Зміст
Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 11. Сучасні досягнення та об'єктивні обмеження в дослідженнях
екстремальних станів речовини ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1
2. Екстремальні стани речовини ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 6
2.1. Основні поняття і принципи фізики плазми ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .6
2.2. Порівняльний аналіз різних станів речовини ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
3. Стан речовини в ході ядерних, термоядерних і пікноядерних реакцій ... ... .15
4. Верхня межа області екстремальних станів речовини ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
5. «Чорні діри» як об'єкти, що складаються з речовини в екстремальному
стані ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
6. Речовина і простір в умовах гравітаційного колапсу ... ... ... ... ... ... ... ... 25
7. Еволюція речовини чорних дірок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 29
Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .... 32
Введення
Властивості речовини в станах з незвично високою концентрацією енергії (такі стани та відповідні їм зовнішні умови і називають екстремальними) завжди представляли значний інтерес у різних розділах фізики і суміжних наук - астрофізики, геофізики, деяких прикладних дисциплін. В останні роки дослідження екстремальних станів речовини набули особливо велике значення: виник ряд важливих практичних завдань (таких, як здійснення контрольованого термоядерного синтезу або отримання надтвердих матеріалів), екстремальні умови стали створювати новими методами, в природі були відкриті нові екстремальні стану (нейтронне речовина в пульсарах ).
Говорячи про екстремальні станах речовини і екстремальних зовнішніх умовах, про надвисокої концентрації енергії, мають на увазі перш за все надвисокі температури і надвисокі тиски, які діють на речовину.
Нагрівання і стиснення речовини можна вивчати окремо. Кожен з процесів по-своєму змінює стан речовини. Мета даної роботи - дати загальне уявлення про область екстремальних станів в цілому, а також розглянути результати найбільш цікавих досліджень екстремальних станів речовини.
1. Сучасні досягнення та об'єктивні обмеження досліджень екстремальних станів речовини
Доцільно почати з розгляду діаграми стану речовини в координатах "температура - тиск" (див. рис.1). До даної діаграмі ми будемо повертатися протягом всієї роботи, оскільки вона представляє, хоч і дуже схематично, графічну квінтесенцію всього того, що відомо про область екстремальних станів речовини на сьогоднішній день.
Горизонтальну вісь діаграми відзначимо буквою T, що означає температуру в градусах Кельвіна.
Немає потреби пояснювати, що, підбиваючи енергію до речовини нагріванням, ми можемо судити про концентрацію енергії по температурі. Але про те, що мірою концентрації енергії може служити і тиск, слід сказати кілька пояснювальних слів.
Перш за все, виконаємо одну нескладну маніпуляцію. Візьмемо ставлення одиниці сили до одиниці площі, тобто одиницю тиску. Помножимо чисельник і знаменник цього дробу на одиницю довжини. У чисельнику тоді утворюється одиниця енергії, в знаменнику - одиниця об'єму. У результаті ми отримуємо міру концентрації енергії в речовині. Але дріб від множення не змінилася, залишилася одиницею тиску. Значить, концентрація енергії в речовині визначається також і прикладеним до нього тиском. Стиснення - другий спосіб, яким можна наситити речовина енергією.
Вертикальну вісь на діаграмі відзначимо буквою P, що означає тиск.
Рис. 1. Діаграма стану речовини як функція тиску і температури
Тепер нам належить розмітити кожну вісь масштабними поділами. Нехай перші зарубки відповідають кімнатних умов - три сотні градусів по осі абсолютних температур і одна атмосфера по осі тисків. Другі нехай відповідають екстремальним станам, які досягаються на Землі в природних та лабораторних умовах.У природних умовах екстремальні стани виникають головним чином завдяки силам тяжіння. Їх дія слабко спадає з відстанню, не екранується. Ці сили стискають речовина, а зростання тиску приводить до підвищення температури. У центрі Землі тиск сягає чотирьох мільйонів атмосфер, температура - п'яти тисяч градусів. Порядок цих величин визначить положення нових відміток на осях координат.
Що стосується лабораторних умов, то ці рубежі, ще не досягнуто, з одного боку, і, з іншого боку, вже кілька перевершені. Справа в тому, що в лабораторних умовах екстремальні стану можна створювати або на коротку мить, або на відносно довгий час. Статичні методи, засновані на застосуванні спеціальних механічних пристроїв, дають можливість одержувати тиск близько мільйона атмосфер; одночасно можна здійснити нагрівання речовини приблизно до тисячі градусів. Динамічні методи, засновані на використанні потужних ударних вибухових хвиль, дозволяють досягти тисків у кілька десятків тисяч атмосфер, температура при цьому зростає до десятків і сотень тисяч градусів. Якщо ж мова йде тільки про нагріванні речовини, коли стиск не потрібно, то методи, які можна використовувати для цього, досить різноманітні: потужні розряди в плазмі, резонансний розігрів електромагнітним полем, інжекція в плазму попередньо прискорених згустків частинок, розігрів за допомогою лазерів і т . д. До теперішнього часу досягнуто температури, вимірюються десятками мільйонів градусів.
Слідом за першими зарубками зробимо на осях температур і тисків ще кілька, нарощуючи значення тієї та іншої величини в геометричній прогресії (на нашій діаграмі прийнятий логарифмічний масштаб). Виявляється, потрібно всього лише чотири кроки, щоб вийти до кордонів області екстремальних станів, які визначаються рівнем наших знань, що відносяться до фізики високих енергій.
Не відомо, що буде відбуватися з речовиною, коли в кожен нуклон буде влдожена енергія, по порядку величини відповідна його масі, згідно з формулою Ейнштейна E = mc 2. Поки достовірно відомо дуже мало інформації, щоб говорити про більшу концентрації енергії; тому зупинимося на порозі народження таких гіпотетичних частинок як кварки або проміжні бозони. При більш високих температурах і тисках властивості речовини виявилися б радикально залежними від того, чи існують в дійсності такі частинки.
Обрана гранична концентрація енергії вимірюється величиною жовтня 1937 ерг / см 3 та відповідає температурі близько 10 13 градусів і тиску близько 31 жовтня атмосфер. Такими рівнями окреслена верхня межа розглянутої нами області екстремальних станів речовини. За цією межею залишаються умови на самих ранніх стадіях еволюції Всесвіту, в ряді колапсуючої або проходять катастрофічні етапи своєї еволюції небесних тіл, а також, можливо, в ядрах масивних пульсарів.
