Действие каждой из описанных сил можно представить как обмен частицами-квантами данного взаимодействия, при этом сильное взаимодействие осуществляется глюонами, переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны, за электромагнитное взаимодействие отвечают фотоны.
Элементарные частицы стандартной модели: фермионы, состоящие из кварков и лептонов, составляют материю, в то время как калибровочные бозоны опосредуют три взаимодействия, охватываемые стандартной моделью. А обнаруженный в 2012 году бозон Хиггса, отвечает за массы как фермионов, так и W +, W— и Z бозонов.
Стандартная модель элементарных частиц, сведённая в таблицу. Источник – Multinomial classification with neural networks in a search for t¯t-associated Higgs-boson production
Давней мечтой физиков является объединение всех четырех типов физических взаимодействия в одной Общей теории.
Ученые полагают, что при сверхвысоких энергиях все взаимодействия могут между собой объединяются в кратчайший период сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиардов лет назад. Но в последствии все взаимодействия разделились между собой и стали жить самостоятельной жизнью: сначала – гравитация, затем – сильное, а потом уже слабое и электромагнитное взаимодействия.
Так, если три типа физических взаимодействий могут быть описаны квантовой механикой, то Теория относительности, с помощью которой описывается гравитация, строится уже на основе других физических принципов.
Физические законы квантовой механики используются при изучении микромира, а Общая теория относительности применяется к гигантским массам и скоростям во Вселенной. При этом, если в квантовой механике мы можем знать только вероятность того, как будет вести себя тот или иной изучаемый физический объект, то с помощью Общая теория относительности может быть точно предсказано поведение изучаемого физического объекта.
И хотя квантовая механика и ОТО как бы не пересекаются между собой, но в то же время во Вселенной существуют физические объекты, при изучении которых они могут быть одновременно использованы. К таким физическим объектам могут быть отнесены черные дыры, которые одновременно обладают огромной массой и очень малыми размерами.
Поэтому учёные полагают, что переосмысление природы черных дыр явится путём к объединению квантовой механики и Общей теории относительности.
Чёрные дыры во Вселенной
Черные дыры невозможно наблюдать прямыми методами, как другие астрономические объекты, но факт их существования, подтверждённый множеством косвенных исследований, которые не вызывает сомнения.
Черной дырой называют область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько сильно, что ее не могут покинуть никакие объекты, в том числе и кванты света.
При этом граница черной дыры называется горизонтом событий, а ее размер – гравитационным радиусом. Черные дыры способны притягивать к себе материю, которая образовывает гигантскую быстро вращающуюся структуру вокруг черной дыры, которая именуется аккреционным диском.
Внутрь черной дыры попадает лишь часть материи, остальная отправляется обратно в космос в виде струи плазмы или джета, при этом у некоторых черных дыр скорость движения на 99% приближается к скорости света.
Изображение черной дыры, на плоскости вращения которой формируется аккреционный диск, а по оси вращения с двух противоположных сторон вырываются в виде плазмы мощные джеты
Согласно общепринятым гипотезам, существует четыре основных типа черных дыр.
К первому типу относится погасшая черная звезда, масса которой составляет не менее трёх солнечных масс.
Ко второму типу относится черная дыра средней величины, увеличивающаяся за счёт поглощения газовых скоплений и отдельных звёзд.
К третьему типу относятся сверхмассивные черные дыры с массой от ста до тысячи солнечных масс, которые находятся в центре Млечного пути и других галактик.
К четвертому типу относятся ультрамассивные черные дыры с массой, которая может в сорок миллиардов раз превосходит солнечную массу. Ученым удалось обнаружить этот объект в ходе наблюдения за движением звёзд в центре галактики Holm 15A.
Большинство ученых сегодня полагает, что черные дыры могут стать новыми окнами в мир физики за пределами теории относительности А. Эйнштейна.
В то же время пока не удаётся объяснить, что находится внутри них и можно ли происходящие в них физические явления описать с помощью математических формул.
И хотя черные дыры, являясь самыми массивными и плотными объектами во Вселенной, могут существовать очень долгое время, но в то же время они не вечны.
Так, согласно теории относительности, во Вселенной могут существовать так называемые точки сингулярности, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой.
Высказывается и предположение о том, что черные дыры могут являться частичным случаем проявления указанной сингулярности.
При этом данная сингулярность, в соответствии с принципом «космической цензуры» Пенроуза-Хокинга, находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры, вследствие чего ее невозможно увидеть.
Как отмечают авторы, исполнение этого принципа крайне важно для физики, так как открытие «голой сингулярности», хотя бы в теоретическом виде, будет означать, что вся современная физическая наука является искажённой и неверной.
В то же время ряд физиков теоретиков высказали мнение, что черные дыры не обязательно должны быть сингулярностью и они могут соединять кротовой норой или туннелем два разных пространства, однако подтверждения или опровержения данной идеи пока не найдено.
Стивен Уильям Хокинг (1942—2018) – английский физик-теоретик, космолог и астрофизик, писатель, директор по научной работе Центра теоретической космологии Кембриджского университета.
Стивен Хокинг высказал мнение, что на горизонте событий рождается пара виртуальных частиц, одна из которых попадает внутрь чёрной дыры, а другая улетает, унося с собой часть ее массы.
А поскольку пара виртуальных частиц, имеющих противоположные заряды (соответствующие электрону и позитрону) рождаются одновременно, то на основе данной теории Хокинга уместно предположить, что именно позитроны, представляющие из себя антиматерию, в большей степени поглощаются из физического вакуума черной дырой и вступая в аннигиляцию с находящейся в ней материей, приводят к соответствующему уменьшению массы черной дыры.
В то же время другая улетающая от горизонта событий виртуальная частица являющаяся электроном, представляет основу окружающей нас материи и служит строительным материалом для образования межзвёздного газа в галактике, из которого в последствии под действием сил гравитации формируются звёзды.
При этом поглощение черной дырой виртуальных частиц из межзвездного физического вакуума происходит внутри рукавов Галактики, в которых формируются уплотнение скопления водорода, являющегося строительным звездным материалом.
Более подробно об этом написано в книгах: В. И. Жиглов. Теория поглощения антиматерии, Издательские решения, 2017; В. И. Жиглов. Духовные основы теории поглощения антиматерии, Издательские решения, 2017; с которыми можно ознакомиться на ЛитРес.
Следует отметить, что учёные астрономы зафиксировали ранее неизвестное загадочное явление, заключающееся в том, что в самых крайних областях Вселенной с регулярной частотой исчезают галактики.