Квантовая смерть звезд.

Звездный синтез и сверхновые регулируются взаимодействиями квантовых частиц (в огромных масштабах). В общем, существует множество возможных способов взаимодействия, распада и т. д. частиц с различной вероятностью. Чтобы правильно понять физику системы, вы должны учитывать все возможности (вплоть до допуска ошибок на практике).

Часто можно встретить фразы вида «ситуация X благоприятствует реакции Y». Это означает, что условия (X) делают вероятность Y большей, чем любая другая возможная реакция, но это не означает, что Y имеет вероятность 1. Некоторые могут предпочесть использовать эту формулировку, когда вероятность Y в каком-то смысле намного больше. больше, чем любое другое событие.

Протон - протонная цепочка , управляющая главной стадией последовательности звезды, является ярким примером того, почему нельзя сбрасывать со счетов реакции, которые не приветствуются. Если бы вы это сделали, вы бы пришли к выводу, что наше собственное солнце не способно к термоядерному синтезу. «Излюбленная» реакция для двух взаимодействующих протонов в звезде, подобной нашему Солнцу, состоит в том, чтобы просто отскакивать друг от друга благодаря кулоновскому отталкиванию . У протонов просто не хватает энергии, чтобы преодолеть это отталкивание и подвергнуться синтезу. Технически это утверждение также не является вероятностью 1, но очень близко к ней. Но невероятное квантовое туннелированиеСобытие возможно обойти этот потенциальный барьер, позволив взаимодействующим протонам сливаться, когда они сталкиваются в самый подходящий момент, и кости благоприятствуют им. Но дипротон нестабилен. Наиболее предпочтительной реакцией в этом состоянии является немедленный распад дипротона на два протона. Но есть небольшой шанс, что вместо этого один из протонов подвергнется бета-распаду с образованием нейтрона, и в этот момент у вас будет стабильное ядро ​​гелия. То, что эти вещи настолько маловероятны, является основным фактором того, почему нашему Солнцу нужны миллиарды лет, чтобы исчерпать достаточно своего водорода (он же протонов), чтобы начать синтез гелия и выйти из основной стадии. Из-за этого даже очень большим звездам нужны миллионы лет.

Таким образом, хотя протон-протонная реакция довольно маловероятна, звезды настолько огромны, что существует не только виртуальная уверенность в том, что какая-то протон-протонная реакция даст гелий, но и виртуальная уверенность в том, что реакции будут происходить в больших количествах. числа и непрерывно, пока доступные реагенты не истощаются.

С другой стороны, у нас есть сверхновые .. Существует довольно много разновидностей сверхновых, но обычно понимаемые типы — внешние слои коллапсируют, а затем резко отскакивают от ядра — характеризуются внезапной потерей радиационного давления из-за того, что определенные эндотермические реакции становятся благоприятными. Виновником здесь является производство железа в результате синтеза: для его плавления требуется больше энергии, чем высвобождается. Последняя доля секунды жизни такой звезды наступает, когда условия благоприятствуют производству железа путем синтеза. Нелепо благоприятствует этому, поскольку я действительно имею в виду, что это последняя доля секунды. Существует непостижимо малая вероятность того, что это производство железа не произойдет в течение какого-то выбранного периода времени, и если оно остановится достаточно долго, то звезда, вероятно, подвергнется другому событию. См. Также ответ Дэвида для другого крайне маловероятного, но технически возможного,

Предположим, вы собрали 11,0114 грамма углерода-11, вернулись через 27,11 часов (80 периодов полураспада) и посмотрели, во что превратился ваш образец. Наиболее вероятный результат: вы обнаружите, что у вас есть 11,0093 грамма бора-11 и абсолютно нет углерода-11. Вы можете найти атом или два углерода-11 среди этих 11,0093 грамма бора-11.

А как насчет других результатов, например, какова вероятность того, что ни один из атомов углерода-11 из числа Авогадро не распадется на бор-11 в течение 27,11 часов?

«Технически возможно», что ни один из атомов углерода-11, указанных Авогадро, не распадется за 27,11 часов. Вероятность того, что ни один атом углерода-11 не распадется за этот промежуток времени, равна$2^{-80}$. Это крошечное число. Вероятность того, что ни один из атомов углерода-11 из числа Авогадро не распался, равна$\left(2^{-80}\right)^{6\times 10^{23}}$, или менее одного из одного в$10^{10^{25}}$. Это не просто крошечное число. Разница между «технически возможно» и «не может произойти» по существу равна нулю.

Как это применимо? Этот результат, например, применим к белому карлику, похищающему массу у двойной пары и превращающемуся в нейтронную звезду, а не в сверхновую типа 1A, когда масса белого карлика приближается к пределу Чандрасекара. Все, что для этого требуется, — это небольшое количество (может быть, всего одна) реакций синтеза углерода с углеродом. Вероятность того, что этого не произойдет, поскольку масса приближается к пределу Чандрасекара, не просто мала. Он меньше, чем меньше, чем маленький.

Но это «технически возможно».