Тепер окреслимо дану область станів нижньою межею. Нехай екстремальні стану, досягнуті і вивчені в лабораторних умовах, залишаться за нею. Не відкинувши їх, неможливо було б розібратися в тому винятковому різноманітності форм і властивостей, притаманних речовині в холодному нестислому стані: електричних, хімічних, оптичних і т. д. і т. п.
Із зростанням температури і тиску структура речовини упорядковується і спрощується: руйнуються молекули і молекулярні комплекси і речовина переходить в чисто атомарну стан; електронні оболонки атомів перебудовуються, і заповнення електронних рівнів стає все більш регулярним; від ядер відриваються зовнішні електрони, що визначають хімічну індивідуальність речовини, а потім коллектівізіруются, оголюючи ядра, і всі інші електрони. Зрештою властивості речовини будуть залежати лише від того, яким шляхом досягнута висока концентрація енергії: з просуванням уздовж осі температур всі речовини стають плазмою, уздовж осі тисків - ідеальними металами з єдиною, найбільш щільною кристалічними гратами - об'ємно-центрованої кубічної (слід зазначити, що тверда речовина набуває її лише тоді, коли ядра атомів повністю оголені) (див. рис. 2).
Рис. 2. Розташування ядер атомів в кристалі з об'ємно-центрованої кубічної гратами
Але для того, щоб здійснилися всі згадані уніфікують перебудови, потрібна енергія, достатня хоча б для того, щоб відірвати від атома зовнішні електрони. Відповідна концентрація енергії становить близько жовтня 1914 ерг / см 3. Звідси уже неважко перейти до температур (сотні тисяч градусів) і тиску (сотні мільйонів атмосфер). Тільки при достатньому видаленні від цього кордону можливо скільки-небудь загальне теоретичний опис властивостей речовини.
Але тут теоретичні передбачення при нинішньому стані експериментальної техніки вже не допускають перевірки шляхом експериментів і спостережень. Між тим можливості чисто теоретичних досліджень сильно обмежені: необхідно враховувати взаємодії між частками, а їх надійний облік неможливий, особливо поблизу верхньої межі даної області, де сучасна фізика не має в своєму розпорядженні послідовної теорією сильних взаємодій.
З цієї причини у фізиці екстремальних станів є ще чимало проблем, що чекають свого остаточного рішення.
І разом з тим навіть у світлі сьогоднішніх наших знань область екстремальних станів постає перед нами зовсім не як суцільна біла пляма. Ця область достатньо впевнено ділиться за характером агрегатного стану речовини (тут тверде тіло, там плазма), за характером перебігу ядерних процесів (тут йдуть термоядерні, там - пікноядерние реакції), за типом структурних одиниць речовини (тут існують електрони і ядра, там речовина побудовано з нейтронів). Щоправда, переходи між різними станами, як правило, відбуваються безперервно, так що область екстремальних станів важко розбити на будь-які райони чіткими кордонами. Розділові лінії - маршрути наших майбутніх подорожей по цій області - будуть носити вельми умовний сенс. Дуже умовним, що дає лише уявлення про порядки величин, буде і розташування тих віх, за якими в даній роботі буде даватися уявлення про окремих районах: стан речовини в центрі Сонця і в серцевині білого карлика, у корі та мантії пульсара.
2. Екстремальні стани речовини
Тепер проаналізуємо відмінності, які існують між різними станами речовини, щоб у порівнянні усвідомити специфічні особливості, характерні саме для екстремальних станів речовини. Однак, спочатку необхідно привести основні відомості про те, що являє собою плазма, оскільки це поняття буде одним з ключових в подальшому описі екстремальних станів.
2.1. Основні поняття і принципи фізики плазми
Що ж таке плазма? Плазмою називають газ, іонізоване до такої міри, що електричні сили тяжіння, що діють між електронами і позитивними іонами, перешкоджають помітного поділу зарядів. Таким чином, плазма - це іонізований газ, який електрично квазінейтрален в кожному малому обсязі. Умова квазінейтральності означає, по-перше, трохи сумарного заряду плазми в порівнянні з сумою зарядів одного знака, по-друге, мається на увазі електрична нейтральність плазми в середньому в досить великих обсягах або за досить великі проміжки часу.
Величини обсягів і проміжків часу, в яких проявляється квазінейтральності, визначаються просторовими і тимчасовими масштабами розділення зарядів.
Перш ніж перейти до розгляду масштабів поділу зарядів введемо поняття рівноважної і нерівноважної плазми. У процесі хаотичного руху при зіткненнях з іонами електрони віддають їм частку своєї енергії, так що в стаціонарному стані встановлюється деяка рівновага між купується і віддається енергією. Розподіл електронів та іонів можна описати максвеловскім законом розподілу і характеризувати деякої середньої повною швидкістю, так що середня енергія електронів та іонів може характеризуватися деякої температурою відповідно T e і T +:
У слабких полях і в сталих режимах енергії електронної та іонної складових плазми рівні між собою і дорівнюють енергії нейтральних молекул T e = T + = T. Цей стан відповідає повному термодинамічної рівноваги, а плазма називається відповідно рівноважної.
У сильних полях, особливо в розрідженій плазмі, енергія купується електронами від поля виявляється істотно більше енергії іонів T e>> T + = T. Такий стан називається нерівноважних, а плазма нерівноважної.
Розглянемо тепер просторовий масштаб розподілу зарядів. У певному обсязі плазми з характерним розміром d, який називається дебаевский радіусом екранування, потенційна і кінетична енергії зарядженої частинки рівні між собою.
У рівноважної плазмі, коли T e = T + = T:
в різко нерівноважної плазмі, коли T e>> T + = T
де: T e - температура електронів; T + - температура іонів; T-температура газу; n - густина електронів та іонів; e - заряд електрона; k - постійна Больцмана.
Дебаевский радіус характеризує відстані, на яких можливі сильні поділу зарядів у плазмі. Наприклад, при T e = 1 еВ і n = 10 14 січня / м 3 дебаевский радіус d = 5,2 × 10 -4 м.
Згідно з визначенням Ленгмюра, іонізований газ називається плазмою, якщо дебаевский радіус екранування d набагато менше за інших характерних відстаней області зайнятої цим газом.
