Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

V. Радиоволны

В середине прошлого столетия исследования в области электричества, магнетизма и оптики достигли больших высот, что позволило объединить все существующие представления в одну теорию, получившую название электродинамики. Это сделал известный английский физик Джеймс Клерк Максвелл. Экспериментальную проверку новой теории осуществил немецкий ученый Генрих Рудольф Герц.

В 1887 г. он построил опытную установку, с помощью которой доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, подтвердив тем самым предсказания теории Максвелла. В своих опытах Герц пользовался сконструированным им генератором электромагнитных колебаний (вибратором Герца); эти колебания улавливались другим прибором - резонатором. Герц провел обширные исследования свойств электромагнитных волн и подтвердил их сходство со светом. Однако у Герца не возникло мысли, что посредством этих волн можно передавать информацию, подобно тому как это делается с помощью электрических сигналов в телеграфном кабеле. Тем не менее несколько лет спустя эта идея получила распространение в мире ученых. Русский физик Александр Степанович Попов опубликовал в 1895 г. результаты своих исследований относительно возможности передачи сообщений с помощью электромагнитных волн*. В том же году 20-летний итальянец Гульельмо Маркони (человек, не имеющий специальной теоретической подготовки и получивший лишь домашнее образование), вдохновленный работами Герца, начал свои эксперименты.

* (А. С. Попов в 1889 г. впервые указал на возможность использования электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние. В 1894 г. он сконструировал генератор электромагнитные колебаний и когерер - элемент приемника, а также изобрел приемную антенну. 24 мая 1896 г. он передал первую в мире радиограмму, состоящую из двух слов: "Генрих Герц".- Прим. ред.)

Занимаясь техническим усовершенствованием своей установки, Маркони постепенно пришел к выводу, что для радиопередатчика необходимы заземление и антенна. Увеличивая антенну, он непрерывно увеличивал и дальность передачи: от 2,5 км в 1895 г. она возросла в 1897 г. до 18 км. В это время Маркони перебрался в Англию и подал заявку на патент; в 1897 г. он получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочной связи (А. С. Попов свое открытие не патентовал). Получив финансовую поддержку правительства, Маркони осуществил в 1902 г. связь через Атлантический океан - на расстояние в 3400 км. Это был успех не только итальянского изобретателя. Профессор физики Страсбургского университета Карл Фердинанд Браун изобрел в 1898 г. колебательный контур значительной емкости и с малым затуханием. Вскоре после этого он изготовил кристаллический детектор, который быстро нашел применение в первых радиоприемниках. Браун изобрел несколько типов антенн и предложил много других технических усовершенствований, которые способствовали развитию радиосвязи.

В начале нашего века существование радио стало фактом. В 1909 г. Нобелевский комитет по физике принял решение о награждении Маркони и Брауна. Это было признанием больших технических достижений, которые стали возможны благодаря теоретическим открытиям, сделанным в предшествующие несколько десятилетий. К сожалению, работы А. С. Попова - истинного изобретателя радио - остались малоизвестными на Западе. Он умер в 1906 г., так и не попав в поле зрения Нобелевского комитета.

В то время, когда Маркони и Браун были удостоены Нобелевской премии, в Кембридже работал Оуэн Уилланс Ричардсон. В знаменитой Кавендишской лаборатории он исследовал явление термоэлектронной эмиссии (испускание электронов нагретыми телами). Ранее Дж. Дж. Томсон установил, что металлы при сильном нагревании испускают электрически заряженные частицы. В 1901 г. Ричардсон вывел термодинамическую формулу зависимости плотности термоэлектронной эмиссии от температуры поверхности катода. Эти исследования довольно скоро перестали быть чисто теоретическими и нашли широкое применение при конструировании электронных ламп для радиотехники. Между прочим, первая электронная лампа была создана самим Ричардсом в 1901 г.- в известном смысле это можно рассматривать как дату рождения современной электроники.

