lec02 (1113300), страница 3
Текст из файла (страница 3)
ТеперьВселенная прозрачна для излучения. Вещество начинаетдоминировать над излучениемОбозначения: n - нейтрон, p - протон, е- - электрон, е+ - позитрон, ν - нейтрино, ν– антинейтрино, D - дейтерий, Н - водород, Не - гелий.* Ю.Э.ПЕНИОНЖКЕВИЧ, Ядерная астрофизика, СОЖ, 1998, No 10, с. 68–76.Температура 3*109 ÷ 3*108 К , время - до 35 минут с момента Большого Взрыва,первичный синтез гелия:n+p→D+γD + n → 3H + γD + p → 3Hе + γD + D → 3H + p,D + D → 3Hе + n3H + p → 4Не + γ3Hе + n → 4Hе + γВ итоге получается 4Не / (Н + 4Не) ~ 22-28% (по массе)В звездах при температуре ниже 2*107 К, протон-протонный цикл синтеза гелия:p + p → D + e+ + ν7D + p → 3He + γ3He + 3He → 4He + 2 p3He + 4He → 7Be + γ7Be + e– → 7Li + ν7Li + p → 2 4Heсуммарный процесс 4 1H → 4He + 26,7 МэВ(1 эВ = 96,48 кДж/моль;1 МэВ = 96480000 кДж/моль)Каталитический CNO-цикл синтеза гелия:C + p → 13N + γN → 13C + e+ + ν13C + p → 14N + γ14N + p → 15O + γ15O → 15N + e+ + ν15N + p → 12C + 4He1213При температуре выше 108 К «горение» гелия (12C* - возбужденное ядро углерода):3 4He → 12C* + 7,274 МэВэнергия 12C* : 7,654 МэВ4He + 4He → 8Be*8Be* + 4He → 12C*12C + 4He → 16O + γПри температуре выше 5*108 К «горение» углерода, кислорода, неона и кремния:C + 12C → 20Ne + 4He + 4,62 МэВ12C + 12C → 23Na + p + 2,24 МэВ12C + 12C → 24Mg + γ - 2,60 МэВ12O + 16O → 28Si + 4He + 9,59 МэВ16O + 16O → 31P + p + 7,68 МэВ16O + 16O → 31Si + n + 1,45 МэВ16O + 16O → 30Si + 2 p + 0,39 МэВO + 16O → 24Mg + 2 4He - 0,39 МэВ16O + 16O → 27Al + 4He + p – 1,99 МэВ1616Горение неона характеризуется короткой стадией и заключается вфотодиссоциации 20Ne под действием высокоэнергетических γ-квантов с отрывом αчастицы.
Освободившиеся α-частицы взаимодействуют с неоном и другими ядрами дотех пор, пока не исчерпается запас неона.Si + 4He → 32S + γ32S + 4He → 36Ar + γ28Нерешенные проблемы:1) Каково массовое отношение углерода к кислороду после гелиевой вспышки (этоотношение чрезвычайно важно для дальнейшей эволюции массивных звезд)?2) Где именно протекает r-процесс (от англ. rapid – быстро) быстрого захватанейтронов?83) Какие нуклиды, обязанные протонным процессам, рождаются в различных эпизодахнуклеосинтеза?4) Каков относительный вклад сверхновых с коллапсирующим ядром, с одной стороны,и порожденных CO-взрывом, с другой, в образование железа и прочих тяжелыхэлементов?(энциклопедия Кругосветhttp://www.krugosvet.ru/articles/20/1002099/1002099a1.htm)Основные парадоксы существования планеты ЗемляДо сих пор не существует научной теории, объясняющей, откуда в земной корепоявился именно этот набор химических элементов.