Тимчасовим параметром визначальним розділення зарядів в плазмі є кутова частота гармонійних коливань заряджених частинок плазми. Справа в тому, що переміщення заряджених частинок у плазмі призводить до появи електростатичних сил прагнуть повернути частки в початкове положення. Рух таких частинок є гармонійні коливання навколо положення рівноваги:
d = Asin (w p t + f 0),
де A - амплітуда коливань; f 0 - початкова фаза коливань; w p - кутова частота, яка дорівнює
Таким чином, плазмова частота - це резонансна або характеристична частота системи утворюють плазму заряджених частинок, що залежать від їх маси. Час окремого мікроскопічного взаємодії не може перевищити період плазмових коливань, тобто w p представляє собою нижню межу частоти мікроскопічного взаємодії заряджених частинок.
Ступінь іонізації газу в залежності від умов його існування може змінюватися в широких межах. Стовп тліючого розряду (наприклад, в газорозрядних лампах) - це слабоіонізірованний газ із ступенем іонізації близько 10 -8 -10 -6. Позитивний стовп дугового розряду при високих (порядку атмосферного) тиску газу має ступінь іонізації порядку 10 -3 -10 -1.
Крім ступеня іонізації іонізований газ характеризується концентрацією електронів, яка в залежності від характеру іонізаційних процесів і щільності газу також змінюється в дуже широких межах. Так, концентрація електронів в каналі блискавки може досягати 10-10 2 1 / м 3, у той час як в іоносфері 10 листопада 1 / м 3.
2.2. Порівняльний аналіз різних станів речовини
Шляхи, за якими можна підійти до розгляду нижньої межі області екстремальних станів, зручніше за все визначити за добре знайомою зі шкільних курсів фізики та хімії діаграмі фаз (див. рис. 3).
Від потрійної точки, в якій існують тверда, рідка і газоподібна фази речовини, на три сторони розходяться три лінії. Одна з них, що розмежовувала тверду і газоподібну фази, йде до абсолютного нуля. Інша, що відокремлює тверду фазу від рідкої, злітає вгору. Можна рушити до високого тиску вздовж неї, але ми виберемо третю лінію - кордон "рідина - газ".
Рис. 3. Фазова діаграма для області щодо малих тисків і температур. За умов, відповідних точкам прикордонних ліній, фази перебувають у рівновазі; за умов, відповідних потрійний точці, система складається з твердої, рідкої і газоподібної фази одночасно. У критичній точці рідина і пар стають тотожними за своїм фізичним властивостям; за цією точкою ці дві фази невиразні.
Розглянемо кордон «рідина-газ». Вона обривається в критичній точці, де втрачається відмінність між рідиною і газом. З подальшим зростанням температури пропадає потреба й у самих цих термінах: речовина переходить в свій четвертий стан - плазму.
Однак, нелогічно було б припускати, щоб властивості плазми були абсолютно однаковими на обох кінцях настільки протяжної смуги.
Згадаймо, чим відрізняються один від одного більш звичні для нас стану речовин - тверде, рідке і газоподібне (див. рис. 4).
Тверде тіло - це ідеальний порядок. З'ясувавши розташування декількох атомів в якій-небудь ділянці кристала, можна передбачити місцезнаходження як завгодно далеких їхніх сусідів по кристалічній решітці. Помилка у визначенні координат кожного атома не перевищить амплітуди його хаотичних коливань поблизу положення рівноваги, обумовлених температурою.
Газ - це "ідеальний" безлад. Кожен атом газу рухається цілком незалежно від інших, часом стикаючись з ними.
Рідина - це щось середнє між порядком і безладом. У колі своїх близьких сусідів кожен атом займає певне становище і коливається біля нього, як у кристалі. Але такий порядок фізики не даремно називають ближнім: далекі сусіди рухаються один відносно одного абсолютно хаотично, як атоми газу, - час від часу кожний атом змінює своїх сусідів.
Рис. 4. Схематичне зображення траєкторій руху частинок в газі (а), рідини (б) і кристалі (в), за умови, що положення частинок у всіх фазах фіксуються через рівні проміжки часу. На двох останніх малюнках точками позначені атоми-сусіди.
На ЕОМ вдалося розрахувати рух частинок в плазмі при великих тисках. Виявилося, що частки поводяться зовсім як рідини: раз у раз стрибками змінюючи своє положення в просторі і на деякий час залишаючись вірними того ближнього порядку, який пов'язує їх з сусідами.
Плазму, для якої характерно таке поводження часток, називають Рідкоподібні. Як вже говорилося, плазма стає такою при великих тисках. Поблизу осі температур вона схожа за властивостями на ідеальний газ і називається ідеальною. (Межі, що дозволяють розрізняти агрегатні стани речовини на малюнку позначені білими лініями, що розділяють кольорові поля.)
Зона, де можна застосувати термін "Рідкоподібні плазма", на діаграмі прилягає до того місця, де нижня межа області екстремальних станів повертає до осі тисків. Тепер злегка змінимо напрямок аналізу: не припиняючи нарощувати тиск, кілька знизимо температуру.
З падінням температури зменшиться швидкість хаотичного руху частинок, зростання тиску змусить оголені ядра тісніше зблизитися один з одним. Роль кулонівської взаємодії між позитивно зарядженими ядрами зросте. З цієї причини ядрам буде енергетично вигідно вишикуватися в певному порядку, утворити кристалічні грати.
Отже, ми прийшли до лінії розділу твердої і рідкої фаз. Розглянемо тепер поняття і явище плавлення.
Відомо, що в звичних земних умовах плавлення звичайно викликається підвищенням температури. З її зростанням збільшується амплітуда коливань атомів поблизу вузлових точок кристалічної решітки; вона стає порівнянної з відстанню між вузлами, а коли складе від цієї відстані приблизно чверть (до такої цифри наводить теоретична оцінка; в нормальних кімнатних умовах оцінку підтверджують експерименти з нормальними металами), розпочнеться перехід в рідку фазу.
Можна провести те ж міркування в зворотному порядку: чим нижче температура, тим менше амплітуда хаотичних коливань атомів, тим точніше визначається їх положення у вузлах решітки.
Однак зворотний хід нашого міркування стримується закономірностями квантової механіки. В останній фразі попереднього абзацу можна угледіти замах на один з основних її принципів - принцип невизначеності. Відповідно до законів квантової механіки, не можна визначити одночасно зі як завгодно високою точністю і положення й швидкість частинки, і, отже, не можна говорити про те, що частка завмирає з нульовою (точно визначеної!) Швидкістю в якому-небудь (строго визначеному!) Положенні рівноваги . Так що навіть при температурі, яка прагне до абсолютного нуля, атоми кристала будуть здійснювати коливання поблизу положень рівноваги - нульові коливання, як прийнято їх називати на відміну від теплових.