С того времени радиотехника и радиосвязь стали бурно развиваться, и через 20 лет после изобретения радио появилось телевидение. Кинескоп, который создает телевизионное изображение, является отдаленным потомком электронно-лучевой трубки, созданной Брауном в 1897 г. Впечатляющие успехи радио и телевидения вновь привлекли внимание Нобелевского комитета по физике, и по решению его членов в 1928 г. Нобелевская премия была присуждена Ричардсону.

На протяжении нескольких десятилетий электронные лампы считались вершиной достижений инженерной мысли. Все более сложные их модификации, которые связывались во все более сложные системы, и привели в конце концов в 1946 г. к появлению первого компьютера. Два года спустя открытие, сделанное в американской научно-исследовательской фирме "Белл телефон лабораторис", коренным образом изменило положение. Джон Бардин и Уолтер Браттейн открыли транзисторный эффект и изготовили первый полупроводниковый прибор - транзистор. Одновременно теорией этого процесса занимался сотрудник той же лаборатории Уильям Брэдфорд Шокли.

Даже самые первые, еще очень несовершеннные транзисторы были во всех отношениях значительно удобнее электронных ламп и быстро начали их вытеснять. Теория транзисторного эффекта сама по себе имела большое значение для теоретической физики. По этим причинам Нобелевский комитет принял решение присудить Нобелевскую премию по физике за 1956 г. трем названным ученым - за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта. За прошедшие три десятилетия полупроводниковая техника принципиально усовершенствовалась и привела к возникновению современной микроэлектроники. Без сомнения, изобретение транзистора явилось одним из крупнейших открытий нашего века, которое сделало возможной автоматизацию многих процессов и внесло коренные изменения в жизнь людей. Это во многом было предопределено изобретением радио и развитием радиотехники. Исследования радиоволн привели также к интересным открытиям, имеющим серьезные последствия.

В первое время после изобретения радио выдвигались самые различные гипотезы о распространении радиоволн. В 1902 г. английский физик Оливер Хевисайд предположил, что в верхней части атмосферы имеется ионизированный слой, отражающий радиоволны. Это дает возможность принимать в Европе радиосигналы, например, из далекой Новой Зеландии. Радиоволны, последовательно отражаясь от атмосферы и земной поверхности, обходят вокруг всего земного шара. Однако это относится только к радиоволнам определенного диапазона. Ультракороткие радиоволны не отражаются от ионизированного слоя атмосферы, и поэтому телевизионный сигнал можно принимать лишь в зоне прямой видимости.

В 1924 г. было убедительно доказано существование ионосферы и определено расстояние до нее от поверхности Земли. Это сделал английский физик Эдуард Виктор Эплтон из Кавендишской лаборатории, основываясь на исключительно простой идее. Исходя из того, что излучаемый радиосигнал и сигнал, отраженный от высоких слоев атмосферы, проходят различное расстояние, он предположил, что между ними должна происходить интерференция - наложение волн, в результате чего волны взаимно усиливают или гасят друг друга. Это явление хорошо знакомо радиослушателям: иногда радиопередачи хорошо принимаются с больших расстояний, а порой мы слабо слышим даже близкие радиостанции.

Измерив силу сигнала, Э. Эплтон путем простых математических расчетов установил, что ионосфера находится на высоте около 90 км. К 1927 г. он изучил различные ионосферные слои. Обобщив многочисленные данные, Эплтон разработал магнитно-ионную теорию высоких слоев атмосферы. Согласно этой теории, ионы образуются под действием солнечного света и космических лучей и сильно влияют на магнитное поле Земли. Именно этими факторами определяются структура ионосферы и качество радиосвязи.

Исследования Э. Эплтона имели важное значение для радиосвязи, а также для физики земной атмосферы и околоземного пространства. За свой вклад он получил в 1947 г. Нобелевскую премию по физике.

Радиоастрономия

Оказалось, что беспрепятственное прохождение ультракоротких волн через земную атмосферу имеет исключительно большое значение для современной астрофизики. Сегодня исследование небесных тел с помощью радиотелескопов - это, по существу, еще одно "окно" во Вселенную. Как и многие другие открытия, радиоастрономия родилась также случайно.

