Звёздная эволюция

Материал из Альманах "Покорение смыслов"
Перейти к: навигация, поиск

Звёздная эволюция - процессы физического и морфологического изменения звёзд с течением времени. Характерное время таких процессов исчисляется миллионами и миллиардами лет. Современная наука достаточно подробно изучила большинство таких процессов, в результате построена общая теория, ставшая к настоящему времени общепринятой.

Содержание

[править] Вещество Метагалактики

Вселенная. Рисунок с сайта: Журнал "Вокруг Света"

Звёзды - часть материи Вселенной, которую можно наблюдать непосредственно. Звёзды излучают энергию в виде электромагнитных волн и образуют основную часть светящегося вещества. Звёзды не равномерно распределены по Вселенной. Они образуют скопления звёзд, галактики; галактики же образуют скопления галактик, те же в свою очередь сверхскопления. Казалось бы, что такой принцип иерархии будет продолжаться и дальше, однако, начиная с расстояний в 1 млрд. световых лет Вселенная практически однородна[1]. Современные данные указывают, что Вселенная состоит из довольно тонких "блинов", в которых сосредоточено вещество. "Блины" разделены областями, в которых нет светящегося вещества ("блин" в поперечнике примерно 300 - 700 млн световых лет, его толщина 10 - 20 млн световых лет [2]). Такие "блиноподобные" объекты возникли предположительно за счёт гравитационных эффектов тёмной материи и реликтового нейтринного газа. [3] Сама же их структура возникает за счёт ударных волн, а их пересечение приводит к крупномасштабной, ячеистой конфигурации Вселенной. Каждый "блин" отождествляется со сверхскоплением галактик. Самый первый открытый "блин" назвали Великой стеной, его центр расположен от нас на расстоянии 200 млн световых лет, а сам поперечник "блина" около 500 млн световых лет. [4] Гравитационная неустойчивость материи, сформировавшей блин, в конечном итоге формирует скопления галактик, внутри которых впоследствии возникают галактики. Скопления галактик бывают двух видов: регулярные - имеют форму близкую к сферической и чётко выраженную центральную часть, в таких скоплениях преобладают эллиптические галактики; скопления без выраженной структуры (нерегулярные) - не имеют структуры, в таких скоплениях преобладают спиральные галактики. Галактика, в которой находится Солнце относится к спиральным галактикам и называется "Млечный путь". Сейчас уже практически никто из исследователей не сомневается, что в центре спиральных галактик находятся очень массивные чёрные дыры. Поскольку мы имеем только один пример развития жизни, и этот пример актуализирован именно в спиральной галактике, очень возможно, что эти факты как-то связаны между собой.

На сегодняшний день нет теории, которая бы объяснила каким образом образуются скопления галактик и сами отдельные галактики. Предположительно, что сверхскопления галактик ("блины") были сформированы под влиянием гравитационной неустойчивости газа состоящего из нейтрино. В дальнейшем дроблении на скопления участвует тёмная материя. В скоплениях галактики делятся на небольшие группы. Например, наша Галактика входит в местную группу, основным структурообразующим элементом которой является галактика Андромеды [5] - одна из ближайших к нам галактик, видна в созвездии Андромеды невооружённым глазом. Галактики состоят из звёзд. Достоверно неизвестно, есть ли звёзды в межгалактической среде.

Звёзды бывают очень разными: они отличаются по размерам, по светимостям, по цвету, однако по массе звёзды различаются не очень сильно: самые массивные звёзды тяжелее самых лёгких примерно в сто раз. Сейчас известно, что самые массивные звёзды живут несколько десятков миллионов лет и тот факт, что мы сейчас может их наблюдать (а к нашему времени Вселенная существует уже приблизительно 13.7 млрд лет), означает - звёзды образуются непрерывно из чего-то ещё во Вселенной.

