Иванов Вячеслав Васильевич. Загадки ближней Вселенной

ЗАГАДКИ БЛИЖНЕЙ ВСЕЛЕННОЙ

Согласно доминирующей в настоящее время концепции Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате так называемого Большого Взрыва из особого сверхплотного состояния, называемого сингулярностью. В момент времени t = 0 полная масса Вселенной была сосредоточена в точечной области с чрезвычайно высокими значениями давления и температуры. Затем из этой точки вырвался "огненный шар", который, расширяясь, со временем превратился в наблюдаемую нами Вселенную. Считается, что подтверждением расширения Вселенной является красное смещение в спектрах наблюдаемых галактик и трактуемое как следствие эффекта Доплера из-за разлета галактик. Движителем разлета - антигравитацией - служит "темная энергия", которой во Вселенной 72 процента. При этом во Вселенной присутствует еще и "темная масса". В общей сумме барионной и темной масс барионная материя занимает только 17 процентов [1]. Из чего состоят новые сущности: "темная энергия" и "темная масса" - пока никто не знает. Обнаруженное слабое фоновое изотропное радиоизлучение с температурой 2,7 градуса по Кельвину служит доказательством модели "горячей" Вселенной.

Абсолютно достоверный сценарий рождения и эволюции Вселенной никто из смертных написать не может. Поэтому, естественно, что возражения против стандартной модели постоянно возникают. Например, С.Семиков в интересной статье [2], основываясь на теории Ритца, пишет: "Одна эта теория даёт все, что объясняла электродинамика Максвелла, СТО и ОТО, а сверх того предсказывает закон Хаббла и прочие эффекты космоса, непонятные в рамках этих теорий".

В программной статье "Неизбежна ли начальная сингулярность?" В.Никитин предлагает обобщённую модель возникновения Вселенной из вакуума за счет слияния отдельных областей дискретного пространства, порождающих в своем объеме ударные волны, при интерференции которых может возникать разрыв дискретного пространства - будущий центр Большого взрыва [3]. По этой модели само дискретное пространство физического вакуума является источником всего сущего, в результате фазовых переходов и структуризации которого происходит появление таких его качеств как энергия, масса и заряд. Сильное утверждение, потому что для возникновения Вселенной, как минимум, необходимо, чтобы она первоначально представляла собой физическое трехмерное вакуумное состояние.

В.Фролов в работе [4] для объяснения эффекта красного смещения спектра галактик в дополнение к эффекту Доплера предлагает три других вероятных варианта, среди которых - эффект потери фотонами энергии при преодолении гравитационного поля галактик, эффект Абрахама (световое трение) и немонохроматичность самих фотонов.

Однако наука, до тех пор, пока не установлена абсолютная истина, следуя демократическим принципам, опирается на так называемые стандартные модели, принятые на данный момент большинством ученых в мире. При этом она не отвергает выдвижение других гипотез, конкурирующих с принятыми моделями. Борьба идей проверяется практикой, за которой остается последнее слово. Поэтому автор настоящей статьи, понимая, что наша Вселенная может быть нестационарной, принимает модель Большого взрыва в русле идей работы [3] и не боится поднять вопрос устройства ближней Вселенной. Автору, как инженеру, интересно понять механизм образования объектов ближней Вселенной, таких как галактики и их скопления и сверхскопления. Даже в рамках стандартной модели проблема возникновения галактик остается нерешенной и в настоящее время. Главное для автора, при анализе этого вопроса, - это опираться на факты, признанные научным сообществом на данный момент состояния науки как предпочтительные, хотя, возможно, и не бесспорные.

Итак, первый факт. Вселенная расширяется. Скорость удаления галактик друг от друга подчиняется закону Хаббла: v=H"R, где Н-постоянная Хаббла, а R - расстояние между галактиками или их скоплениями. По данным современных астрофизических наблюдений постоянная Хаббла равна: H=72 +(-) 8 км/с/Мпк [1].

Как уже говорилось, не все ученые согласны с тезисом, что Вселенная расширяется. Оригинальная идея изложена в статье [5], которая предполагает, что физический смысл постоянной Хаббла характеризует не скорость расширения Вселенной, а скорость изменения массы электрона. Идея перетекания массы от протона к электрону и обратно, конечно, оригинальна, но, как считает автор настоящей статьи, не сильнее гипотезы утверждающей, что постоянная Хаббла отражает собственные колебания вакуума, возникшие вследствие грандиозных взрывных процессов, происшедших при фазовых переходах физического вакуума.