В 1929 г. фирма "Белл телефон лабораторис" поручила молодому инженеру Карлу Янскому исследовать помехи на трансатлантическом канале радиосвязи. В его распоряжение был предоставлен чувствительный радиоприемник, который затем дополнили большой антенной для определения направления шумов. После длительного наблюдения выяснилась в общих чертах картина радиопомех. Большинство из них, как оказалось, вызываются грозами. Однако на эти помехи накладывался еще какой-то загадочный радиошум, идущий с неба.

Янский прежде всего установил, что интенсивность этого "шума" изменяется с периодом в 23 ч 56 мин (за это время делают полный оборот звезды на небесной сфере). К декабрю 1932 г. он уже мог сообщить, что максимальная интенсивность космического излучения наблюдается в той части небесной сферы, которая, по данным астрономов, находится в центре Галактики. Это открытие было встречено с большим интересом широкой общественностью, но, как ни странно, специалисты не обратили на него внимания. Единственным человеком, который занялся изучением этого вопроса с точки зрения астрономии, был американский радиолюбитель Гроут Ребер. В 1936 г. он собственноручно изготовил почти десятиметровый радиотелескоп-рефлектор и к 1944 г. составил первую радиокарту неба. На протяжении почти десятилетия этот исследователь-любитель оставался единственным радиоастрономом в мире.

В середине 40-х годов идея о существовании космических радиоисточников по-прежнему вызывала сомнения у специалистов, и статья Ребера с первыми радиокартами неба была напечатана в Astrophysical Journal после больших колебаний. Вскоре, однако, положение изменилось. Во время второй мировой войны возник новый вид техники - радиолокаторы. После войны с помощью таких устройств, быстро приспособленных для научных исследований, стали проводить первые наблюдения уже профессиональные астрономы. Одним из пионеров в этой области был англичанин Мартин Райл.

В 1952 г. Райл предложил вместо одной большой антенны использовать несколько малых. Сопоставление сигналов давало возможность синтезировать с помощью компьютера изображение, какое получалось бы при использовании радиотелескопа диаметром, равным расстоянию между антеннами. Этот так называемый метод интерферометрии оказался необычайно плодотворным. Вскоре начали использовать системы антенн, расположенных на большом расстоянии друг от друга - даже на различных континентах.

Так были созданы радиоинтерферометры, которые позволяют определять угловые размеры небесных объектов с точностью, далеко превосходящей возможности оптических телескопов.

Исследования Мартина Райла сыграли важную роль в развитии радиоастрономии. Его большие заслуги получили высокую оценку в 1974 г., когда он был назван одним из двух лауреатов Нобелевской премии по физике. Профессор Райл был избран членом Лондонского королевского общества и ряда иностранных академий, в том числе и Академии наук СССР. Интересно отметить, что после шумного признания его успехов он был назначен королевским астрономом - впервые эта почетная должность, имеющая глубокие традиции, была дана радиоастроному.

Другим лауреатом Нобелевской премии по физике в 1974 г. стал английский радиоастроном Энтони Хьюиш. Под его руководством были открыты пульсары, которые относятся к числу самых интересных объектов во Вселенной.

Хьюиш и возглавляемая им группа проводили исследования мерцаний сигналов радиоисточников с малыми угловыми размерами. Их основным инструментом был довольно грубый, но достаточно хороший радиотелескоп, построенный студентами из Кембриджа под руководством двух радиоинженеров. На его изготовление было затрачено 10 тыс. фунтов стерлингов - такова цена открытия пульсаров.