Наука не может объяснить причинывозникновения именно такого материального мира, который нас окружает. Вотнекоторые примеры пределов научного знания о происхождении вещества:1. Из-за ничтожной разницы в массах протона (1,00797 а.е.м.) и нейтрона (1,00867а.е.м.) протон (ядро атома водорода) оказался стабильной частицей, а нейтрон –неустойчивой (вне атомного ядра) с периодом полураспада 11,7 мин (702 секунды) [21].Нейтрон распадается на протон p+, электрон e- и антинейтрино ν:no = p+ + e- + nПри самом незначительном уменьшении разницы масс протона и нейтрона протон сталбы нестабильным и вся картина мира изменилась бы. Не имеет научного объяснения иразличие масс протона и электрона в 1870 раз [22].2.
Согласно теории "Большого взрыва", на стадии первичного ядерного синтезапроцесс остановился на ядрах гелия. Вероятный состав ранней Вселенной: 22-28%гелия, остальное – водород (барионная материя). При этом барионная материя даваланичтожную часть массы, в основном обеспеченной фотонами (69%) и нейтрино (31%)[23].
Дальнейший нуклеосинтез был невозможен – избыточная энергия образующихсяядер вызывала их распад. Например, возбужденное ядро бериллия-8, которое образуетсяпри реакции:4He + 4He → 8Be* , способно жить в среднем только 10-17 с.Этим объясняется так называемая "щель масс" – отсутствие ядер с массами 5 и 8, ималое относительное содержание в земной коре лития-7, бериллия-9, бора-11, которыеобразовались позже как осколки синтеза тяжелых элементов. Содержание в коребериллия (2,6*10-4 г на тонну) примерно равно содержанию урана (2,4*10-4 г на тонну)[24].Ситуацию "спас" углерод-12. У него оказалось возможным существованиевозбужденного состояния ядра с энергией 7,654 МэВ, на 0,38 МэВ больше суммарнойэнергии, выделяющейся при объединении трех альфа-частиц.
Возможной реакциейобразования углерода-12 было бы слияние трех ядер гелия-4 (α-частицы) ввозбужденный углерод-12:4He + 4He + 4He → 12C*Это, однако, очень маловероятная реакция, так как в ней одновременно принимаютучастие три ядра. Затем были предложены другие процессы. Например, за короткоевремя жизни возбужденного ядра бериллия-8 вполне возможно его соударение (всего за10-21 с) с еще одной α-частицей:8Be* + 4He → 12C*Чтобы возбужденное ядро углерода-12 не распалось, у него должен существовать“разрешенный” резонансный энергетический уровень, соответствующий сумме энергийвсех реагирующих частиц (слева).
Этот необходимый для построения нашейматериальной Вселенной уровень оказался реально существующим. В результате вовторичном нуклеосинтезе (во вновь образовавшихся звездах) стал возможен синтез9углерода (при 100 млн Cо) и более тяжелых элементов. Такую возможность предсказалтеоретически английский астрофизик Ф.Хойл, а доказал экспериментально У.Фаулер(Нобелевская премия 1983 г.). Хойл был под большим впечатлением от своегопредсказания и позднее признавался [25]: “Ничто не поколебало мой атеизм сильнее, чемэто открытие”.Однако в звездах возможен равновесный синтез только элементов до железавключительно (при 4 млрд.Со), так как более тяжелые для образования ядер уже требуютзатрат энергии [26].3. Тяжелые и особенно радиоактивные элементы (уран) могли получиться тольков результате быстрого нейтронного захвата в сверхмощных потоках нейтронов,возможных при взрывах сверхновых звезд [27].
Возможность вклада взрывов сверхновыхв нуклеосинтез подтверждена обнаружением метеоритов с необычным изотопнымсоставом элементов. Изотопные аномалии состава некоторых метеоритов позволилиастрофизикам утверждать, что Солнечная система начала формироваться вскоре послеблизкого взрыва сверхновой [28].До сих пор не существует теории, удовлетворительно объясняющей, почему вСолнечной системе одновременно есть планеты типа Юпитера, состоящие из легкихэлементов, и Земля, содержащая достаточно много элементов с атомными массамиболее 60.Анализ современной космологии приводит к мысли о слишком уж большомколичестве "счастливых случайностей", позволивших возникнуть нашей планете ичеловеку на ней.
Вместо объяснения ученые предложили "антропный принцип" (отгреч. anthropos – человек). Он известен в двух формулировках. Согласно "слабому"антропному принципу, существует бесконечное число не связанных вселенных сбесконечным разнообразием физических констант. Среди них случайно возникла нашаВселенная, в которой соотношение фундаментальных параметров позволило появитьсяжизни и разуму, т.е.
"наблюдателю". Немецкий физик Петер Хегеле пишет [29]:“Слабый антропный принцип (в англоязычной литературе WAP) напоминает отом, что при разработке теорий следует изначально учитывать наблюдателя. Каждаякосмогоническая теория должна быть совместима с наличием наблюдателя. По крайнеймере со времени создания квантовой теории ученым стало понятно, что явления должнырассматриваться с учетом влияния на них наблюдателя (процесс измерения).Применительно к космическим теориям это означает, что не следует создавать теорий,вообще не допускающих существования наблюдателя.
WAP играет, таким образом, роль„фильтра" для возможных теорий.Решающее открытие состоит в том, что согласно сегодняшним представлениям оразвитии нашего Космоса этот фильтр почти ничего не пропускает! Если рассмотретьсовокупность мыслимых космосов, характеризующихся различными законами природы,различными константами и разнообразными граничными и начальными условиями, точасть из них, в которых могла возникнуть жизнь на основе углерода, будет исчезающемала.
Примеры тонких согласованностей показывают, в каких узких границах значенийконстант вообще возможна жизнь. ...Если для возникновения жизни были необходимы столь точные согласованности,может быть, жизнь не является все-таки малозначащим продуктом случая, апреднамеренна, запланированна? Может быть, в наблюдаемом развитии спрятаны“дизайн”, продуманный план и продуманные намерения? Или дизайнер?”"Сильный" антропный принцип утверждает, что наша Вселенная должна бытьименно такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции возник человек("наблюдатель") [30].
При этом не обсуждается, кому и почему "должна" нашаВселенная.Наблюдаемые тонкие согласованности физических констант нашей Вселеннойпринято объяснять в рамках по крайней мере четырех подходов:101. Взаимосвязь между тонкими согласованностями и возникновением жизникатегорически отрицается.2. Тонкая согласованность – в противоположность вышеизложенным аргументам– рассматривается как с необходимостью случившийся факт, не требующий дальнейшихобъяснений.3. Тонкие согласованности – это лишь свидетельство еще неоткрытыхзакономерностей и взаимосвязей.4. Тонкие согласованности рассматриваются как случайное совпадение и,следовательно, не требуют дальнейшего объяснения.Некоторые толкуют тонкие согласованности агностически: более глубокоеобоснование отсутствует, а может быть, оно и вообще не существует. Случайное неподчиняется никаким осмысленным взаимосвязям.
Следует ли с этим примириться?Достаточно ли действительно „случая и необходимости" для объяснения мира?Возможно также простое теистическое толкование: гениальный дизайнер, Богтворец, построил нашу Вселенную по своим планам таким образом, что в ней моглавозникнуть и сохраниться жизнь. Законы природы и константы имеют своей цельюсоздание условий, необходимых для жизни. Получается, что современные естественныенауки подтверждают Ветхий Завет:“Ибо так говорит Господь, сотворивший небеса, Он – Бог, образовавший землюи создавший ее; Он утвердил ее; не напрасно сотворил ее: Он образовал ее дляжительства; Я – Господь, и нет иного” (Исайя 45, 18)Оптическая асимметрия биологически активных молекул.В большинстве учебников школьной органической химии оптическая изомерияне рассматривается, хотя она составляет главное отличие продуктов реакций в живыхклетках от их синтетических аналогов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
