Абдикамалов Б.А.
Каракалпакский государственный университет имени Бердаха.
ОБ ИЗМЕНЕНИЯХ СИММЕТРИИ ПРИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДАХ
Согласно современным космологическим моделям наша Вселенная не существовала вечно, а имела начало во времени. Само время, как и пространство, появилось одновременно с первичной материей, ибо неотделимы от нее. «Рождение» мира описывается теорией «Большого взрыва». В отдельных теориях наблюдаемая Вселенная вначале была вакуумоподобная. При этом наша Вселенная возникает при фазовом переходе вакуумоподобной среды в обычную среду. В результате такого превращения возникающая обычная среда ускоряется и переходит в состояние инерциального фридмановского разлета (cовременное состояние Вселенной). Инфляционная космология предусматривает процесс инфляции (раздувания) Вселенной в течение начальных 10-35 секунд до «взрыва», в результате которого её температура сильно повышается. Основная идея сценария раздувающейся Вселенной довольно проста: нужно, чтобы процесс спонтанного нарушения симметрии за счет роста скалярного поля шел сначала достаточно медленно, чтобы Вселенная за это время успела сильно раздуться, а на более поздних стадиях процесса скорость роста и частота осцилляций поля φ вблизи минимума V(φ) должны быть достаточно велики, чтобы обеспечить эффективный разогрев Вселенной до 1027 К. Известно также, что неожиданное расширение космоса (инфляция) связано с тем, что флуктуации первичного вакуума неимоверно выросли и стали зачатками галактик и звезд. После «Большого взрыва» происходит понижение температуры Вселенной, что в свою очередь сопровождается многочисленными фазовыми переходами. При первом фазовом переходе происходит спонтанное изменение симметрии по схеме SU(5)→ SU(3)xSU(2)xU(1). При этом плотность энергии вакуума уменьшается примерно на 1080 г/см3. Второй фазовый переход сопровождается спонтанным изменением симметрии по схеме SU(3)xSU(2)xU(1)→ SU(3)xU(1) с уменьшением энергии вакуума примерно на 1025 г/см3. Наконец, во время фазового перехода с образованием барионов из кварков плотность энергии вакуума понижается еще примерно на 1014 г/см3 и удивительным образом после всех этих огромных скачков становится равной нулю с точностью до ±10-29 г/см3. Заметим, что здесь речь идет о симметриях, которые никак не связаны с пространственными координатами и с обычным трехмерным пространством. Эти симметрии относятся исключительно к внутренним свойствам исходных полей.
Теперь рассмотрим фазовые переходы, которые происходят в кристаллах и сопровождаются изменением симметрии их атомно-кристаллического строения по мартенситному механизму. При понижении температуры во многих кристаллических телах происходят фазовые переходы, сопровождающие понижением симметрии. Такие фазовые переходы можно формально рассматривать как спонтанный процесс, осуществляемый при скалярном воздействии – однородном изменении температуры. Известно, что симметрия скаляра есть симметрия шара с плоскостями симметрии (∞∕mmm). Поэтому высокая симметрия теплового (скалярного) воздействия означает, что при переходе кристалл, по крайней мере макроскопически, не должен изменять свою симметрию. В этом состоит формально одна из основных причин разбиения кристалла на структурные домены. Легко понять, что если совокупность всех доменов ориентирована равномерно по всем кристаллографически эквивалентным направлениям, то макроскопически в целом кристалл, разбитый на домены, имеет ту же симметрию, которую он имел при высокой температуре в исходной фазе. Проявление неизменности исходной макроскопической симметрии кристаллов при фазовых переходах, вызванных скалярными воздействиями, трактуется как одно из проявлений структурной памяти [1].
Другое проявление структурной памяти заключается в следующем. Если кристалл испытывает несколько следующих один за другим фазовых переходов по мартенситному механизму, то получить представление об изменении симметрии при каждом фазовом переходе можно, считая каждый переход осуществляющимся непосредственно из самой первоначальной высокотемпературной исходной фазы. Следовательно, перед каждым фазовым переходом кристалл как бы на мгновение переходит в исходное самое высокосимметричное состояние [2-3].
Предполагается наличие связи между изменениями симметрии при фазовых переходах, происходящих в кристаллических телах по мартенситному механизму и при фазовых переходах в горячей Вселенной. Такое предположение позволяет объяснить такие важнейшие явления, как хаотическое раздувание, а также проблемы барионной асимметрии и единственности Вселенной.
Литература
1. Б.Абдикамалов. The memory effect in Lead Ortovanadate Crystals (Эффект структурной памяти в кристаллах ортованадата свинца). Узбекский физический журнал. 2. 5-6. 469 (2000).
2. Афоникова Н.С., Бдикин И.К., Осипьян Ю.А., Шехтман В.Ш., Шмытько И.М. К вопросу о структуре междоменных и межфазных границ в кристаллах системы 1-2-3. Физика твердого тела. 33. 2. 358 (1991).
3. Л.Г.Шабельников, В.Ш.Шехтман, О.М.Царев. Физика твердого тела. 1976. Т. 18. С. 1529.