Экстремальные состояния вещества на
Земле и в космосе
В. Е. Фортов
7 ноября 2008 г. Содержание
1 Введение 4
2 Вещество в экстремальных условиях. Классификация со-
стояний 10
3 Высокие плотности энергии в лаборатории 17
3. 1 Основные направления исследований . . . . . . . . . . . . . 17
3. 2 Генераторы высоких плотностей энергии . . . . . . . . . . . 18
3. 3 Статические и ударно-волновые методы . . . . . . . . . . . 20
3. 4 Электродинамические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4 Мощные лазеры в физике высоких плотностей энергии 25
5 Релятивистские пучки заряженных частиц 32
5. 1 Генерация макроскопических объемов горячей плазмы . . . 33
5. 2 Релятивистские столкновения ядер. Кварк-глюонная плазма 35
6 Астрофизические аспекты высоких плотностей энергии 41
6. 1 Планеты, экзопланеты, субзвезды, белые и коричневые кар-
лики . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6. 2 Сверхэкстремальные состояния, нейтронные и кварковые
звезды, черные дыры, магнитары, кротовые норы . . . . . 46
6. 3 Космические струи, радиационные ударные волны и моле-
кулярные облака, космические лучи . . . . . . . . . . . . . . 52
6. 4 Гамма-всплески . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6. 5 Трансформация материи после Большого взрыва . . . . . . 57
1
7 Заключение 61
2
Аннотация
Обзор посвящен изучению поведения веществ при экстремаль-
но высоких давлениях и температурах, которые удается получить
в лабораторных условиях в результате кумуляции кинетической
либо электромагнитной энергии. Рассмотрена также разнообраз-
ные состояния вещества и процессы, происходящие под действием
сил гравитации и термоядерных энерговыделений.
3
1 Введение
«Мы уже знаем те законы, которым
подчиняется поведение вещества
во всех условиях, кроме
экстремальных»
С. Хокинг. Краткая история времени. Состояние вещества с предельно высокими температурами и давле-
ниями, а следовательно — с необычайно высокими концентрациями энер-
гии, всегда привлекало исследователей естественным желанием достичь
бо́льшего, возможностью получения рекордных параметров, перспекти-
вой продвижения в новые области фазовой диаграммы и возможностью
получения в лабораториях условных экзотических состояний, из кото-
рых возникла наша Вселенная в результате Большого взрыва, и в кото-
рых находится сейчас подавляющая (95 %) масса барионного (видимого)
вещества в природе.