античастице — антифотону, и не существует различия между фотонами, излучаемыми атомами водорода и атомами антиводорода. Поэтому электромагитными измерениями нельзя отличить вещество от антивещества.

Можно попробовать оценить количество антивещества во Вселенной по энергии аннигиляции при столкновении атомов и антиатомов. Часть этой энергии аннигиляции уносят из Галактики фотоны и нейтрино, а другая часть (электроны и позитроны) удерживается магнитными полями и остается в ней. Эти частицы, сталкиваясь в дальнейшем с атомами или антиатомами, передают свою энергию межзвездному газу. По оценке средней плотности энергии в межзвездном пространстве Галактики можно получить верхний предел концентрации антивещества в межзвездном газе. Он оказался равным крайне малой величине порядка 10-7см-3.

Если бы удалось обнаружить хотя бы одно ядро антигелия, а еще лучше — антиуглерода, то это бы стало серьезным подтверждением гипотезы о существовании антимира. Однако вероятность возникновения антигелия за счет столкновения протонов космических лучей с веществом межзвездного газа пренебрежительно мала, меньше 10-11. В то же время если существуют антизвезды, то в них антиводород должен превращаться в антигелий, а затем а антиуглерод. К настоящему времени антиядер пока не зарегистрировано, хотя с большой уверенностью отрицать их присутствие в космическом газе нельзя.

Так как доля антивещества в межзвездном газе не может превышать 10-7 см-3, то звезды нашей Галактики состоят преиму-

167

щественно (а скорее всего, исключительно) из обычного вещества. К такому же выводу приводит и оценочный расчет отношения числа нуклонов к числу антинуклонов. Оно оказалось равным 108—1010. Последний результат получил название барионной асимметрии Вселенной. Из этих оценочных расчетов следует очень важный вывод, что в целом Вселенная изначально с момента БВ была асимметрична, что весьма существенно для физики возникающего и живого. Если же антигалактики предположительно существуют, то должен существовать механизм разделения вещества и антивещества в момент БВ, иначе они просто аннигилируют. Такой механизм пока нам не известен.

На основе последних данных показана возможность существования в нашей Вселенной областей размером порядка 30 кПк, содержащих звездные скопления из антиматерии.

Аннигиляция — это единственный процесс, в котором исчезают обе начальные частицы и вся их масса полностью переходит, например, в энергию излучения. Никакая другая реакция, используемая в энергетике, таким свойством не обладает. И при делении урана, и в процессах термоядерного синтеза в энергию превращается лишь небольшая часть массы покоя частиц, участвующих в реакции. Расчет энергии, выделяющейся на 1 г топлива, показывает, что аннигиляция вещества и антивещества дает 1014 Дж, деление урана 1011 Дж, сжигание угля 2,9 · 104 Дж. Поэтому аннигиляция антивещества с веществом дает в тысячу раз больше энергии, чем при делении такого же количества урана.

Если бы в нашем распоряжении была небольшая планета из антивещества и если бы умели извлечь эту энергию аннигиляции и перевести ее в электрическую, то все проблемы с энергетическим кризисом сразу отпали. Тогда для обеспечения Земли годовым запасом электроэнергии надо отколоть от такой антипланеты и подвергнуть аннигиляции кусок антивещества массой всего лишь 1000 кг. Сравните эти 1000 кг с сотнями миллионов тонн угля и нефти, которые добывают ежегодно, чтобы решить ту же самую задачу! Кроме того, антивещество было бы идеальным топливом еще и потому, что оно не загрязняло бы так окружающую среду, как нынешняя энергетика. Однако после аннигиляции в конечном счете остаются только γ кванты с высокой проникающей способностью.

168

6.8. Механизм образования и эволюции звезд

Рассмотрим теперь механизм зарождения и развития звезд, а также в связи с этим классификацию звезд и методы их наблюдения. Согласно гамовской модели БВ все элементы Вселенной образовались в результате термоядерных реакций. При гравитационной конденсации звезды из облака межзвездных газа и пыли высвобождается потенциальная энергия. Часть этой энергии расходуется на излучение, а остальная часть

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

преобразуется в кинетическую энергию конденсирующихся атомов, что повышает температуру звезды. При температурах Т~ 107 К и плотности ~100 г/см3 начинаются термоядерные реакции, которые могут идти в зависимости от первоначального состава межзвездной пыли и звезд по двум схемам, или цепочкам. Большинство звезд состоит в основном из водорода (60 — 90% по массе), гелия (10 — 40%) и тяжелых элементов (0,1

— 3%). Звезды, в состав которых входят кроме водорода и гелия тяжелые элементы, выброшенные при вспышках так называемых новых или взрывах сверхновых звезд, называются звездами населения I.

Новыми звезды называются так потому, что в древности полагали, что это действительно новые звезды и до взрыва их нельзя было видеть. На самом деле в некоторых звездах возникают неустойчивости, происходит извержение вещества в пространство, и светимость ее резко увеличивается. Частота извержений изменяется от нескольких месяцев до лет. У остальных звезд извержения бывают примерно раз в 1000 лет. Сверхновые звезды фактически связаны со взрывом массивной звезды, что бывает один раз в несколько столетий. Сейчас за 10 веков обнаружено 7 сверхновых звезд. Интенсивность излучения сверхновых звезд в 104 раз больше, чем у новых. Наше Солнце с 74% Н, 24% Не и 2% тяжелых элементов есть обычная звезда населения I. Звезды населения II образовались из первичного водорода и гелия и в основном содержат гораздо меньше остаточного материала других звезд. Они содержат много водорода, мало гелия и очень мало тяжелых элементов.

6.8.1.Протон-протонный цикл

Впервой термоядерной реакции, происходящей при конденсации из межзвездной пыли, участвует лишь водород. При достижении указанных температур и плотностей газа происходит

169

реакция слияния (присоединения) двух протонов в результате слабых

взаимодействий:

1Ή + 1Н -> 2D + е+ + ve,

где 2D — ядро дейтерия, е+ — позитрон, ve — электронное нейтрино.

Заметим, что мог бы образоваться изотоп 2Не, но его в природе не обнаружено. Как только в результате данной реакции образуется 2D, начинаются еще две дополнительные

реакции — первая:

2D + 1Н -> 3Не + γ,

и за ней вторая с участием двух ядер 3Не: 3Не + 3Не -> 21Н + 4Не.

Конечным результатом этой последовательности реакций, которая называется протонпротонной цепочкой или водородным циклом, является превращение четырех атомов водорода в одно ядро гелия (рис. 6.8).

Полная энергия, выделяющаяся при такой реакции, составляет 26,76 МэВ. Позитроны и кванты, возникающие в этих реакциях, поглощаются в центре звезды. Нейтрино из-за слабого

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.