Таким образом, постоянная Хаббла является функцией времени Н(t). Если искусственную размерность постоянной Н привести к нормальному виду, то ее современное значение будет равно: Н(t_сов_р)=2,32"10^-18 +(-) 0,26"10^-¹⁸ 1/с. Действительно, постоянная Хаббла является частотой и измеряется в герцах. Следовательно, скорость удаления галактик должна быть записана в общем виде

v(t) = ν(t)"R(t), (1)

где ν(t)-текущее значение частоты колебания вакуума равное Н при t=t_сов_р .

В дальнейшем, для удобства, функции времени будем писать без указания аргумента в скобках, а начальные значения этих функций будем писать с индексом "0".

Ускорение галактик может быть получено дифференцированием по времени скорости расширения

а_р = dv/dt = d/dt(ν"R) = (dν/dt)"R + (dR/dt)"ν . (2)

Как видно из выражения (2) ускорение разлета зависит не только от постоянной Хаббла и расстояния между галактиками, но и от их производных по времени.

Галактики редко встречаются одиночными. Обычно они входят в состав обширных скоплений, насчитывающих сотни и тысячи галактик. В ближней Вселенной не самой большой является Местная группа галактик, куда входит наша Галактика Млечный Путь. Как образовались скопления галактик? Следуя стандартной модели, можно предположить, что после Большого взрыва в "огненном шаре" по мере его расширения возникали флуктуации плотности, приводящие к появлению неоднородностей, из которых в дальнейшем развились протоскопления галактик. Как пишет автор статьи [3]: "В начале Большого взрыва любая разлетающаяся материя (пространство) вследствие наличия вращательного момента протогалактик и их скоплений закручивается в спираль. На внешней стороне этой спирали образуется больше (условно-правых) вихрей пространства - кварков, чем на внутренней-антикварков". Протоскопления галактик, состоящие, вероятно, из горячей неоднородной плазмы, в результате взаимодействия с кварк-антикварковой составляющей и дискретным пространством физического вакуума приобретают динамическую неустойчивость и распадаются в результате взрывного процесса со временем на протогалактики.

В момент распада протоскопления галактик, в результате воздействия ударных вакуумных волн с частотой вибрации вакуума ν=ν₀, произошло рождение времени, аналитическое выражение которого автор предлагает принять в следующем виде: t=τ"(ν₀-ν)/(ν-ν_k), где τ-некоторый параметр, измеряемый в единицах времени; ν₀-начальное значение вибрации вакуума; ν_k-конечное значение вибрации вакуума. Естественно, что при ν=ν₀ следует, что t=0, а при ν=ν_k следует, что t=∞.

Второй факт. Полная масса Вселенной сохраняется неизменной при ее космической эволюции

R³"ρ = R₀³"ρ₀ = (3"М)/(4"π) = const. (3)

В уравнении (3) для любого текущего значения времени входит среднее значение плотности.

Третий факт. Закон всемирного тяготения. На пробное тело, находящееся на границе некоторого объема с массой М, действует ускорение

a_тяг= - G"M/R²= - 4"π"G"R"ρ/3, (4)

где G = 6,67"10^-11 м³/(с²"кг) - гравитационная постоянная.

Ускорение разлета галактик (2), с учетом выражения для дифференциала времени dt=-τ"[(ν₀-ν_k)/(ν-ν_k)²]"dν, преобразуется к виду

а_р=R"[ν²-3"(ν-ν_k)²/δ]. (5)

Полное ускорение пробного тела с учетом выражений (4)-(5) равно сумме ускорений разлета и гравитационного притяжения

ν²- 3"(ν-ν_k)²/δ - (4" π"G"ρ)/ 3= a/R , (6)

где δ=3"τ"(ν₀-ν_k).

Уравнение (6) отражает динамику движения, как галактик, так и целых групп галактик, связанных общим полем тяготения.

Четвёртый факт. Авторами работы [6] изучены данные наблюдения ближней Вселенной с помощью космического телескопа "Хаббл" в течение 200 его орбитальных периодов. Обработаны данные о более 200 галактиках, находящихся на расстоянии до 7 Мпк (1 Мегапарсек = 3,1"10¹⁹ км). Расстояния до галактик измерены с точностью 8-10%. Скорость галактик измерена с помощью радиоастрономических методов с точностью не менее чем 2-5 км/с.

