Эксперименты с лазером приближают разгадку тайны магнитного поля

Гравитация правит миром, это так. Но она не одинока на своём Олимпе. Ключевым помощником гравитации в формировании нашей Вселенной в том виде, в каком мы её знаем, считается магнетизм. То, каким образом эта сила, возникающая при движении электрических зарядов, способна появляться при их отсутствии, до сих пор оставалось загадкой. И вот теперь она, кажется, решена.

Слева: производимая лазером ударная волна; яркий цвет соответствует областям с высокой плотностью или температурой. Справа: моделирование коллапсионной ударной волны на догалактической фазе. (Илл. A. Ravasio, A. Pelka, J. Meinecke, C. Murphy, F. Miniati.)

Эксперимент, проведённый недавно астрофизиками из Университета Мичигана (США) и Оксфордского университета (Великобритания), показал, что даже относительно простая система, изначально лишённая какого-либо магнитного поля, способна его генерировать буквально из ничего.

И действительно, исходя из общепринятой теории Большого взрыва, вначале никакого сильного магнитного поля просто не может быть, но оно каким-то образом возникает в процессе ранней эволюции Вселенной.

Эксперимент проводился в одной из лабораторий во Франции; учёные задействовали высокоэнергетичный лазер на основе графитовых стержней, работающий в заполненной газообразным гелием камере. Пульсируя с частотой в 1 млрд раз в секунду, лазер сумел превзойти интенсивность солнечного света в триллион раз! В результате такой энергетической перегрузки начался взрывной распад некоторых углеродных атомов, протекавший с образованием мощных ударных волн, которые, распространяясь в газовой среде, генерировали магнитное поле.

По мнению астрофизиков, такой процесс возникновения магнитного поля под действием ударных волн подобен тому, что имеет место при взрыве сверхновой. Это наглядно демонстрирует один из возможных механизмов, посредством которого образовалась и эволюционировала Вселенная.

Если взглянуть на вопрос с чисто теоретической точки зрения, то проблема существования сильных магнитных полей, пронизывающих нашу Вселенную, представляет собой поистине неразрешимую загадку, даже если мы не касаемся самогó вопроса первоначального зарождения этих полей. Дело в том, что все простые теоретические расчёты, не принимающие к сведению ударную теорию, приводят к тому, что любое магнитное поле, появившееся на ранней стадии развития Вселенной, должно было полностью исчезнуть к сегодняшнему дню. Но этого не происходит, и магнитные поля обнаруживаются повсюду — даже там, где их существование совсем уж неожиданно. К примеру, в пустых пространствах между галактическими кластерами.

Гравитация запускает весь процесс, вызывая образование коллапсирующих объектов, которые начинают распространять вокруг себя ударные волны.

По мнению команды учёных, проводивших эксперимент, именно ударное взаимодействие явилось движущей силой для появления магнитного поля, и все эти процессы происходили даже до начала формирования галактик. После первичного образования разрастание магнитных полей и их поддержание в веках обеспечивалось турбулентными потоками.

И хотя результаты эксперимента можно признать более чем удовлетворительными, учёные собираются в самом ближайшем времени повторить свой опыт, использовав самый мощный в мире лазер, находящийся в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния, США). В ходе нового эксперимента предполагается достичь уровня энергии, в 10 000 раз превосходящего тот, что был зафиксирован на первом этапе. Учёные полагают, что в подобных условиях могут открыться и другие возможные механизмы возникновения магнитных полей. Быть может, это позволит нам чуть глубже проникнуть в тайны молодой Вселенной, в её давние догалактические времена...

Результаты описанного эксперимента опубликованы в сегодняшнем номере журнала Nature.