Элементарные частицы и космология

 

С 70-х годов 20 в. на стыке космологии и физики элементарных частиц стало бурно развиваться научное направление, имеющее целью получить на основе астрономических данных важную информацию о фундаментальных частицах микромира. Такая возможность обусловлена существованием теории, рассматривающей эволюцию Вселенной как эволюцию материального мира, находившегося на ранней стадии развития в состоянии очень горячей плотной плазмы.

 

Космология позволяет делать выводы о частицах и процессах, которые находятся далеко за энергетическими пределами, доступными современным и будущим ускорителям. Ярким примером является оценка концентрации магнитных монополей – частиц, имеющих элементарный магнитный заряд. Существование этих частиц предсказывается моделями великого объединения. Их масса должна быть ~ 10¹⁶ ГэВ, так что ни сейчас, ни в обозримом будущем нет никакой надежды получить эти частицы в лаборатории, подобно тому, как получают, например, антипротоны, W^± – и Z°-6oзоны.

 

Единственная возможность обнаружить эти частицы состоит в поисках их среди реликтовых частиц. Теоретические ожидания для концентрации реликтовых монополей, полученные в рамках простейшей модели, противоречат существующим данным наблюдений. Это противоречие послужило одной из предпосылок для создания формулировки модели инфляционной Вселенной.

 

Взаимосвязь физики элементарных частиц и космологии особенно укрепилась в последнее время. Сейчас ни одна теоретическая модель взаимодействий элементарных частиц не может быть признанной, если она не согласуется с данными космологии. С другой стороны, методы физики элементарных частиц позволили решить ряд известных космологических проблем, таких, как проблемы барионной асимметрии Вселенной, однородности и изотропии, горизонта Вселенной, близости плотности вещества к критическому значению.

 

Чёрная дыра

 

Чёрная дыра – область пространства, в которой поле тяготения настолько сильно, что вторая космическая скорость для находящихся в этой области тел должна была бы превышать скорость света, т.е. из черной дыры ничто не может вылететь – ни излучение, ни частицы, ибо в природе ничто не может двигаться со скоростью, большей скорости света.

 

По современным представлениям, массивные звёзды, заканчивая свою эволюцию, могут в конце концов сжаться (сколлапсировать) и превратиться в черную дыру.

 

Если черная дыра возникает при сжатии невращающегося незаряженного тела, то её внешнее поле тяготения оказывается строго сферическим и зависящим только от полной массы тела. Все отклонения от сферичности в гравитационном поле при образовании черной дыры излучаются в виде гравитационных волн. Оставшееся поле не зависит от распределения массы внутри сжавшегося тела.

 

При образовании Черной дыры излучаются также все физические поля, кроме статического электричического поля (если коллапсирующее, тело было электрически заряженным). Если тело, образовавшее Черную дыру, вращалось, то вокруг черной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все тела вблизи черной дыры во вращательное движение вокруг неё. Это поле определяется помимо массы черной дыры только её полным моментом импульса. Поле тяготения вращающейся черной дыры называется полем Керра.