Наблюдалась Местная группа галактик, в которую входит наша Галактика Млечный Путь, Галактика Андромеда, галактика в созвездии Треугольника, а также четыре десятка карликовых эллиптических и неправильных галактик, наибольшими из которых являются Магеллановые Облака. Местная группа занимает объем поперечником около 2 Мпк, является гравитационно связанной и никакого расширения эта группа не обнаруживает. Сразу за границами объема Местной группы до расстояния в 3 Мпк от центра группы имеется около двух десятков галактик-карликов, суммарная масса которых незначительна по сравнению с основной массой. Оказалось, что галактики-карлики с расстояния 1,3-1,5 Мпк и далее удаляются от центра Местной группы, следуя закону Хаббла.

Изучались также группа галактик во главе с крупнейшей Галактикой Центавр-А и группа галактик во главе с Галактикой М81. Картина разбегания галактик-карликов от центра этих групп аналогична картине Местной группы.

Таким образом, в ближней Вселенной наблюдается местный хаббловский поток, что позволяет сделать важнейший вывод. Как говорят авторы работы [6]: "Все дело в тёмной энергии: создаваемое ею антитяготение служит основным динамическим фактором, который контролирует космологическое расширение на всех масштабах, где наблюдается регулярное космологическое расширение - от границ Местной группы и до края видимой Вселенной. И далее: "Выходит, что глобальный поток разбегания галактик и местный хаббловский поток имеют одну и ту же динамическую асимптотику - состояние безраздельного господства антитяготения темной энергии".

Факт динамического расширения скоплений галактик ближнего космоса, повторяющих движение целой Вселенной, является знаменательным. Природа как бы подсказывает нам, что за Большим взрывом следовал каскад малых взрывов.

Итог. Рассмотренные факты позволяют, применяя принцип подобия части целому, анализировать эволюцию Местной группы галактик как мини Вселенную.

Следовательно, если исходные законы, определенные выражениями (1)-(3), (6), верны, то их достаточно для того, чтобы заглянуть в прошлое Местной группы галактик.

Приведем выражения (1)-(3), (6) к виду удобному для дальнейшего анализа.

Из уравнения (1), используя выражение для дифференциала времени, получаем дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными, проинтегрировав одну часть которого от ρ₀ до ρ и вторую часть от ν₀ до ν, находим

ρ/ρ₀= ЕХР[ln[(ν-ν_k)/(ν₀-ν_k)]^δ - δ"ν_k"[(1/(ν-ν_k) -1/(ν₀- ν_k)]] . (7)

Продифференцированное по времени уравнение (3), с учетом дифференциала времени, приводится также к уравнению с разделяющимися переменными, проинтегрировав одну часть которого от R₀ до R и вторую часть от ν₀до ν, получим

R/R₀ = ЕХР[ln[(ν₀-ν_k)/(ν-ν_k)]^δ^/3 +δ"ν_k"[(1/(ν-ν_k) -1/(ν₀- ν_k)]/3] . (8)

Для упрощения расчетов примем, что ν_k=0. Тогда уравнения (3), (6)-(8) примут соответственно следующий вид

R³"ρ = R₀³"ρ₀ = (3"М)/(4"π) = const, (9)

ν^δ/ρ = ν₀^δ/ρ₀ = С₁ = const, (10)

R"ν^δ^/3= R₀"ν₀^δ/3 = C₂ = const, (11)

ν²- (4"δ"π"G"ρ)/[3"(δ-3)] = a"δ/[R"(δ-3)]. (12)

На основе уравнений (9)-(12) можно определить начальные значения физических параметров Местной группы галактик.

По последним астрофизическим данным наблюдения за динамикой галактик найденная величина ускорения разлета галактик оказалась положительной [6]. Следовательно, согласно уравнению (12) параметр δ, входящий в приведенные уравнения, должен иметь значение больше 3. Сравнивая выражение для энергии пробной массы, приведенной в работе [7,С.60], с выражением (12) из условия сохранения баланса энергии в классической ньютоновской форме находим, что δ=3"τ"ν₀=6, откуда следует, что τ"ν₀=2. Физический смысл параметра τ состоит в том, что он характеризует длительность процесса формирования основных структурных образований ранней Вселенной - протогалактик и их скоплений. Общее время развития Вселенной будет иметь вид: T = τ + t, где время τ является эпохой формирования протогалактик и их протоскоплений. Уравнение времени, в русле которого формируется вся современная инфраструктура Вселенной (галактики, звёзды и их комплексы) определяется выражением: t=2"(1/ν-1/ν₀). Время t является собственным временем галактик.

Далее. Постоянную уравнения (10) можно принять в виде: С₁=Н⁶/ρ_м , где Н=2,32"10^-18 1/с и ρ_м=0,8"10^-2⁵ кг/м³ - современные значения постоянной Хаббла и средней плотности Местной группы галактик. Постоянную С₂ получим из условия совместности уравнений (9)-(11) в виде: С₂=[(3"M"С₁)/(4"π)]^1/3. По известным оценкам [6] масса галактик Местной группы не превышает нескольких триллионов масс Солнца. Учитывая, что масса Солнца составляет 2"10³⁰ кг, то массу Местной группы галактик можно принять примерно равной 1"10⁴³ кг. Структурные образования протоскоплений галактик зародились на грани перехода эры излучения в эру вещества. Согласно некоторым данным, зарождение протоскоплений галактик произошло около трехсот тысяч лет от начала Большого взрыва, хотя, по мнению автора, они возникли на порядок раньше. Однако для проведения расчетов примем, что τ=1"10¹³ с (300 тысяч лет). В этом случае начальные параметры протоскопления Местной группы галактик, рассчитанные согласно уравнениям (9)-(11), будут равны: ν₀=2"10^-1³ 1/с; R₀=4,2"10¹² м; ρ₀=3,3"10⁴ кг/м³ . Из значений этих показателей следует, что вся масса протоскопления Местной группы галактик была сконцентрирована в объеме радиусом 4200 миллионов километров (большая полуось орбиты Нептуна равна 4498,5 миллионов километров), средняя плотность протовещества приблизительно в десять раз превышает плотность Земли, период колебания вакуумной структуры (дискретного пространства физического вакуума) составляет: 5"10¹² с.

В связи с полученными результатами нельзя не вспомнить идею замечательного советского ученого В.А.Амбарцумяна [8]. Это так называемая "Бюраканская концепция". Её суть заключается в том, что звезды образуются не путем конденсации из облаков газа, а вследствие взрыва сверхплотных невидимых "дозвездных" тел. Официальная наука считает эту гипотезу ошибочной. Однако дальние астрономические наблюдения выявили, что в ранней Вселенной существовали многочисленные удивительные объекты - квазары (источники радиоизлучения), светимость которых в видимом диапазоне в сотни раз ярче, чем самые большие галактики. Некоторые ученые считают, что квазары возникли на определенном этапе эволюции Вселенной. Куда они делись потом? Почему их нет в ближней Вселенной? На эти вопросы напрашивается вероятный ответ. Может быть, квазары и подобные им объекты и были протоскоплениями галактик, а затем во взрывном процессе распались, дав жизнь многообразным типам галактик и звёзд?! Может быть, эвристические идеи В.А. Амбарцумяна на следующем витке спирали познания обретут новое звучание?!

Литература

1. Ксанфомалити Л. Темная Вселенная //Наука и жизнь. 2005. N5.

2. Семиков С. Тайны гравитации и антигравитации //Инженер. 2010. N8.

3. Никитин В. Неизбежна ли начальная сингулярность? //Инженер. 2009. N4.

4. Фролов В. А расширяется ли наша Вселенная?//Техника-молодежи. 2010. N923.

5. Черный В. Циклическая Вселенная //Наука и жизнь. 2009. N10.

6. Караченцов И.Д., Чернин А.Д. Темная энергия в ближней Вселенной //Природа. 2008. N11.

7. Спиридонов О.П. Фундаментальные физические постоянные. М.: Высшая школа, 1991.

8. Ефремов Ю.Н. Что такое "Бюраканская концепция"//Природа. 2009. N4.

Комментарии: 2, последний от 27/04/2013. © Copyright Иванов Вячеслав Васильевич Размещен: 20/04/2012, изменен: 29/07/2015. 21k. Статистика. Статья: Естествознание Скачать FB2		Ваша оценка:

Иванов Вячеслав Васильевич : другие произведения.

Загадки ближней Вселенной