Відповідно до того ж принципом невизначеності амплітуда нульових коливань стає тим більше, чим сильніше обмежені руху атома, чим суворіше задано положення рівноваги. Тиск як раз і є таким стесняющим обставиною. Зростає тиск - зростає і амплітуда нульових коливань. І ось вона стає порівнянної з усе зменшуваним відстанню між вузлами кристалічної решітки. При температурі, близькій до абсолютного нуля, настає момент холодного плавлення твердого тіла.
Таким чином, існують граничні значення температури, щільності і тиску, вище яких кристалічний стан неможливо, і, щоб переконатися в цьому, можна було і не вирушати в область екстремальних станів: саме квантовим ефектом холодного плавлення пояснюється існування рідкого гелію при низьких температурах і атмосферному тиску .
Втім, багато питань, пов'язаних з холодним плавленням, до цих пір залишаються відкритими.
Цікавим питанням є процеси, яким піддаються електрони в області екстремальних станів (до цих пір, стосовно до атомів, мова йшла в основному про ядра). За нижній її кордоном електрони відриваються від ядер, поповнюючи собою самостійну електронну компоненту речовини.
Про її структурі розповідають тонкі чорні штрихи, прокреслюються строкате полі діаграми. Лінія, що йде кутом уздовж нижньої межі, вище і правіше її, вказує умови, в яких коллектівізіруется більшість електронів, наступна лінія - умови, в яких електрони усуспільнено повністю, наступна за нею - умови, при яких швидкості електронів наближаються до швидкості світла: температура і тиск роблять те, заради чого в земних умовах будуються прискорювачі заряджених частинок.
За округленим вершин трьох цих ламаних ліній і далі вправо і вгору йде ще одна. Правіше і нижче її електрони можна розглядати як класичний газ. Лівіше і вище лежить так звана область виродження - тут набирає сили знаменитий принцип заборони Паулі: якщо будь-які електрони в даній порції речовини перебувають в одному і тому ж стані з однаковою енергією, то таких електронів може бути лише два. Вдавшись до фізичного терміну, скажімо так: у кожному стані може перебувати лише пара електронів, при цьому їхні спини спрямовані в протилежні сторони.
Чим більше об'єм тіла, чим більше в ньому електронів, тим густіше сітка енергетичних рівнів - адже кожній парі електронів потрібно відвести свій рівень, а енергія частинок, очевидно, обмежена.
А якщо зменшити об'єм тіла, наприклад, стиснувши його? Концентрація енергії в речовині підвищиться, кожен електрон отримає додаткову енергію, стопка рівнів пріподнімется, зазори між ними розширяться. Підвищення енергії завжди потребує докладання певної сили - тіло буде чинити опір стисненню. Якщо ж тиск зняти, енергетичні рівні сповзуть вниз, повернуться до свого попереднього нижче становище, відповідне більшому обсягу (див. рис. 5).
Рис. 5. Розподіл рівнів енергії, на яких розташовуються електрони кристала при меншому (ліворуч) і більшому (праворуч) тиску.
За цим міркуванням неважко побачити опис загальновідомого механічного феномену - пружності твердих тіл. У його основі лежить принцип Паулі, якому підпорядковуються електрони твердого тіла, чи то кристал кварцу або сталева пластинка.
Кілька слів необхідно сказати про точки, які стоять поблизу кордонів розділу "кристал - Рідкоподібні плазма - ідеальна плазма". Ці кордони, як уже говорилося, позначені білими лініями. Серед них є суцільні і пунктирні. Така різноманітність пояснюється тим, що єдиної для всіх елементів діаграми фаз викреслити не можна.
Суцільні лінії відповідають вуглецю. За ними можна судити, що відбувається, наприклад, в серцевині білого карлика, що складається в основному з вуглецю. Тут зоряне речовина близько до кристалізації.
Чим важче ядро елемента, чим більше його заряд, тим сильніше зміщуються лінії розділу фаз до осі температур. Тому точка, що відповідає умовам, наприклад, в корі пульсара (що складається з заліза), виявляється високо над кордоном "кристал - Рідкоподібні плазма": кора пульсара тверда. Навпаки, мантія пульсара, що складається з нейтронів, протонів і електронної, рідка.
Пунктиром викреслена діаграма фаз для водню. Водень - переважна компонента сонячної речовини. З діаграми видно, що в надрах Сонця він знаходиться в стані ідеальної плазми. Атоми водню повністю іонізовані; атоми більш важких елементів можуть ще зберігати деяку частку електронів.
Втім, стан речовини в Сонце розглянуто в наступному розділі.
3. Стан речовини в ході ядерних, термоядерних і пікноядерних реакцій
Коли температура і тиску стають досить великими, в речовині починаються ядерні перетворення, що йдуть з виділенням енергії.
Немає потреби пояснювати тут важливість вивчення цих процесів. На керований ядерний синтез покладає свої майбутні надії сучасна енергетика. Ядерною перетворенням зобов'язана Сонце своїм теплом і світлом, що підтримують життя на Землі.
Слово "ядерний", вжите в попередніх фразах, ми часто постачаємо приставкою "термо", не замислюючись, не підозрюючи, що тим самим виділяємо серед ядерних процесів лише частина, на нашій діаграмі відповідну зоні, що належить до осі температур ("термі" по- грецькою означає "тепло, жар").
Перш ніж розглянути інші варіанти ядерних перетворень, згадаємо те, що характерно для термоядерного режиму - відправної точки нашого нового подорожі.
Висока температура. Вона рівнозначна високій швидкості хаотичного руху частинок, їх високою кінетичної енергії. Маю нею, зближаються в польоті ядра зможуть подолати сили кулонівського відштовхування і злитися один з одним (при їх злитті виділиться висока енергія, характерна для екзотермічних ядерних перетворень). Втім, завдяки так званому тунельного ефекту ядра зможуть злитися і тоді, коли їх кінетична енергія і недостатня для зближення "до торкання". Імовірність тунельного злиття різко - за експоненціальним законом - зростає в міру граничного зближення ядер. Щоб процес йшов безперервно, був самопідтримуваним, партнери при їх хаотичному русі повинні зустрічатися досить часто, отже, повинна бути досить висока щільність речовини, або, що те ж, тиск.
Що буде відбуватися при подальшому збільшенні тиску? Щільність стає все вище - і при зближенні ядер поряд з їх взаємним відштовхуванням все сильніше починає проявлятися кулонівське взаємодія налітають ядер з сусідами партнерів; сусіди не підпускають налітають ядра до можливого партнера по реакції, екранують його. У позначенні режиму термоядерної реакції з'являється добавка "з сильним екрануванням" - на відміну від слабкого, пренебрежимо малого екранування, доки густина речовини була мала.