[править] Вещество галактики

Галактика Андромеды. Рисунок с сайта: Два стрельца

Материя галактик состоит из обычного вещества, тёмной материи, тёмной энергии и излучения. Тёмная энергия не оказывает существенного влияния на процессы внутри галактики в виду исключительно малой плотности, равно как и излучение. По всей видимости, основной структурообразующий компонент галактики – это тёмная материя, её наличие определяет гравитационный потенциал. В этом гравитационном поле находится обычное вещество, состоящее из звёзд, плазмы, неионизированного газа и пыли, газ и пыль называется диффузионным веществом и распределена в галактике в виде газово-пылевых комплексов. Галактический газ состоит в основном из водорода и гелия, остальные элементы присутствуют в виде примеси. Плазма или ионизованный газ образуется за счёт излучения близких звёзд.

В виду того, что в галактике также существует магнитное поле, а галактическая плазма, в силу своей заряженности жёстко сцеплена с магнитными силовыми линиями, гравитационная неустойчивость приводит к образованию больших скоплений газа и туманностей, в которых впоследствии рождаются звёзды [6]. Дело в том, что силы тяготения могут действовать только в сторону притяжения, и если где-то случайно вещества окажется чуть-чуть больше, чем в окружающей окрестности, то эта «затравка» будет способствовать дальнейшему своему росту за счёт усиливающегося притяжения. А поскольку эти сгустки газа притягиваются к плоскости галактики и движутся по магнитным силовым линиям, тянущихся вдоль галактической плоскости, то магнитное поле также прогибается под воздействием притяжения комплекса к плоскости галактики. Так образуются магнитные ловушки, в которые вещество собирается ещё более эффективно. В результате облака становятся ещё больше и плотнее.

Один из газово-пылевых комплексов можно с Земли видеть невооружённым глазом - это Туманность в созвездии Ориона [7]. Видна около средней звезды меча.

[править] Рождение звезды

Протозвезда. Рисунок с сайта: Летописи.РУ

Как и в любой рассеянной среде, в газово-пылевых комплексах неизбежны местные флуктуации, отклонения от однородного распределения [8]. Гравитационная неустойчивость внутренних областей газово-пылевых облаков приводит к образованию небольших кластеров, которые начинают сжиматься и собирать вокруг себя вещество под действием собственной гравитации. Это уже зародыш будущей звезды – протозвезда. За счёт выделения гравитационной энергии при сжатии, вещество протозвезды нагревается и начинает интенсивно излучать инфракрасные электромагнитные волны. Характерно, само вещество кластера прозрачно для инфракрасного света и большая часть энергии свободно покидает протозвезду. В результате сжатие идёт очень быстро (около 10-100 млн лет). Небольшая остаточная энергия идёт на разогрев и температура облака также возрастает. Частота излучаемых волн (в соответствии с законами излучения) увеличивается[9]. В какой-то момент вещество протозвезды становится непрозрачным для излучения, поскольку энергии излучения становится достаточно для возбуждения электронных уровней вещества протозвезды. Сжатие резко затормаживается. Включается конвекциональный перенос энергии в облаке. Такой объект уже можно наблюдать в виде полноценной звезды. Он выглядит как очень большой объект, излучающий преимущественно инфракрасные и красные фотоны. Такая звезда светится за счёт гравитационной энергии первоначального облака и постепенно сжимается; вместе со сжатием растёт температура центральных слоёв. В момент когда температура достигает 10-20 млн градусов, кинетической энергии протонов, образующих такой газ, становится достаточно, чтобы преодолеть кулоновский барьер отталкивания. Включаются термоядерные реакции[10]. Четыре протона, через несколько промежуточных превращений образуют альфа-частицу - ядро гелия. Масса четырёх отдельных протонов равна 4,032 атомных единицы массы, масса ядра гелия равна 4,004 атомных единицы массы; избыток в 0,028 а.е.м. превращается в энергию (в фотоны). Термоядерные реакции идут с выделением энергии. Выделение энергии разогревает вещество звезды, нагретая до определённой температуры плазма оказывает давление, достаточное для уравновешивания сил тяготения. Давление света, излучаемого поверхностью звезды, рассеивает остатки первичного облака. Звезда становится видимой с далёких расстояний.