В июле 1967 г. была начата расширенная программа исследований. Вскоре аспирантка Джоселин Белл обнаружила необычные радиосигналы. В сентябре неизвестный источник был зарегистрирован еще несколько раз; при этом выяснилось, что он излучает импульсы регулярно с интервалом немногим более секунды. Первой мыслью Хьюиша было, что это какая-то помеха, идущая из ближайших окрестностей. Тщательно проверив все результаты, исследователи окончательно пришли к выводу: сигналы действительно идут из космоса. Судя по характеру импульсов, Хьюиш решил, что источник имеет очень малые размеры (приблизительно порядка размера планеты). Возникло подозрение, не являются ли эти строго периодические сигналы посланием какой-то цивилизации - "маленьких зеленых человечков".

На протяжении всего декабря 1967 г. ученые пытались выяснить, не вращается ли этот источник радиоволн вокруг какого-то небесного тела. Ответ был отрицательным. Следовательно, сигналы не были делом рук "зеленых человечков". Тогда Хьюиш него сотрудники углубились в литературу, посвященную эволюции звезд. Они предполагали, что пульсары, как уже были названы эти радиоисточники,- это определенный этап в эволюции звезд. Тем временем к февралю 1968 г., когда Хьюиш подготовил публикацию об открытии, были замечены еще три пульсара.

Хьюиш считал, что пульсары - звезды типа белых карликов. Вскоре, однако, было доказано, что пульсары представляют собой нейтронные звезды. С точки зрения наших обычных, земных представлений, это невероятные объекты. Согласно современным теориям, они возникают в результате взрывов сверхновых звезд. Огромное давление приводит к образованию тела с плотностью атомного ядра, состоящего исключительно из нейтронов. Размеры этого остатка бывшей звезды очень невелики (порядка нескольких десятков километров в диаметре) и ученые в шутку назвали нейтронные звезды "белыми горошинками".

Одним из замечательных достижений радиоастрономии является открытие космического микроволнового фонового излучения - отдаленного эха Большого взрыва, в результате которого, как предполагается современной теорией, возникла Вселенная. Эта теория берет свое начало в 20-х годах и исходит из общих идей о нестационарности Вселенной, которые в свою очередь вытекают из теории относительности Эйнштейна. Сам он, однако, был неудовлетворен такими следствиями своей теории и создал модель стационарной Вселенной, введя в соответствующие уравнения специальные коэффициенты. Но некоторые ученые склонялись к концепции динамичной Вселенной. В 1922 г. молодой советский ученый Александр Александрович Фридман создал математическую модель нестационарной (расширяющейся) Вселенной. К концу 20-х годов Эдвин Хаббл, исследуя далекие космические объекты, обнаружил, что их световое излучение смещено к красному концу спектра. Это наблюдение было объяснено доплеровским эффектом - смещением спектра излучения удаляющегося тела в красную область. Результаты Хаббла явились экспериментальным подтверждением теории Фридмана о расширении Вселенной.

В 40-е годы американский физик-теоретик Г. А. Гамов с сотрудниками предложили модель "горячей Вселенной". Из этой теории вытекало существование реликтового излучения, образовавшегося в момент Большого взрыва. Уменьшаясь с расширением Вселенной, эффективная температура этого излучения должна была составлять в современную эпоху лишь несколько градусов выше абсолютного нуля (абсолютный нуль равен -273,16°С).

Этим низким температурам соответствуют фотоны с очень небольшой энергией, которая как раз соответствует радиодиапазону в спектре электромагнитного излучения. Реликтовое радиоизлучение было открыто в 1965. г. двумя молодыми исследователями - Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном из фирмы "Белл телефон лабораторис" в Холмделе (штат Нью-Джерси). Измерения производились с помощью специальной высокочувствительной рупорной антенны, построенной в 1960 г. для связи с ретрансляционным спутником "Эхо". В 1963 г. эта космическая программа была закрыта, и ученые решили использовать антенну для радиоастрономических наблюдений. Прежде чем приступить к работе, они внимательно изучили свойства самой антенны. "С этой целью они измеряли фоновое излучение в различных точках небесной сферы. Вскоре Пензиас и Вильсон обнаружили, что во всех направлениях присутствует какой-то радиошум с температурой около трех градусов по абсолютной шкале температур.