Тиск зростає, плазма стає Рідкоподібні. Рух кожного ядра тепер визначається його найближчими сусідами. Близьким порядком рідина нагадує тверде тіло, нам же зараз важливий нменно він - партнерами ядра з ядерної реакції можуть стати лише його найближчі сусіди.
Розвернувшись до осі даленіє, перейшовши криву плавлення, ми вступаємо в зону твердого стану речовини.
Поки температура висока, висока, і необхідна для ядерної реакції кінетична енергія ядер, які коливаються біля вузлів кристалічної решітки. Але при високих тисках можна обійтися і без високих температур завдяки високій енергії нульових коливань. Тиск зближує ядра, а чим менше відстань їх зближення, тим імовірніше їх злиття завдяки тунельному ефекту. Нарешті, з ростом тиску зростає частота нульових коливань - частота зустрічей партнерів, настільки важлива для ядерної реакції.
Пікноядерний режим - так називається описаний режим ядерної реакції, що йде в холодному, але досить стислому твердій речовині.
Кордон відповідної зони для водню позначена однією з двох червоних прямих - тієї, що проходить вище і положе. Зони термоядерних режимів з сильним і слабким екрануванням відокремлені один від одного тією ж прямий, що розділяє водневу плазму на Рідкоподібні і ідеальну. Червона крива - поріг для ядерних реакцій в водні. За діаграмою неважко зробити висновок, що в серцевині Сонця і подібних йому зірок, що складаються в основному з водню, йдуть термоядерні реакції зі слабким екрануванням.
Чи відбуваються ядерні перетворення в надрах пульсарів або білих карликів? Ні, ядра водню, які могли б вступити в ядерні реакції при пануючих там умовах, вже "вигоріли" на більш ранніх стадіях еволюції цих зірок.
4. Верхня межа області екстремальних станів речовини
Результати ядерних процесів складаються в перегрупуванні нуклонів, в переході одних ядер в інші. При цьому структурний склад речовини на рівні елементарних частинок не змінюється і не виникає нових його форм. Між тим перетворення такого роду при досить високих температурах і тисках неминучі і грають важливу роль в астрофізиці.
При високих температурах теплове випромінювання речовини вносить все більш помітний і навіть визначальний внесок у його енергію і тиск. Утворюється окрема фотонна компонента речовини, що знаходиться в рівновазі з іншими компонентами - ядерної та електронній. Відповідна межа позначена на діаграмі зеленої похилій прямій.
Правіше пролягають дві криві - теж зеленого кольору. Про що розповідають вони?
Висока енергія, сконцентрована в речовині, може втілиться в ee + пари, так що за порогом в десятки мільярдів градусів стає істотною позитронна компонента речовини. Двома порядками вище починається область термічної дисоціації речовини: важкі ядра розвалюються на більш легкі та нейтрони (в речовині з'являється нейтронна компонента), при більш високих температурах легкі ядра розпадаються на нуклони.
З іншими ефектами зустрінемося ми, наближаючись до верхньої межі області екстремальних станів по осі тисків. Ось найважливіші з них.
Чим вище тиск, тим з більшою ймовірністю вільні електрони захоплюються ядрами і внутрішньоядерні протони перетворюються на нейтрони. При великих тисках і плотностях ядра, перевантажені нейтронами, розвалюються, звільняючись від зайвих нейтронів, - виникає самостійна нейтронна компонента речовини (поріг нейтронізаціі позначений зеленої горизонтальної прямої). При ще великих плотностях ядра розвалюються остаточно і речовина перетворюється на суміш нейтронів, протонів і електронів, причому концентрація заряджених частинок в сотні разів менша за концентрацію нейтронів. Подальше зростання щільності супроводжується появою в речовині нових елементарних часток, які в звичайних умовах нестабільні - мю-мезонів, гіперонів, резонансів і т. д.
Передбачення про можливе існування в природі нейтронного речовини було зроблено ще давно. Тоді ж було зазначено, що ця речовина слід шукати в надрах особливих (нейтронних) зірок. Такі зірки були відкриті і ототожнені з короткоперіодних змінними джерелами випромінювання - пульсарами. На рис. 6 зображена модель пульсара середньої маси, яка використовується зараз астрофізиками. Зовнішня оболонка, кора, складається з нейтронноізбиточних ядер і частково вільних нейтронів. Серединний шар, мантія, являє собою нейтронно-протонно-електронну рідина. Нарешті, центральна частина, ядро, містить гіперонів, резонанси і т. д.
Рис. 6. Модель внутрішньої будови пульсара середньої маси. 1 - зовнішня кора (ядра й електрони), 2 - внутрішня кора (ядра, електрони і нейтрони), 3 - мантія (нейтрони, протони і електрони); 4 - ядро пульсара (нейтрони, протони, електрони, мезони, резонанси, гіперонів)
Чим пояснити такі часті спалахи їх випромінювання? Мабуть, тим, що активна область на поверхні зірки випромінює безперервно, але в досить вузькому конусі. Пульсар обертається, і Земля на коротку мить потрапляє в промінь цього своєрідного прожектора і знову виходить з нього. Розтрачуючи енергію на випромінювання, пульсар повинен уповільнювати своє обертання. І це підтверджується даними астрономічних спостережень. Для прикладу можна вказати пульсар Крабовидної туманності (пульсар - залишок зорі, що спалахнула, як найновіша; туманність утворилася в результаті цього спалаху). Однак, на графіку убування кутовий швидкості є різкі скачки (рис. 7). Чим пояснити їх? Мабуть, тим, що перебудова форми пульсара (кожної кутової швидкості відповідає своя конфігурація еліпсоїда обертання) не встигає за спадом кутовий швидкості. У твердій оболонці пульсара виникають напруги, нарешті, вона розламується - у момент "зоретрус" стрибком змінюється форма пульсара і його момент інерції, і в повній відповідності з законом збереження моменту кількості руху стрибком змінюється і кутова швидкість зірки.
Рис. 7. Кутова швидкість пульсара повільно убуває з часом. У момент зоретрус вона зростає стрибком в силу того, що різко змінюється момент інерції зірки, але за час порядку тижні графік повертається на колишній "шлях"
Сказане відноситься до оболонки пульсара. Наскільки швидко змінять швидкість обертання внутрішні рідкі шари зірки? Все залежить від того, наскільки міцно зчеплені вони з зовнішніми шарами силами в'язкості.
Вимірявши час релаксації кутовий швидкості, вдалося переконливо показати: нейтронне речовина в глибинних шарах пульсара знаходиться в рідкому стані; в'язкість цієї рідини мала настільки, що її слід вважати надтекучої. Домішка вільних протонів у нейтронної рідини становить близько відсотка, причому протонна компонента знаходиться в сверхтекучем стані. Надплинність ж носіїв заряду означає не що інше як надпровідність. Це досить цікавий факт.
5. «Чорні діри» як об'єкти, що складаються з речовини в екстремальному стані
Дуже цікавим явищем з точки зору дослідження екстремальних станів речовини є так звані «чорні діри». Очевидно, що в роботі, присвяченій екстремальним станам речовини, неможливо уникнути хоча б короткого огляду цих астрономічних об'єктів, незважаючи на їх малу вивченість і великою мірою теоретичний і гіпотетичний характер відомостей про них.
Для початку слід дати поняття про те, що ж, власне, представляє з себе чорні діра.
У 1783 році англійський математик Джон Мітчел, а через тринадцять років незалежно від нього французький астроном і математик П'єр Симон Лаплас провели дуже дивне дослідження. Вони розглянули умови, за яких світ не зможе покинути зірку.
Логіка вчених була проста. Для будь-якого астрономічного об'єкту (планети або зірки) можна обчислити так звану швидкість втечі, чи другу космічну швидкість, що дозволяє будь-якому тілу або частці назавжди його покинути. А у фізиці того часу безроздільно панувала ньютонівська теорія, згідно якої світло - це потік частинок (до теорії електромагнітних хвиль і квантів залишалося ще майже півтораста років). Швидкість тікання частинок можна розрахувати виходячи з рівності потенційної енергії на поверхні планети і кінетичної енергії тіла, «втік» на бескончно велику відстань. Ця швидкість визначається формулою
| V = | √ | 2G | M | , |
| R |
Звідси легко виходить радіус тіла заданої маси (пізніше отримав назву «гравітаційний радіус r g»), при якому швидкість втечі дорівнює швидкості світла:
| r g = | 2G | M | , |
| c 2 |
Нескладно розрахувати, що Сонце (його маса 2.10 33 г) перетвориться на чорну діру, якщо стиснеться до радіуса приблизно 3 кілометри. Щільність його речовини при цьому досягне 10 16 г / см 3. Радіус Землі, стиснутої до стану чорної діри, зменшився б приблизно до одного сантиметра.
Здавалося неймовірним, що в природі можуть знайтися сили, здатні стиснути зірку до настільки незначних розмірів. Тому висновки з робіт Мітчела і Лапласа більше ста років вважалися чимось на зразок математичного парадоксу, що не має фізичного змісту.
Суворе математичне доказ того, що подібний екзотичний об'єкт у космосі можливий, було отримано лише в 1916 році. Німецький астроном Карл Шварцшильд, провівши аналіз рівнянь загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, отримав цікавий результат. Дослідивши рух частинки в гравітаційному полі масивного тіла, він прийшов до висновку: рівняння втрачає фізичний зміст (його рішення звертається в нескінченність) при r = 0 і r = r g.
Точки, в яких характеристики поля втрачають сенс, називаються сингулярними, тобто особливими. Сингулярність в нульовій точці відображає точкову, або, що те ж саме, центрально-симетричну структуру поля (адже будь-сферичне тіло - зірку або планету - можна представити як матеріальну точку). А точки, розташовані на сферичній поверхні радіусом r g, утворюють ту саму поверхню, з якою швидкість втечі дорівнює швидкості світла. У загальній теорії відносності вона іменується сингулярної сферою Шварцшильда або горизонтом подій (чому - стане ясно в подальшому).
Вже на прикладі знайомих нам об'єктів - Землі і Сонця - ясно, що чорні діри є вельми дивні об'єкти. Навіть астрономи, що мають справу з речовиною при екстремальних значеннях температури, щільності і тиску, вважають їх досить екзотичними, і до останнього часу далеко не всі вірили в їх існування. Однак перші вказівки на можливість утворення чорних дір містилися вже в загальній теорії відносності А. Ейнштейна, створеної в 1915 році. Англійський астроном Артур Еддінгтон, один з перших інтерпретаторів і популяризаторів теорії відносності, в 30-х роках вивів систему рівнянь, що описують внутрішню будову зірок. З них випливає, що зірка знаходиться в рівновазі під дією протилежно спрямованих сил тяжіння і внутрішнього тиску, створюваного рухом частинок гарячої плазми всередині світила і напором випромінювання, що утворюється в його надрах. А це означає, що зірка є газова куля, в центрі якої висока температура, що поступово знижується до периферії. З рівнянь, зокрема, випливало, що температура поверхні Сонця становить близько 5500 градусів (що цілком відповідало даними астрономічних вимірів), а в його центрі повинна бути близько 10 мільйонів градусів. Це дозволило Еддінгтона зробити пророчий висновок: при такій температурі «запалюється» термоядерна реакція, достатня для забезпечення світіння Сонця. Фізики-атомники того часу з цим не погоджувалися. Їм здавалося, що в надрах зірки занадто «холодно»: температура там недостатня, щоб реакція «пішла». На це розлючений теоретик відповідав: «Пошукайте містечко погарячіше!».
І в кінцевому підсумку він виявився правий: у центрі зірки справді йде термоядерна реакція (інша річ, що так звана «стандартна сонячна модель», заснована на уявленнях про термоядерний синтез, мабуть, виявилася невірною - див., наприклад, «Наука і життя »№ № 2, 3, 2000 р.). Але тим не менше реакція в центрі зірки проходить, зірка світить, а випромінювання, яке при цьому виникає, утримує її в стабільному стані. Але ось ядерне «пальне» в зірці вигоряє. Виділення енергії буде припинено, випромінювання гасне, і сила, стримуюча гравітаційне тяжіння, зникає. Існує обмеження на масу зірки, після якого зірка починає необоротно стискатися. Розрахунки показують, що це відбувається, якщо маса зірки перевищує дві-три маси Сонця.
6. Речовина і простір в умовах гравітаційного колапсу
Спочатку швидкість стиснення зірки невелика, але його темп безперервно зростає, оскільки сила тяжіння обернено пропорційна квадрату відстані. Стиснення стає незворотнім, сил, здатних протидіяти самогравітаціі, немає. Такий процес називається гравітаційним колапсом. Швидкість руху оболонки зірки до її центру збільшується, наближаючись до швидкості світла. І тут починають грати роль ефекти теорії відносності. Швидкість тікання була розрахована виходячи з ньютоновсіх уявлень про природу світла. З точки зору загальної теорії відносності явища в околицях колапсуючої зірки відбуваються дещо по-іншому. У її потужному полі тяжіння виникає так зване гравітаційне червоне зміщення. Це означає, що частота випромінювання, що виходить від масивного об'єкта, зміщується у бік низьких частот. У межі, на кордоні сфери Шварцшильда, частота випромінювання стає рівною нулю. Тобто спостерігач, що перебуває за її межами, нічого не зможе дізнатися про те, що відбувається всередині. Саме тому сферу Шварцшильда і називають горизонтом подій.Але зменшення частоти рівнозначно уповільнення часу, і, коли частота стає дорівнює нулю, час зупиняється. Це означає, що сторонній спостерігач побачить дуже дивну картину: оболонка зірки, що падає з наростаючим прискоренням, замість того, щоб досягти швидкості світла, зупиняється. З його точки зору, стиснення припиниться, як тільки розміри зірки наблизяться до гравітаційного радіуса. Він ніколи не побачить, щоб хоч одна частка «пірнула» під сферу Шварцшильда. Але для гіпотетичного спостерігача, що падає на чорну діру, все закінчиться в лічені миті за його годинах. Так, час гравітаційного колапсу зірки розміром з Сонце складе 29 хвилин, а набагато більш щільною і компактній нейтронної зірки - тільки 1 / 20 000 секунди. І тут його підстерігає неприємність, пов'язана з геометрією простору-часу поблизу чорної діри. Спостерігач потрапляє в викривлене простір. Поблизу гравітаційного радіуса сили тяжіння стають нескінченно великими, вони розтягують ракету з космонавтом-спостерігачем в нескінченно тонку нитку нескінченної довжини. Але сам він цього не помітить: всі його деформації будуть відповідати спотворень просторово-часової и х координат. Ці міркування, звичайно, відносяться до ідеального, гіпотетичному випадку. Будь-яке реальне тіло буде розірвано приливними силами задовго до підходу до сфери Шварцшильда.
Розмір чорної діри, а точніше - радіус сфери Шварцшильда пропорційний масі зірки. А оскільки астрофізика ніяких обмежень на розмір зірки не накладає, то і чорна діра може бути як завгодно велика. Якщо вона, наприклад, виникла при колапсі зірки масою 10 8 мас Сонця (або за рахунок злиття сотень тисяч, а то й мільйонів порівняно невеликих зірок), її радіус буде близько 300 мільйонів кілометрів, вдвічі більше земної орбіти. А середня щільність речовини такого гіганта близька до щільності води.
Мабуть, саме такі чорні діри перебувають у центрах галактик. У всякому разі, астрономи сьогодні налічують близько п'ятдесяти галактик, в центрі яких, судячи за непрямими ознаками (мова про них піде нижче), є чорні діри масою близько мільярда (10 9) сонячної. У нашій Галактиці теж, мабуть, є своя чорна діра, її масу вдалося оцінити досить точно - 2,4 · 10 6 ± 10% маси Сонця.
Теорія припускає, що поряд з такими надгігантами повинні були виникати і чорні міні-діри масою близько 10 14 г і радіусом порядку 10 -12 см (розмір атомного ядра). Вони могли з'являтися в перші миті існування Всесвіту як прояв дуже сильної неоднорідності простору-часу при колосальній щільності енергії. Умови, які були тоді у Всесвіті, дослідники сьогодні реалізують на потужних коллайдерах (прискорювачах на зустрічних пучках). Експерименти в ЦЕРНі, проведені на початку цього року, дозволили отримати кварк-глюонну плазму - матерію, що існувала до виникнення елементарних частинок. Дослідження цього стану речовини тривають у Брукхевені - американському прискорювальної центрі. Він здатний розігнати частинки до енергій, на півтора-два порядки більш високих, ніж прискорювач у ЦЕРНі. Підготовлюваний експеримент викликав неабияку тривогу: чи не виникне при його проведенні чорна міні-діра, яка викривити наш простір і погубить Землю?
Це побоювання викликало настільки сильний резонанс, що уряд США був змушений скликати авторитетну комісію для перевірки такої можливості. Комісія, що складалася з ряду дослідників, дала висновок: енергія прискорювача занадто мала, щоб чорна діра могла виникнути (про цей експеримент розказано в журналі «Наука і життя» № 3, 2000 р.).
Чорні діри нічого не випромінюють, навіть світло. Проте астрономи навчилися бачити їх, вірніше - знаходити «кандидатів» на цю роль. Є три способи виявити чорну діру.
1. Потрібно простежити за зверненням зірок у скупченнях навколо якогось центру гравітації. Якщо виявиться, що в цьому центрі нічого немає, і зірки крутяться як би навколо порожнього місця, можна досить впевнено сказати: в цій «порожнечі» знаходиться чорна діра. Саме за цією ознакою припустили наявність чорної діри в центрі нашої Галактики і оцінили її масу.
2. Чорна діра активно всмоктує в себе матерію з навколишнього простору. Міжзоряне пил, газ, речовина найближчих зірок падають на неї по спіралі, утворюючи так званий акреційний диск, подібний кільцю Сатурна. (Саме це і лякало в Брукхевенська експерименті: чорна міні-діра, що виникла в прискорювачі, почне всмоктувати в себе Землю, причому процес цей ніякими силами зупинити було б не можна.) Наближаючись до сфери Шварцшильда, частинки зазнають прискорення і починають випромінювати в рентгенівському діапазоні. Це випромінювання має характерний спектр, подібний добре вивченого випромінювання частинок, прискорених у синхротроні. І якщо з якоїсь області Всесвіту приходить таке випромінювання, можна з упевненістю сказати - там повинна бути чорна діра.
3. У разі злиття двох чорних дір виникає гравітаційне випромінювання. Підраховано, що якщо маса кожної становить близько десяти мас Сонця, то при їх злиття за лічені години у вигляді гравітаційних хвиль виділиться енергія, еквівалентна 1% їх загальної маси. Це у тисячу разів більше тієї світловий, тепловий та іншої енергії, яку випроменить Сонце за весь час свого існування - п'ять мільярдів років. Виявити гравітаційне випромінювання сподіваються за допомогою гравітаційно-хвильових обсерваторій LIGO та інших, які будуються зараз в Америці і Європі за участі російських дослідників (див. «Наука і життя» № 5, 2000 р.).
І все-таки, хоча у астрономів немає ніяких сумнівів в існуванні чорних дір, категорично стверджувати, що в даній точці простору знаходиться саме одна з них, ніхто не береться. Наукова етика, сумлінність дослідника вимагають отримати на поставлене питання відповідь однозначна, що не терпить різночитань. Мало оцінити масу невидимого об'єкта, потрібно виміряти його радіус і показати, що він не перевищує шварцшільдовскій. А навіть у межах нашої Галактики це завдання поки нерозв'язна. Саме тому вчені виявляють відому стриманість у повідомленнях про їх виявлення, а наукові журнали буквально набиті повідомленнями про теоретичні роботах і спостереженнях ефектів, здатних пролити світло на їх загадку.
Є, правда, у чорних дір і ще одна властивість, передбачене теоретично, яке, можливо, дозволило б побачити їх. Але, щоправда, за однієї умови: маса чорної дірки повинна бути набагато менше маси Сонця.
7. Еволюція речовини чорних дір
Довгий час чорні діри вважалися втіленням тьми, об'єктами, які у вакуумі, у відсутності поглинання матерії, нічого не випромінюють. Проте в 1974 році відомий англійський теоретик Стівен Хокінг показав, що чорних дірок можна приписати температуру, і, отже, вони повинні випромінювати.
Згідно з уявленнями квантової механіки, вакуум - не порожнеча, а якась «піна простору-часу», мішанина з віртуалних (неспостережуваних в нашому світі) частинок. Однак квантові флуктуації енергії здатні «викинути» з вакууму пару частка-античастка. Наприклад, при зіткненні двох-трьох гамма-квантів як би з нічого виникнуть електрон і позитрон. Це і аналогічні явища неодноразово спостерігалися в лабораторіях.
Саме квантові флуктуації визначають процеси випромінювання чорних дірок. Якщо пара частинок, що володіють енергіями E і-E (повна енергія пари дорівнює нулю), виникає в околиці сфери Шварцшильда, подальша доля частинок буде різною. Вони можуть анігілювати майже відразу ж або разом піти під горизонт подій. При цьому стан чорної діри не зміниться. Але якщо під горизонт піде тільки одна частинка, спостерігач зареєструє іншу, і йому буде здаватися, що її породила чорна діра. При цьому чорна діра, що поглинула частку з енергією-E, зменшить свою енергію, а з енергією E - збільшить.
Хокінг підрахував швидкості, з якими йдуть всі ці процеси, і прийшов до висновку: ймовірність поглинання частинок з негативною енергією вище. Це означає, що чорна діра втрачає енергію і масу - випаровується. Крім того вона випромінює як абсолютно чорне тіло з температурою T = 6.10 -8 M с / M кельвінів, де M з - маса Сонця (2.10 33 г), M - маса чорної діри. Ця нескладна залежність показує, що температура чорної діри з масою, у шість разів перевищує сонячну, дорівнює одній стомільйонний частці градуси. Ясно, що настільки холодне тіло практично нічого не випромінює, і всі наведені вище міркування залишаються в силі. Інша річ - міні-діри. Легко побачити, що при масі 14 жовтня -10 30 грамів вони виявляються нагрітими до десятків тисяч градусів і розжарені до білого! Слід, однак, відразу зазначити, що протиріч з властивостями чорних дір тут немає: це випромінювання випускається шаром над сферою Шварцшильда, а не під нею.
Отже, чорна діра, яка здавалася навіки застиглим об'єктом, рано чи пізно зникає, испарившись. Причому в міру того, як вона «худне», темп випаровування наростає, але все одно йде надзвичайно довго. Підраховано, що міні-діри масою 10 14 грамів, що виникли відразу після Великого вибуху 10-15 мільярдів років тому, до нашого часу повинні випаруватися повністю. На останньому етапі життя їх температура досягає колосальної величини, тому продуктами випаровування повинні бути частинки надзвичайно високої енергії. Можливо, саме вони породжують в атмосфері Землі широкі амосферние зливи. У всякому разі, походження частинок аномально високої енергії - ще одна важлива і цікава проблема, яка може бути впритул пов'язана з не менш захоплюючими питаннями фізики чорних дір.
Висновок
Викладена в роботі інформація дозволяє дійти висновку про те, що екстремальні стану речовини, головним чином внаслідок складності і часом недоступності потрібних для проведення досліджень технічних засобів, є однією з найменш розроблених областей природознавства. Тим не менш, ті відомості про екстремальні станах, які вже отримані дослідниками, вказують на величезний прикладної і теоретичний потенціал даного наукового напрямку. Найбільш перспективною і цікавою з практичної точки зору в останні десятиліття завданням вважається холодний термоядерний синтез, досягнення якого цілком здатне вирішити енергетичні проблеми людства. Вивчення екстремальних станів речовини в тілах зірок і планет дає можливість поглибити фундаментальні знання про будову речовини в цілому.У цьому огляді нам довелося розглянути широку область екстремальних умов аж до тисків, на 30 порядків більше атмосферного, і температур, на 10 порядків великих температури людського тіла. Така відмінність у масштабах, звичайно, вражає уяву. Потрібно, однак, пам'ятати, що, як сказав Вольтер, "... у природі, це явище цілком природне і рядове. Володіння деяких государів Німеччини та Італії, які можна об'їхати в які-небудь півгодини, при порівнянні їх з імперіями Туреччини, Московії або Китаю дають лише слабке уявлення про тих дивовижних контрастах, які закладені в усі суще ".
Список літератури
1. Гінзбург В.Л. Про фізику і астрофізики. Статті та виступи. М.: Наука, 1992.
2. Жарков В.М. Внутрішня будова Землі і планет. М.: Наука, 1982.
3. Кіппенхан Р. 100 мільярдів сонць. Народження, життя і смерть зірок. М.: Світ, 1990.
4. Лук'янов С.Ю. Гаряча плазма і керований ядерний синтез. М., 1975.
5. Фізична енциклопедія. М.: Велика Російська енциклопедія, 1988-1998.
6. Чен Ф. Введення у фізику плазми. М., 1987.
7. Бугаєнко Л.Т., Кульмін М.Г., Полак Л.С. Хімія високих енергій. М., 1988.
8. Єфремов Ю.М. У глибини Всесвіту. М.: Наука, 1984.
9. Наука і життя. № 3,5; 2002.