Туманность Ориона. Область интенсивного звёздообразования. Рисунок с сайта: Галактика

Следует отметить важное обстоятельство. Отдельные куски газово-пылевых комплексов движутся друг относительно друга, причём из наблюдений следует, что со скоростями около 1 км/сек, связный из них объект из-за этого будет обладать моментом импульса. В процессе сжатия, величина момента импульса сохраняется - скорость вращения слоёв возрастает, облако уплощается. При больших величинах момента, сжатие может остановиться до момента включения термоядерных реакций из-за центробежных эффектов. Однако в большинстве случаев от избыточного момента протозвезде удаётся избавиться образовав вокруг себя планетную систему. Основную роль в этом играет первичное магнитное поле протозвёздного облака. Предположительно таким образом образовалась наша Солнечная система. Потеря момента импульса также происходит за счёт истечение вещества из внутренних слоёв посредством звёздного ветра. Очень большая величина момента может быть потеряна сжимающимся облаком за счёт магнитного взаимодействия с окружающими облаками.

Также необходимо отметить, что если первоначально гравитирующая масса не очень велика, то в процессе остывания сжатого комплекса возможна конденсация газа в жидкость, и если давления несжимаемой жидкости будет достаточно, то сжатие остановится. Дальнейшее остывание приводит к кристаллизации поверхностных слоёв, с возникновением твёрдой, слоистой коры. В результате такого процесса рождаются планетоподобные тела.

Помимо самостоятельного образования из туманности, первоначальная "затравка" может образоваться под действием ударных волн, порождённых взрывными процессами в ядре галактики [11]. Таким образом возникают яркие звёзды, образующие спиральные рукава. Такие звёзды как правило массивны, вследствие этого живут недолго, излучают много энергии, поэтому спиральные рукава галактик чётко выделены на остальном фоне. Взрывные волны могут также возникать из-за рождения вблизи облака Сверхновых звёзд.

[править] Основное время жизни

Строение звезды. Рисунок с сайта: Портал Астрогалактика

Источником энергии звезды являются термоядерные энергии синтеза. Поскольку основное вещество звезды - это ионизованная плазма ядер водорода, то главной реакцией будет превращение водорода в гелий. Нагретый за счёт термоядерной энергии газ обладает термодинамическим давлением, которое препятствует силам тяготения сжать звезду. Часть энергии постоянно излучается в окружающее пространство. Звезда, таким образом, представляет собой огромный газовый шар, находящийся в состоянии динамического равновесия. Динамическое равновесие возникает за счёт равенства сил газового давления и гравитационного притяжения. Величина газового давления зависит от температуры газа, однако за счёт той же самой температуры звезда излучает, просто как любое нагретое тело. Постоянно идёт процесс энерговыделения. Основная часть энергии выделяется в небольшой области внутри звезды, окружающие слои включены в конвективную передачу: близкая к ядру материя разогревается, плотность её несколько уменьшается и она начинает движение к поверхности звезды, потом обратно падает к ядру.

Следует отметить, что при всём колоссальном энерговыделении, удельное энерговыделение звезды очень мало в сравнении даже с человеком. Энерговыделение человека (обогрев окружающей среды) на единицу массы человека превосходит аналогичную величину для Солнца приблизительно в 10 000 [12] раз. С учётом того, что человек может рассеивать не только собственную энергию, но и ранее накопленную в виде природных ресурсов, то его удельное энерговыделение превосходит удельное энерговыделение любого иного организма и объекта во Вселенной.

Поскольку звезда всё время теряет энергию, то термоядерные реакции в её центре идут постоянно; и постоянно количество водорода уменьшается. Поскольку светимость звезды обеспечивается за счёт выделения энергии в очень малой центральной части, по мере выгорания водорода, ядро звезды уменьшается, внешние слои также приходят в движение, часть вещества перемешивается, температура ядра несколько уменьшается, реакции замедляются, но через некоторое время снова наступает равновесие, поскольку концентрация водорода в ядре увеличилась за счёт вещества внешних слоёв. Такие процессы происходят циклически. В результате, с точки зрения внешнего наблюдателя, на какое-то время энерговыделение незначительно уменьшается. Предположительно, такие периоды для нашего Солнца были зафиксированы в биологической истории Земли как ледниковые и случались они достаточно часто [13].