В это время в Принстонском университете Роберт Дикке и Джон Пибблс работали над моделью Большого взрыва. В 1965 г., когда Пензиас и Вильсон заканчивали измерения, эти два теоретика огласили свои результаты на научном конгрессе в Нью-Йорке. Ознакомившись с ними, Пензиас и Вильсон сразу поняли, что им не избавиться от радиошума в антенне, ибо это и есть фоновое излучение, заполняющее Вселенную. Они ознакомили Дикке и его сотрудников с собственными данными, результатом чего явились два сообщения в Astrophysical Journal; одно - наблюдателей из Холмдела об открытии фонового излучения, а второе - теоретиков из Принстона, объяснявшее это явление.

Так как Пензиасу и Вильсону удалось опубликовать свои результаты в солидном научном журнале, на них сразу обратили внимание. (Случись им напечататься в каком-нибудь техническом издании, как это было с Янским, их открытие, возможно, долгое время оставалось бы незахмеченным.) Когда в 70-х годах Нобелевский комитет по физике принял решение включить в рассмотрение и исследования в области астрофизики, радиоастрономы также получили шанс быть отмеченными. И два их представителя, сумевшие "услышать" далекое эхо Большого взрыва, стали в 1978 г. лауреатами Нобелевской премии. Эту награду Арно Пензиас и Роберт Вильсон разделили с крупным советским ученым Петром Леонидовичем Капицей.

Астрофизика

Возникновением теории Большого взрыва отмечается новый этап в развитии науки нашего столетия. Эволюционный подход утверждается во многих сферах познания. В различных науках накапливаются данные о том, как возникла Вселенная, как образовались химические элементы, из которых состоят галактики и звезды, как возникли планеты и живые существа. Создается целостная картина развития мира, которая объединяет разные области знания.

Важным моментом в картине эволюции Вселенной является образование звезд. Изучением физических процессов, происходящих в звездах, занимались многие ученые, среди которых особо следует отметить Ханса Альбрехта Бете, который объяснил природу внутризвездной энергии. В 30-е годы этот ученый занимался изучением ядерных реакций - одной из новых и модных тогда областей науки. Исследуя взаимодействие между протонами и нейтронами, он установил, как при их объединении может образоваться ядро тяжелого водорода (дейтерия). Хотя Бете и не проявлял особого интереса к астрофизике, сама работа толкала его в эту область науки.

С тех пор как астрономы выяснили, что представляют собой Солнце и другие звезды, они неустанно бились над загадкой происхождения внутризвездной энергии, которая заставляет эти раскаленные газовые шары столь ярко светиться. Уже в прошлом веке ученым было ясно, что источником этой энергии не могут быть ни химические реакции, ни гравитационное сжатие. Но лишь после того как стало понятным строение атома, возникла идея относительно источника такой гигантской энергии.

В 20-е годы известный английский астроном Артур Эддингтон высказал предположение, что источником энергии звезд, по всей вероятности, является процесс превращения водорода в гелий. В своей книге "Звезды и атомы" (изданной в 1927 г.) он указал, что масса ядра гелия не точно в 4 раза превышает массу ядра водорода, а несколько меньше. Эта разница кажется незначительной, но если применить знаменитую формулу Эйнштейна, связывающую энергию с массой (E = mc2), то получается, что "исчезнувшая" масса эквивалентна огромному количеству энергии.

Однако в деталях этот ядерный процесс тогда не был известен, и большинство исследователей сомневались, что он может служить источником энергии звезд. Хотя Бете также критически относился к гипотезе Эддингтона, он занялся этим вопросом, так как процесс образования гелия во многом был сходен с реакцией синтеза дейтерия, исследованием которой ученый уже занимался. В 1939 г. он присутствовал на симпозиуме по звездной энергетике, организованном Американским астрофизическим обществом. На нам обсуждались вопросы, связанные с взаимодействием между протонами и протон-протонным циклом синтеза гелия как источником энергии звезд. Эту модель предложил годом раньше Бете и независимо от него Ч. Критчфильд. Многие физики считали, что она охватывает лишь часть процессов, происходящих в звездах, поскольку кроме водорода и гелия там есть и другие элементы, хотя и в значительно меньших количествах.

Бете занялся изучением термоядерных реакций, в которых эти элементы могли бы участвовать. Особый интерес представляло взаимодействие протонов с ядрами углерода-12. Этот элемент, присоединяя все новые протоны, претерпевает целый цикл последовательных превращений: азот-13, углерод-13, азот-14, кислород-15, азот-16, ядро которого в конце концов распадается на ядра гелия-4 и углерода-12. Оказалось, что таким образом может осуществляться катализ термоядерных реакций в недрах звезд. Углеродно-азотный цикл термоядерного синтеза был открыт Хансом Бете в 1939 г., но заметный вклад в это открытие внесли также другие исследователи, прежде всего Карл Фридрих фон Вейцзеккер. Эта теория оказалась очень плодотворной для развития астрофизики, позволив объяснить результаты многих астрономических наблюдений. Большие заслуги Ханса Бете в открытии тайн звездной энергетики получили - хотя и с довольно большим опозданием --признание Нобелевского комитета по физике. В 1967 г. почти три десятилетия спустя после своих открытий, Ханс Бете стал лауреатом Нобелевской премии.

В 1970 г. Нобелевская премия по физике была присуждена еще одному ученому, который, не будучи астрономом, внес большой вклад в понимание астрофизических явлений. Это был Ханнес Альфвен, основоположник магнитной гидродинамики.

Этот раздел физики занимается изучением движения токопроводящих жидкостей и ионизированных газов в магнитных полях. Исследование этих процессов имеет большое практическое значение, в частности для конструирования термоядерных реакторов типа "Токамак", а также магнитогидродинамических генераторов, преобразующих тепловую энергию плазмы в электричество. Но самое большое применение вновь созданная наука получила в астрофизике, поскольку почти все вещество Вселенной ионизовано и находится под воздействием магнитных полей.

Исходя из своей теории, Альфвен выдвинул ряд гипотез для объяснения таких явлений, как образование протуберанцев и солнечных пятен. Ученый исследовал солнечный ветер (поток частиц, испускаемых солнечной короной) и его воздействие на Землю, где он вызывает магнитные бури и северное сияние. В межзвездном масштабе магнитная гидродинамика оказалась великой силой. Галактические магнитные поля управляют движением межзвездных облаков. Согласно одной из теорий, это ведет к нарушению однородности распределения межзвездного вещества и его локальным конденсациям, которые служат зародышами новых звезд.

Все сказанное свидетельствует о том, сколько обширной и результативной оказалась работа Ханнеса Альфвена. Действительно, немногим выпадает такая счастливая судьба - положить начало новой науке. Однако долгие годы ученые не принимали магнитной гидродинамики. Шведский исследователь вынужден был публиковать свои работы во второстепенных журналах. Прошло немало времени, прежде чем научная общественность оценила его идеи. В конце концов истина восторжествовала - и Ханнес Альфвен стал известным ученым. В 1970 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике.

Длительное время астрономы были для широкой публики чем-то вроде древних звездочетов - людей, оторванных от действительности, которые исследуют далекие миры и не имеют ничего общего с повседневной жизнью человека. По этой причине науки о космосе выпали из поля зрения Нобелевского комитета по физике, и лишь в последние 20 лет положение стало меняться. Это ознаменовало понимание того факта, что современная астрофизика выдвинулась на передние рубежи физической науки, став источником новых результатов и идей.

Теоретические выводы Бете и других исследователей, занимающихся звездной энергетикой, нуждались в подтверждении и уточнении. Но информацию о процессах, происходящих в недрах звезд, можно получать лишь косвенным путем - изучая световое излучение их поверхности. Ученым оставался единственный путь исследования - моделировать термоядерные реакции, происходящие в звездах, в лабораторных условиях. Этой работой и занялся в 1947 г. профессор Калифорнийского технологического института Уильям Фаулер. Имея богатый опыт работы на ускорителях элементарных частиц, он приступил к изучению различных реакций, которые, как предполагалось, могли бы происходить в недрах звезд. Работу Фаулера по праву можно считать началом экспериментальной ядерной астрофизики.

В начале 50-х годов в Калифорнийский технологический институт прибыл английский физик-теоретик Фред Хойл, который интересовался экспериментальной проверкой возможности синтеза из ядер гелия более тяжелых элементов. В то же самое время супруги Маргарет и Джефри Бербедж обратились к Фаулеру с просьбой помочь им в интерпретации результатов наблюдений, которые показывали аномально высокое содержание тяжелых элементов в некоторых звездах. Основы теории синтеза химических элементов в звездах были изложены ими в статье, опубликованной в 1957 г.; происхождение всех наблюдаемых в природе атомов объяснялось там с помощью ядерных процессов восьми типов.

Фаулер продолжил работу с Хойлом, и в 1980 г. они опубликовали новый труд, в котором рассматривались процессы образования химических элементов при взрывах сверхновых. Эти грандиозные процессы обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами, которые входят в состав новых звезд и планет. Можно сказать, что все мы созданы из "пепла сверхновых".

Следует, однако, заметить, что крупные открытия в этой области были сделаны еще более полувека назад. Так, в 1926 г. стала известна природа звезд типа белых карликов. Первым объектом такого рода оказался спутник звезды Сириус. Наблюдения, осуществленные в 1912-1914 гг., показали, что этот слабосветящийся спутник, Сириус В, при массе, равной массе Солнца, по своим размерам сравним с Землей. Отсюда следовало, что плотность вещества Сириуса В чудовищно высока - она в миллион раз превышает плотность воды. Было высказано предположение, что это остатки сгоревших звезд, т. е. звезд, в которых уже прекратились термоядерные процессы. Эти слабосветящиеся тела, поддерживаемые в равновесии различными квантовыми эффектами, в частности так называемым давлением вырожденного электронного газа (это состояние вещества возникает при сверхвысоких плотностях, когда электроны уже не связаны с отдельными ядрами, а свободно движутся относительно них), медленно остывают. Теперь ученые знали не только, как рождаются и горят звезды, но и как они умирают. Всю сложность этих процессов первым понял Субраманьян Чандрасекар.

В 1930 г., окончив Президентский колледж в Мадрасе, Чандрасекар отправился на корабле в Англию, чтобы продолжить там свое образование. Во время длительного путешествия 20-летний индиец из Лахора произвел вычисления и, введя релятивистские представления в существовавшую тогда теорию белых карликов, показал, что существование последних возможно лишь при условии, что их масса не превышает определенного предела (предел Чандрасекара). В Кембридже он закончил свою работу, которая вышла в свет в 1931 г. В ней указывалось, что массивные звезды должны завершать свою жизнь в процессе катастрофического сжатия - коллапса.

Сегодня известно, что звезды массой, примерно в 1,5 раза превышающей массу Солнца, превращаются в конечном счете в нейтронные звезды или черные дыры. В те годы выводы молодого индийца вызвали недоверие астрономов. И только в начале 60-х годов идеи Чандрасекара получили более широкое распространение. Особенно веским аргументом в их поддержку явилось открытие пульсаров Энтони Хьюишем и его сотрудниками. Наблюдения с помощью самых совершенных современных астрономических инструментов позволили уточнить численное значение предела Чандрасекара. Ныне теоретические разработки, сделанные этим ученым, взяты астрофизиками на вооружение. В 1983 г. Чандрасекар получил Нобелевскую премию по физике за исследование строения и эволюции звезд. Вместе с ним был награжден и Уильям Фаулер за изучение ядерных реакций в звездах и создание теории образования химических элементов во Вселенной.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Пользовательского поиска




Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru