исчезают из нашего мира. Так вот, С. Хокинг показал, что если вблизи границы события случайно возникнет из вакуума пара частиц, то одна из них может пересечь горизонт событий, и она исчезнет, сделается не наблюдаемой. А другая останется, и нам будет казаться, что она возникла «извне». Вот эти-то квантовые флуктуации вакуума мы и наблюдаем в виде светимости Солнца.

Вопрос о существовании вакуумоподобной среды был рассмотрен Э. Б. Глинером, теоретиком из Физико-Технического Института АН СССР им. А. Ф. Иоффе, в его работе, опубликованной в 1965 году. Это то, что сегодня называют темной энергией. Он показал, что структура тензора энергии-импульса в ОТО не противоречит существованию макроскопической среды со свойствами вакуума. При сжатии ее и возникает состояние, подобное ЧД. В 1998 и 1999 годах двумя независимыми группами исследователей было показано, что наша Вселенная на больших расстояниях расширяется ускоренно. Чем дальше от нас, тем больше скорость разлета галактик. А именно это и должно было наблюдаться, если плотность темной энергии будет равна (7±1) 10-30 г/см3. Это в несколько раз больше плотности водорода во Вселенной. Таким образом, существование макроскопической среды со свойствами вакуума, или темной энергии, составляющей большую часть массы Вселенной, было экспериментально подтверждено. За эту работу Сол Перлмуттер, Брайн Шмидт и Адам Рис в 2011 году были удостоены Нобелевской Премии.

Мысль о том, что существует мир с числом измерений больше четырех, высказывается с начала прошлого века. И вот, наконец, с открытием квазикристаллов израильским ученым Д. Шехтманом, это впервые экспериментально подтверждено. Квазикристаллы нашли еще в 1940 году, на Алтае. Но структура их была не совместима с нашим миром. «Этого не может быть, потому что не может быть никогда», так было решено нашими кристалловедами, и появление этих кристаллов было объяснено внеземным происхождением. И вот Д. Шехтман их получает. Единственное объяснение этого наблюдения состоит в том, что они образуются на границе раздела нашего, четырехмерного мира, и другого, многомерного, мира. Только так и могут появиться квазикристаллы. В 2011 году Д. Шехтман за это открытие также получил Нобелевскую Премию.

Несколько слов о законе сохранения энергии. На самом деле, этот закон в нашем мире выполняется только как следствие инвариантности по отношению к сдвигу во времени. В нашем мире время абсолютно. Но в общей теории относительности нет абсолютного времени. Время зависит от окружающих тел и полей. Поэтому в ОТО нет закона сохранения энергии в привычной нам форме. Раньше мы знали, что и в микромире возможно нарушение ЗСЭ на очень короткое время. Значит, закон сохранения энергии справедлив только при определенных условиях. Но это нарушение ЗСЭ в общей теории относительности и в микромире не дает никакой надежды на создание «вечного двигателя» - периодически действующего устройства, единственным результатом которого было бы получение работы или тепла. Вернее, такое устройство должно быть сравнимо с Солнцем по размеру и массе. Для подобных, больших тел будут действовать совсем другие законы, очень не похожие на те, что действуют в нашей повседневной жизни. Но все эффекты производства энергии «извне» будут масштаба эффектов ОТО. Они будут малы. Солнце за 10 миллиардов лет, а это примерно возраст Вселенной, на один свой протон произведет энергии около одного МэВ-а, или, что-то около 0.001 доли массы покоя протона.

Возможно, что неизбежное осознание того факта, что на Солнце и на звездах нет никакого источника энергии, ничего там не горит, и они действительно ее вырабатывают, в будущем будет иметь и практические последствия. Как сказал М. Фарадей в ответ на вопрос о том, какая польза от того, что магнитная стрелка отклоняется вблизи проводника с током – «Это как ребенок, вырастет, узнаем». М. Фарадей открыл новое, не наблюдавшееся ранее, физическое явление. Это открытие фундаментальной физики. Никто не мог этого предвидеть, и, тем более, спланировать. Такие фундаментальные открытия делаются людьми, которыми движет только любопытство. Таким человеком и был М. Фарадей. Но что произошло дальше, относится уже не к фундаментальной, а к прикладной науке. Сотни, если не тысячи, ученых, инженеров и изобретателей работали над тем, чтобы открытие Фарадея вошло в нашу жизнь. Здесь уже возможно, и даже необходимо, планирование результатов. Наиболее ярко это видно на примере создания атомного оружия. Я не хочу сказать, что ученые, занятые в фундаментальной науке, чем-то лучше, если хотите, выше, ученых прикладной науки. Нет. Просто каждый должен делать то, что он может. И будь что будет. Практические последствия фундаментальных открытий непредсказуемы.

Ф. Г. ЛЕПЕХИН, ВНС ПИЯФ им. Б. П. Константинова

Гатчинская правда, № 108 (20402) от 24 сентября

Читайте также