В зависимости от массы разные звёзды проводят в стадии динамического равновесия различное время. Массивные звёзды живут таким образом несколько десятков миллионов лет. Маленькие звёзды, типа нашего Солнца, около 10 миллиардов лет. (Половину этого срока Солнце уже просуществовало).

Чем более массивной образовалась звезда, тем большая ей требуется температура для противодействия собственному тяготению. Высокая температура увеличивает скорость прохождения термоядерных реакций. Такие звёзды светят очень ярко и видны с огромный расстояний, но и живут такие звёзды очень мало. В средней полосе, в зимнее время мы можем видеть такую звезду на правом плече Ориона [14]. Наше Солнце очень заурядная звезда, не очень большая и не очень маленькая, можно сказать самая средняя звезда. Большинство звёзд - это красные и коричневые карлики. Они меньше Солнца, но живут очень долго. Время их жизни зачастую превосходит современный возраст Вселенной. Обнаруживать их очень сложно, в виду низкой светимости.

Постепенно основная масса водорода в центре звезды превращается в гелий. Звезда вступает в период старости.

[править] Старость звезды

Кр.Гигант. Рисунок с сайта: AstroNet

Термоядерные реакции с участием гелия также могут служить источником энергии. Но они идут при более высоких температурах, за счёт того, что ядро гелия имеет в два раза больший электрический заряд чем протон (ядро водорода). Поэтому, для того чтобы сблизиться на расстояние, на котором начнут действовать ядерные силы необходима большая кинетическая энергия, а следовательно - большая температура. Когда водорода в ядре не остаётся, оно начинает сжиматься, его температура растёт. В какой-то момент загорается остаточный водород внешних слоёв, окружающих ядро. Давление гамма-квантов, образующихся в этих слоях расталкивает более внешние слои звезды и звезда чудовищно раздувается. Атмосфера звезды при этом остывают при этом до температуры около 2000 градусов. В какой-то момент наступает равновесие. Если равновесие не достигается, часть оболочки звезды может улететь в пространство. Звезда становится большой и красной. Хотя светимость с единицы поверхности такой звезды и невелика, но из-за своих больших размеров звезда выглядит достаточно яркой. Эта стадия называется Красным гигантом или Сверхгигантом. Один такой Сверхгигант можно видеть на левом плече Ориона [15].

Внешние слои звезды непрозрачны для гамма-квантов, теплопередача происходит за счёт грандиозных конвекционных потоков. За счёт сильной конвекции и разрежённости внешних слоёв большие массы атмосферы звёзд порождают сильный звёздный ветер (поток вещества звезды во внешнее пространство). Конвекционные потоки могут захватывать и приядерное вещество, в результате сильно меняется температура энерговыделяющей зоны. На этой стадии звезда может сильно мерцать и менять свои размеры.

По мере выгорания гелия образуются более тяжёлые элементы, в частности берилий, который в свою очередь может участвовать в термоядерных реакциях с образованием ещё более тяжёлых элементов, например, углерода. Такой процесс возможен вплоть до образования ядер железа. Для более тяжёлых ядер с энерговыделением идёт ядерный распад, а не синтез (из-за специфического потенциала внутриядерных сил) [16].

Смерть звезды сопровождается грандиозными процессами. Реализация конкретного сценария смерти зависит от массы эволюционирующей звезды.

[править] Смерть звезды

[править] Белые карлики

Белый карлик Рисунок с сайта: AstroNet

По мере выгорания водорода и гелия, ядра звёзд небольшой массы всё более уплотняются. Ключевую роль начинают играть свободно перемещающиеся электроны, которые до этого вообще никак не влияли на происходящие процессы. Электронный газ уплотняется вместе с газом, состоящим из ядер. В какой-то момент среднее расстояние между электронами сравнивается с их длиной волны де-Бройля. Наступает вырождение. Гравитационное сжатие стремится собрать все электроны в одной точке и чтобы их кинетические энергии были минимальны. Однако, электроны - это частицы-фермионы. В одном состоянии их не может находится более одного. В ограниченной области может существовать электрон минимальной энергии, отвечающей случаю, когда длина волны электрона совпадает с размером этой области. Таких электронов может быть в этой области только два - с разными проекциями спина. Если поместить в эту область ещё один электрон, его длина волны должна два раза укладываться в размерах области, то есть, длина волны де-Бройля должна быть в два раза меньше. Это будет электрон с уже большей кинетической энергией. Таких электронов также может быть два. Потом длина волны должна укладываться три раза, четыре и так далее. Такое состояние называется вырожденным электронным газом. Поскольку размеры ядра ограничены, а электронов очень много, то величина кинетичской энергии их очень велика. Такой электронный ферми-газ сопротивляется попыткам его сжатия. Ядро становится однородным и несжимаемым. Однако, в окружающих ядро слоях звезды продолжают идти ядерные реакции, вплоть до самой поверхности, порождаемое в этих реакциях жёсткое гамма-излучение срывает внешнюю оболочку звезды. Остаётся голое ядро. Сброшенная оболочка образует планетарную туманность. В процессе сброса оболочки существенную роль играет нейтринное охлаждение ядер, приводящее к быстрому сжатию вещества и однородности его распределения внутри звёздного ядра. Такое явление называется Новая звезда.

Голое звёздное ядро очень горячее, но из-за малых своих размеров светимость таких объектов очень мала. Их принято называть белыми карликами. Плотность вещества белого карлика чрезвычайно высока. Когда наше Солнце станет белым карликом 1 кубический сантиметр его вещества будет весить десятки тонн. Размеры же таких звёздных остатков не очень велики, примерно сравнимы с размерами Земли.

Предположительно около 5% процентов вещества во Вселенной находится в состоянии белых карликов. Само по себе вещество белых карликов представляет из себя ядра углерода, вкрапленные в вырожденный электронный газ.

Одним из белых карликов является спутник звезды Сириуса, которая в зимнее время украшает южную часть небосклона (в средней полосе), являясь самой яркой звездой небосвода.

Существует верхний предел массы белого карлика. Он определяется таким образом, чтобы максимальное давление вырожденного электронного газа было сравнимо с собственным гравитационным потенциалом, определяемым массой звезды. Данное значение носит название предела Чандрасекара, его значение примерно 1,6 массы Солнца.

[править] Нейтронные звёзды

Нейтронная звезда. Рисунок с сайта: Журнал "Вокруг Света"

Если масса звезды превосходит предел существования белых карликов, то такие звёзды превращаются в более экзотические объекты, а именно в гиганские атомные ядра состоящие из нейтронов. В тяжёлых звёздах термоядерные реакции идут до образования ядер железа и никеля. Когда основная масса вещества уже превратилась в эти элементы источник энергии истощается. Давления вырожденного электронного газа недостаточно для противодействия силам тяготения, но гравитация продолжает сжимать ядро звезды. Начинается процесс обратного бета-распада и протоны ядер железа и никеля начинают взаимодействовать с электронами с образованием нейтрона и нейтрино. Для нейтрино вещество прозрачно, поэтому переносимая ими энергия беспрепятственно покидает умирающую звезду, процесс развивается катастрофически, буквально за время исчисляемое секундами. Выделяющаяся гравитационная энергия сжатия чудовищно разогревает вещество, оно испускает гамма-кванты, которые взрывают оболочку, рассеивая её в окружающем пространстве. Такое явление получило название Сверхновой звезды. В процессе взрыва идёт остаточный нуклеосинтез, образуются ядра всех элементов таблицы Менделеева; вместе с оболочкой звезды они рассеиваются по пространству. Впоследствии из них образуются звёзды следующего поколения. Именно из-за этого процесса на Земле присутствуют такие элементы как: золото, свинец, уран и пр. Сверхновые звёзды играют ключевую роль в процессе возникновения жизни. Большинство необходимых элементов выделяется в межзвёздное пространство именно в процессе звёздныз взрывов.

Строение нейтронной звезды. Рисунок с сайта: Всё о Космосе

После взрыва остаётся голое ядро, состоящее из вырожденного нейтронного газа (поскольку нейтроны также частицы-фермионы), его давления достаточно для уравновешивания сил тяготения. Практически все протоны и электроны превратились в нейтроны, породив огромное количество нейтрино. В 1987 году 23 февраля в 2:52 по всемирному времени такая вспышка нейтринного излучения была зафиксирована советско-итальянской обсерваторией. Через некоторое время была обнаружена Сверхновая звезда (Сверхновая 1987А[17]) в близкой к нам галактике Большое Магелланово облако, являющейся спутником нашей Галактики. Расстояние до звездного события около 150 тысяч световых лет.

