Юный техник, 2000 № 01 [Журнал «Юный техник»] (fb2) читать постранично, страница - 2

моментом времени расширяется и Вселенная.

Можно рассмотреть процесс расширения по стадиям пространства-времени, когда изменяется не только пространство, но и течение времени. И тогда перед нами встает интересный вопрос, который задает теория относительности. Этот вопрос касается уникальных объектов во Вселенной — черных дыр. Черные дыры представляют собой очень плотные образования, которые имеют маленький размер. Именно поэтому они обладают большим гравитационным полем, которое позволяет им захватывать все окружающее их вещество и даже свет, а также все другие виды излучений. Черные дыры образуются при сильном сжатии вещества массивных звезд в конце их эволюции.

Однако современной квантовой физикой доказано, что элементарные черные дыры могут быть и очень маленькими, с массой порядка 10^-8 кг и размером в 10^-35 м.

Если теперь вспомнить о том, что время — это фактор расширения Вселенной, то так как черные дыры захватывают все окружающее их вещество и даже свет (а также все другие виды излучений), получается, что расширения Вселенной в этой области не происходит, а это значит, что в области черных дыр время должно замедляться; и, наоборот, при распаде этих объектов время должно ускоряться.

Такие интригующие возможности, которые дает нам теория относительности, не должны быть упущены. Именно такая мысль навела автора этой статьи на начало развития серии экспериментов, которые были проведены в НИИ «КВАНТ-2».

Суть этих экспериментов заключалась в том, чтобы получить элементарную черную дыру в лабораторных условиях и доказать, что с помощью этого объекта действительно можно изменять — замедлять и ускорять — время. Для этого нам нужно было встречными электромагнитными полями сжать область плазмы, полученной в результате аннигиляции встречных пучков электронов и позитронов.

При таких условиях мы можем смоделировать процессы, которые идут на звездах, ведь, учитывая знаменитую формулу Альберта Эйнштейна Е = МС², можно заменить большие массы вещества на большие энергии.

Действительно, в точке с диаметром порядка 10^-4 — 10^-5 мм, где происходило столкновение встречных пучков электронов и позитронов, разогнанных до 2 МэВ, напряженность электрического поля составляла 10⁸ В/м при плотности пучков 10⁶ — 10⁸ А/см², а магнитная индукция составляла 8 Тл.

Такие условия привели к тому, что в этой точке электрон-позитронная плазма нагревалась до температур в 2,6 миллиарда градусов, что соответствовало 14-й секунде с момента расширения Вселенной. На область полученной плазмы действуют в основном три силы. Гравитационные силы частиц стремятся сжать область плазмы, в то время как силы давления гамма-излучения, возникающего в результате реакции аннигиляции электронов и позитронов, стремятся расширить область плазмы. Электромагнитные силы действуют между частицами плазмы, но так как все частицы в точке взаимодействия пучков электронов и позитронов хаотически перемешиваются, то эти силы в целом на область плазмы не влияют.

Поэтому главную роль играют силы давления электромагнитного поля, создаваемого двумя магнитными катушками со встречными токами. Именно эти силы помогают гравитационным силам преодолеть силы давления гамма-излучения и сжать область плазмы до размера порядка 10^-35 м, что приводит к созданию элементарной плазменной черной дыры. Однако объект, который мы получали, быстро распадался, так как при таких больших уровнях энергий он просто «испарялся» за счет выхода из него излучений и частиц, эффекта, предсказанного в 70-е годы английским физиком Стивеном Хокингом. Но вскоре было найдено простое решение. Была поставлена третья магнитная катушка, которая создавала переменное асинхронное электромагнитное поле, это было сделано для того, чтобы полученный объект приобрел момент вращения и таким образом увеличил срок своей жизни. В итоге объект существовал около 5,7 секунды. Осталось доказать, что полученный объект — это действительно элементарная черная дыра, и исследовать ее свойства.

Плазменная зона в гамма-микроскопе, в которой образуется черная дыра.

Схема расширения Вселенной и сжатия пространства-времени в области черной дыры.

Гамма-микроскоп, в котором была создана плазменная черная дыра.

Схема экспериментов, проведенных в гамма-микроскопе:

1 — датчик давления;

2 — источник изотопа 17Сl³³;

3 — точка аннигиляции и образования плазменной черной дыры;

4 — удерживающие плазменную черную дыру электромагнитные катушки со встречными токами;

5 — электронный пучок;

6 — свинцовая пластина;

7 — дифракционная лазерная решетка, с которой взаимодействует (радиационная