Нейтронные звёзды очень удивительные объекты. Их размер около 10 км; плотность же чудовищна, в сотни миллионов раз превосходит плотность белых карликов; они очень быстро вращаются, период обращения десятые - сотые доли секунды; на их поверхности очень сильное магнитное поле. Вещество нейтронных звёзд состоит из нейтронов, повержность покрыта корой, предположительно, сотоящей из ядерного вещества железа и никеля. Характерно, что как и Земная кора, кора нейтронных звёзд испытывает сотрясения.

На сегодняшний момент общепринято, что открытые в 1967 году пульсары [18] - это и есть нейтронные звёзды. Самый знаменитый из пульсаров находится в Крабовидной туманности, в созвездии Тельца [19]. В 1054 году в этом месте было явление Сверхновой звезды.

Аналогично белым карликам существует верхний предел массы нейтронный звезды. Он носит название предела Оппенгеймера — Волкова и составляет 2.5 - 3 массы Солнца. Вычислить более точное его значение не представляется возможным из-за незнания нами уравнения состояния вещества нейтронной звезды.

[править] Гиперонные и кварковые звёзды

Если давление вырожденного нейтронного газа не может препятствовать силам тяготения, то трёхкварковые комбинации - нейтроны - уже не могут существовать в виде отдельных частиц. Взаимодействуя друг с другом они могут образовывать другие частицы октета или декуплета барионов или непосредственно кварк-глюонную плазму. Гиперонные и кварковые звёзды введены гипотетически, однако существуют указания в пользу их существования [20]. Также предполагается, что в кварковые звёзды могут эволюционировать объекты, состоящие из обычного вещества и частично из тёмной материи.

[править] Гравитационный коллапс

Чёрная дыра Рисунок с сайта: AstroNet

В случае, если масса звезды очень велика, и даже давление вырожденного кварк-глюонного газа недостаточно для противодействия гравитации, то коллапс материи звезды будет идти до предельного размера. Данный предел определяется радиусом Шварцшильда. Это такой радиус, на котором напряжённость гравитационного поля достигает бесконечности. Если радиус звезды совпадает с её шваршильдовским радиусом, то скорость покидания (II космическая скорость) такого объекта равняется скорости света. Например, для Солнца такой радиус примерно 3 км). Сфера с радиусом Шварцшильда называется горизонтом событий. Ни один вид материи не может покинуть такой объект. Для него придумали специальное название - Чёрная дыра.

Вообще говоря, мы не можем в принципе наблюдать образовавшуюся чёрную дыру. С точки зрения внешнего наблюдателя процесс гравитационного коллапса будет продолжаться всё медленнее и медленее, постоянно всё более замедляясь при приближении к горизонту событий (из-за гравитационного замедления течения времени). На самом горизонте кривизна пространства-времени достигает бесконечных значений и для внешнего наблюдателя процесс коллапса совсем останавливается. С точки же зрения наблюдателя, падающего в чёрную дыру весь процесс займёт вполне конечное время и этот наблюдатель сможет увидеть за это конечное время всё будущее Вселенной. Следует отметить, что никакие составные частицы не могут проникнуть к центру, за гравитационный радиус, из-за бесконечного значения гравитационной силы, а только "истинно" элементарные, считающиеся точечными - это: шесть кварков, шесть лептонов (электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им нейтрино) и бозоны (фотон, гравитон, векторные бозон, глюоны) передающие фундаментальные взаимодействия.

Чёрные дыры совершенно уникальные объекты. Из всех разнообразных свойств звезды они сохраняют только гравитационный потенциал, момент импульса и заряд. Все остальные характеристики вещества и излучения безвозвратно теряются. Однако, чёрные дыры всё же способны излучать энергию как квантовомеханический объект. Вблизи чёрной дыры возможны рождения пар частица-античастица. Одна их них может покинуть окрестности чёрной дыры, унося какую-то энергию чёрной дыры, уменьшая тем самым её массу. В результате такого чрезвычайно медленного процесса чёрные дыры бесследно испаряются. Время испарения чёрных дыр очень сильно зависит от их массы и на последних стадиях носит лавинообразный, взрывной характер.


Потеря информации о коллапсирующем объекте формулируется в виде теоремы: "у черной дыры нет волос" (Black holes have no hair)[21]. То есть в чёрной дыре безвозвратно теряется вся предыдущая информация об сколлапсированном объекте. На научном языке это выглядит так: гравитационный коллапс нарушает все законы сохранения, существование которых не связано с калибровочной инвариантностью (с инвариантностью выбора начала координат в пространстве-времени). Это очень странное свойство. Если мы возьмём две звезды, одно состоящее из вещества, а другое из антивещества и столкнём их друг с другом - произойдёт аннигиляция с чудовищным выделением энергии. Если же предварительно эти зыёзды станут чёрными дырами и уже столкнутся в этом виде, то никакой аннигиляции с выделением энергии не будет.

Другими словами, чёрные дыры нарушают второе начало термодинамики. Однако, учёт квантовых эффектов позволяет заявить, что такое случается лишь на время существования чёрной дыры. После её испарения общая энтропия существенно увеличивается.

[править] Эволюция звёзд и глобальная эволюция

Образование звёзд и жизнь звёзд - типичный пример деградационного развития, в отличие от процесса возникновения Вселенной. В данном случае, первоначально образовавшаяся неравновесная система постоянно стремится к состоянию устойчивого равновесия, с минимумом свободной энергии. Первоначально запасённая свободная энергия тратится не на усложнение структуры, а просто рассеивается в пространстве. И если на первых этапах эволюции и возможно какое-то структурное усложнение - образование ядер элементов, то смерть звезды приводит к полному упрощению и даже испарение чёрных дыр возрождает самые первоначальные частицы Вселенной. Вместе с тем, следует отметить, что только в недрах звёзд и в момент их торжественной смерти рождаются те элементы, которые на последующей стадии глобальной эволюции приведут материю на более высокий уровень самоорганизации, которая позволит не только рассеивать свободную энергию, но и накапливать, а также совершать за счёт свободной энергии механическую работу и создавать сопряжённые процессы энергопреобразования, ведущие биологическую эволюцию к максимальным отклонениям от устойчивого равновесия [22].

[править] Аналогии звёздной эволюции

Процесс развития звёзд очень интересен для нас тем, что вполне аналогичен социальной эволюции атомизированного общества. Жизнь постоянно сталкивает индивидуумов с различного вида необходимостями. Организуя сопряжённые процессы таким образом, чтобы необходимость была преодолена, общество переводит себя на иной уровень - это и есть развитие. Очередной исторический вызов может совершенно разрушить общество, породив катастрофическое разрушение структуры. Но внутри общества возможна самоструктуризация, способная остановить катастрофу. Как правило это происходит, когда включается очень сильное взаимодействие между людьми и появлятся сильно сплочённые группы, для общественной системы играющие роль аттаркторов. Данные группы могут не только остановить катастрофическое падение, но и самоорганизовывать остальные части общества, высвобождая свободные энергии сопряжённых процессов для дальнейшего социального строительства. Аналогичный процесс наблюдается при образовании белых карликов и нейтронных звёзд. Разрущающая структуру звезды катастрофа гравитационного коллапса останавливается, когда все электроны или нейтроны начинают выступать как единое целое, образовав вырожденный электронный газ, объединённый обменным взаимодействием. Но элементарные частицы не могут организовать никакого сопряжённого процесса, поэтому катастрофа только останавливается, но необходимость остаётся непреодолённой. Если силы взаимодействия группы не соответствуют катастрофе, то процесс остановить не удаётся. Следует заметить, что организация сопряжённых процессов, невозможная для элементарных частиц, свойственна уже достаточно крупным молекулам. Например, в какой-то момент достаточно крупные матричные молекулы (скорее всего РНК) смогли вовлечь в сосуществование очень широкий класс полимеров (полипептидов). Результатом организации таких сопряжённых процессов стало появление живых организмов, развившихся впоследствии в объект, для которого, по всей видимости, не существует принципиально непреодолеваемых необходимостей.

Если индивид понимает свободу как независимость от других аналогичных индивидов, то общество состоящее из таких индивидов не выдерживает даже слабых катастроф. Процесс социального коллапса такого атомизированного общества аналогичен падению вещества в чёрную дыру - сопротивляться необходимости нет никаких возможностей, более того, атомизированный индивид даже не осознаёт, что происходит катастрофа. Осознание приходит позже, когда общество уже разрушено и реализация потребностей индивида невозможна либо сопряжена с большими трудностями.

Собственно такое понятие свободы применимо к частицам плазмы, образующим звезду. Пока эти частицы могут друг с другом взаимодействовать: образовывать новые частицы, или породив вырожденный газ - звезда существует. Как только частицы плазмы звезды не могут результативно взаимодействовать или силы взаимодействия недостаточно - происходит полное исчезновение звезды.


Конечно, частицы плазмы не могут принимать решений, они ведут себя как им предписано законами природы, но человек может осознавать свое положение и уровень развития. Если под свободой понимать преодоление осознанной необходимости [23], то большинство катастроф не только возможно остановить, но в процессе преодоления создать новые сопряжённые процессы, ход которых выводит и социальное общество и самого индивида на новые уровни миропонимания и развития.

[править] По материалам

И.С. Шкловский "Вселенная. Жизнь. Разум." М.: Наука 1987 г.

И.С. Шкловский "Звезды: их рождение, жизнь и смерть." М.: Наука 1984 г.

Г.С. Бисноватый-Коган "Физические вопросы теории звездной эволюции." М.: Наука 1987 г.

Я.Б. Зельдович Я.Б., И.Д. Новиков "Теория тяготения и эволюция звёзд." М.: Наука 1971 г.

В.С. Имшенник, Д.К. Надёжин "Сверхновая 1987А в Большом Магеллановом Облаке: наблюдения и теория." УФН 156 561–651 1988 г.

В. Эбелинг и др. "Физика процессов эволюции" 2001 г.

[править] Примечания

  1. M.J. Geller, J.P. Huchra, Science Vol. 246 no. 4932 pp. 897-903
  2. Световой год Данные свободной энциклопедии
  3. С.Ф. Шандарин, А.Г. Дорошкевич, Я.Б. Зельдович "Крупномасштабная структура Вселенной" УФН 139 стр. 83–134 1983 г.
  4. Великая стена Данные свободной энциклопедии
  5. Галактика Андромеды Данные свободной энциклопедии
  6. Рэлея-Тейлора неустойчивость
  7. М42 Туманность Ориона Материал свободной энциклопедии
  8. J.H. Jeans. The Stability of a Spherical Nebula. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, Vol. 199, (1902), pp. 1-53
  9. Закон излучения Планка
  10. Термоядерные реакции
  11. Ying-Qiu Gu Stationary Spiral Structure and Collective Motion of the Stars in a Spiral Galaxy Cornell Univercity Library 16 May 2009
  12. В.Ланге, Т.Ланге "Об удельной мощности человека и Солнца" Квант №4 1981 г.
  13. Ледниковый период Данные сободной энциклопедии
  14. Ригель, β Ориона, Материал свободной энциклопедии
  15. Бетельгейзе, α Ориона Материал свободной энциклопедии
  16. Энергия связи ядер
  17. Н. Н. Чугай Н.Н. "Сверхновая в Большом Магеллановом Облаке" журнал "Земля и Вселенная". М.: Наука, 1989. № 2 стр 22-30
  18. Nature 217, 709-713 24 February 1968
  19. М1 Крабовидная туманность Материал свободной энциклопедии
  20. Самая яркая Сверхновая NewScientist 20 August 2007
  21. С.Хокинг Р.Пенроуз "Природа пространства-времени"
  22. С.Э. Шноль "Эрвин Бауэр и теоретическая биология" Природа №12 1990 г.
  23. С.Э.Кургинян "Исав и Иаков. /Судьба развития в России и мире", Том 1, часть 3, М.: ЭТЦ, 2009.
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты