Динамическая Вселенная

Динамическая Вселенная

Юрий Иовлев

© Юрий Иовлев, 2024

ISBN 978-5-0062-4690-4

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

Эта книга является продолжением и развитием тех идей, которые были заложены в моей предыдущей книге «Новый взгляд на современную физику и строение мироздания», изданной в середине 2018 года в Германии. Книга сначала вышла на двух языках: на русском и на английском, а, затем, была переведена на все основные европейские языки. Это результат более чем сорокалетней работы над основными положениями Специальной и Общей Теории Относительности Эйнштейна. Будучи академиком, действительным членом ЕАН (Europäische Akademie der Naturwissenschaften), Hannover, я представил книгу в Академию на конкурс, и в результате, она, в числе двух других книг, была номинирована на лучшую книгу 2018 года.

Новая книга является развитием и значительной переработкой идей, представленной в прошлой книге. В этой книге устранены многие неточности и ошибки, допущенные в первой книге. Добавлены новые разделы, касающиеся квантования гравитационного поля, антигравитации, динамических аспектов Вселенной, представлений о не замкнутости нашей Вселенной, обменивающейся материей и энергией с гиперпространством – Мультивселенной. В новой книге показано, что преобразования Лоренца и уравнения СТО, можно легко получить из физики Ньютона, если учесть, что время воздействия в каждой точке пространства относительно точки отсчёта не мгновенно, а также то, что воздействие это, передаваясь со скоростью света, распространяется в вакууме, а точнее, как мы увидим дальше, некой среды (назовём её Мировой средой) прямолинейно и независимо от дальнейшей траектории источника, его вызвавшего, а также то, что в реальности все материальные объекты движутся во Вселенной относительно этой Мировой среды по некоторым траекториям со смещением (не прямолинейно). Но, новые, выведенные из этих соображений уравнения, внешне похожие на уравнения Лоренца – Эйнштейна, использующиеся в СТО, на самом деле отличаются от них и имеют несколько иной физический смысл.

На основании формул из этих уравнений стало возможным убрать бесконечные величины характеристик физических объектов, достигающих скорости света, теоретически обосновать и показать возможность перемещения в пространстве со скоростями, превышающими скорость света. Уравнения позволяют объяснить принцип перехода материи через световой (энергетический) барьер, обосновать существование Мировой среды.

В книге приведён расчёт величин энергетического барьера зоны неопределённости, возникающей при переходе через «световой барьер». В данной книге приведены точные вычисления величины температуры фонового излучения Вселенной, как результат процессов, происходящих в зоне неопределённости светового барьера («Кипящем слое вакуума»).

Предложена гипотеза наличия Пространственных проколов (Spatial puncture или сокращённо SP), внутри космических объектов, как источников энергии, материи и магнитного поля. Рассчитаны физические и энергетические параметры этих проколов, предложены принципы их возникновения и существования. Предложен новый взгляд на строение и состав внутренних ядер планет. Приведён расчет изменения основных параметров нашей планеты в течение двухсот миллионов лет, в рамках гипотезы «Растущей Земли». Показана зависимость параметров планет Солнечной системы от излучения, возникающего из SP внутри них. Сделана попытка объяснения изменения магнитных полей планет Солнечной системы во времени и дрейфа их полюсов. Предложена гипотеза наличия Пространственных проколов, во внутренних ядрах звёзд и галактик, как источника энергии, определяющего параметры этих объектов. Дана классификация различных типов Пространственных проколов, в зависимости от типов космических объектов, в которых они находятся. Приведена таблица температуры SP, находящихся в центрах звезд, в зависимости от их класса и температуры поверхности. Предложено объяснение структуры и состава внутренних ядер квазаров и галактик, их энергетических характеристик, а также механизма образования джетов.

В книге также теоретически обосновано квантование гравитационного поля. Предложена единая формула для макрополей. Показано преобразование формулы Закона всемирного тяготения Ньютона, с точки зрения единой формулы. Обосновано предположение о реальном значении гравитонной постоянной в глубоком вакууме. Дано понятие о гравитационной проницаемости. Показана связь между собой электрического, магнитного и гравитационного поля, их формулы выражены друг через друга и через скорость света. Предложено понятие и описаны свойства гравитона, как частицы, передающей гравитационное взаимодействие, рассчитана его масса. Описаны условия возникновения антигравитации.

В книге также затронуты основные вопросы строения и динамического развития нашей трёхмерной Вселенной и её взаимосвязь с четырёхмерной Мультивселенной.

Введение. Проблемы современной космологии

Человечество с незапамятных времён интересовал вопрос о строении мироздания, в котором мы живём. Это мироздание в настоящее время обозначается словом – Вселенная. В Большом энциклопедическом словаре Вселенная определена, как «Весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве, и бесконечно разнообразный по формам, которые материя принимает в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая астрономией, – часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки (иногда эту часть Вселенной называют Метагалактикой)».

1 Большой взрыв

В начале 20-го века доминирующее место заняла тория о возникновении и эволюции нашей Вселенной в результате «Большого взрыва». Общепринятая, на данный момент, научная теория, это модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно – то, что Вселенная постоянно расширяется. Считается, что перед этим она находилась в точке в сжатом состоянии [72].

Рис.1. Эволюционная модель Вселенной в результате «Большого взрыва»

На рис.1 показана общепринятая эволюционная модель (горячее расширение Вселенной), описывающая раннее развитие Вселенной, начало её развития, перед которым она находилась в сжатом до точки, так называемом, сингулярном состоянии. Экстраполяция, как официально считается, расширения Вселенной назад во времени приводит, при использовании общей теории относительности и некоторых других альтернативных теорий гравитации, к бесконечной плотности и температуре в конечный момент времени в прошлом. Размеры Вселенной тогда равнялись нулю – она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью (часто космологическую сингулярность образно называют «рождением» Вселенной). Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях общей теории относительности была доказана, в числе прочих теорем о сингулярностях, Р. Пенроузом и С. Хокингом в конце 1960-х годов.

Теория Большого взрыва не даёт никакой возможности говорить о чём-либо, что предшествовало этому моменту, потому что наша математическая модель пространства-времени в момент Большого взрыва теряет применимость. Для того, чтобы хоть как-то объяснить этот парадокс, некоторыми учёными (в частности, Стивеном Хокингом) для решения этой проблемы была предложена идея комплексных координат пространства-времени, где измеряемому нами времени соответствовала бы мнимая координата.

Но, несмотря на значительные успехи, теория горячей Вселенной сталкивается с рядом трудностей. Если бы Большой взрыв вызвал расширение Вселенной, то в общем случае могло бы возникнуть сильное неоднородное распределение вещества, чего не наблюдается. Теория Большого Взрыва также не объясняет расширение Вселенной, она принимает его как факт [29]. Есть также некоторое число наблюдательных фактов, плохо согласующихся с изотропностью и однородностью наблюдаемой Вселенной наличие преимущественного направления вращения галактик, неоднородности в распределении галактик на наибольших доступных масштабах, ось зла [80].

С развитием наблюдательной астрономии, появлением всё более мощных телескопов, позволяющих заглянуть вглубь Вселенной, возникает всё больше вопросов к общепринятой космологической модели и к физическим принципам, на которой она базируется. В связи с этим возник ряд теорий, которые пытаются объяснить строение и развитие Вселенной с других точек зрения.

2 Альтернативные теории

Одной из известных и серьёзных теорий является теория, не отрицающая расширения Вселенной, – теория стационарной Вселенной, разработанная в 1948 году Ф. Хойлом, Томасом Голди и Германном Бонди. Суть теории в том, что между разлетающимися галактиками постоянно создаётся новая материя и таким образом космологический принцип соблюдается не только в пространстве, но и во времени. Но у Хойла нет внятного объяснения: откуда берётся эта материя? Нет и физических принципов её возникновения. Справедливости ради, нужно сказать, что она не очень хорошо согласуется и с астрономическими наблюдениями [64].

Существует так же теория А. Линде о том, что Вселенная бесконечна и заполнена очень плотной энергией, а наша видимая часть возникла расширением (инфляцией) небольшой части в «пузырёк» (как возникают пузырьки в плотном сыре) [20].

Теория Ли Смолина о том, что Вселенные возникают от взрыва «сингулярности» внутри чёрных дыр [31].

Теория Нейла Турока о рождении Вселенных в результате столкновения «бран» (многомерных мембран в теории струн) [58].

Пол Стейнхардт, один из физиков, заложивших основы инфляционной космологии, предпринял попытку развить теорию «Большого взрыва» дальше. Учёный, который возглавляет Центр теоретической физики в Принстоне, совместно с Нэйлом Тьюроком из Института теоретической физики «Периметр» изложил альтернативную теорию в книге «Endless UniverseBeyond the Big Bang» («Бесконечная Вселенная: За гранью Большого взрыва»). Модель Стейнхардта и Тьюрока утверждает, что Большой взрыв произошёл в результате столкновения нашей браны с другой браной – неизвестной нам вселенной. По этому сценарию столкновения происходят бесконечно. Согласно гипотезе Стейнхардта и Тьюрока, рядом с нашей браной «плавает» ещё одна трёхмерная брана, отделённая крошечным расстоянием. Она также расширяется, уплощается и пустеет, но через триллион лет браны начнут сближаться и в конце концов столкнутся. При этом выделится огромное количество энергии, частиц и излучения. Этот катаклизм запустит очередной цикл расширения и охлаждения Вселенной. Из модели Стейнхардта и Тьюрока следует, что эти циклы были и в прошлом и обязательно повторятся в будущем. С чего эти циклы начались, теория умалчивает.

Существующая инфляционная теория была предложена в 1981 году Аланом Гутом. Однако ключевой вклад в её создание внесли советские и экс-советские астрофизики Алексей Старобинский, Андрей Линде, Вячеслав Муханов и ряд других. Эта теория предполагает рождение множества вселенных вследствие неких инфляционных процессов, правда, как и теория Большого взрыва, просто постулирует этот факт, но не может объяснить физику этих процессов [25].

Альтернативой Большому взрыву может быть Большая заморозка. Команда физиков из Мельбурнского университета во главе с Джеймсом Кватчем представила модель рождения Вселенной, которая больше напоминает постепенный процесс заморозки аморфной энергии, чем её выплеск и расширение в трёх направлениях пространства. Теория Большой заморозки ставит под сомнение принятое в настоящее время утверждение Альберта Эйнштейна о непрерывности и плавности пространства и времени. Не исключено, что пространство имеет составные части – неделимые стандартные блоки наподобие крошечных атомов или пикселей в компьютерной графике. Эти блоки настолько малы, что их невозможно наблюдать, однако, следуя новой теории, можно обнаружить дефекты, которые должны преломлять потоки других частиц.

Учёные из Института теоретической физики «Периметр» считают, что наша Вселенная возникла благодаря коллапсу звезды в некой четырёхмерной вселенной. Результаты их исследования опубликовал журнал Scientific American. Ниайеш Афшорди, Роберт Манн и Рази Пурхасан говорят, что наша трёхмерная Вселенная стала подобием «голографического миража» при схлопывании четырёхмерной звезды. В отличие от теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная возникла из чрезвычайно горячего и плотного пространства-времени, где не применяются стандартные законы физики, новая гипотеза о четырёхмерной вселенной объясняет как причины зарождения, так и её стремительного расширения.

Такое большое число различных теорий показывает, что, на данный момент, не существует стройной теории, удовлетворительно объясняющей астрономические наблюдения и космологические измерения в наблюдаемом пространстве. Наоборот, возникают всё новые парадоксы, которые трудно поддаются объяснению. Например, парадокс, обусловленный тем, что в процессе наблюдений за «разбегающимися» галактиками ни разу не было зафиксировано угасание (причем быстрое, мгновенное) галактик в ходе наблюдений за этими галактиками. Такое должно было бы происходить хотя бы с некоторыми из этих галактик вследствие того, что «убегающие» галактики должны были бы «уходить» за световой горизонт. Это соответствует условию, когда свет уже не доходит до нас, наблюдателей, вследствие наличия некоторого порога возможного наблюдения, за которым скорость убегания галактик уже больше (или, по крайней мере, равна) скорости света. Ничего подобного никогда не наблюдалось и не могло быть зафиксировано по причине отсутствия факта «разбегания» галактик. Красное смещение должно быть объяснено действием иного механизма.

Еще одно соображение, вынуждающее нас внимательнее присмотреться к модели Большого взрыва, связано с нарушением космологического принципа. Это нарушение неизбежно проявилось бы хотя бы в краевых областях расширяющейся Вселенной, так как именно эти области расширяются не только с гораздо большими скоростями, чем те, в которых находится наша Галактика, но и расширяются с нарастающим ускорением. Это означает, что движение галактик в этом случае совершенно неоднородно, зависит от места наблюдения. Следовательно, космологический принцип не может сохраняться в таких условиях. Но у нас нет никаких оснований, ставить под сомнение сам космологический принцип. Таким образом, и с этой точки зрения модель Большого взрыва не отвечает условиям корректности научной модели.

Теория также предполагает, что соотношение числа частиц и античастиц на первоначальной стадии было таким, что дало в результате современное преобладание материи над антиматерией. Можно предположить, что вначале Вселенная была симметрична – материи и антиматерии было одинаковое количество, но тогда чтобы объяснить барионную асимметрию необходим некоторый механизм бариогенеза, который должен приводить к возможности распада протона, чего также не наблюдается. В современной общепринятой модели расширения космологическая постоянная положительна и существенно отлична от нуля, то есть на больших масштабах возникают силы антигравитации. Природа таких сил неизвестна, теоретически подобный эффект можно было бы объяснить действием физического вакуума, однако ожидаемая плотность энергии оказывается на много порядков больше, чем энергия, соответствующая наблюдаемому значению космологической постоянной [29].

Введение гипотезы Большого взрыва означает, по сути, отказ от закона «Причины и Следствия», что вызывает неприятие у многих учёных. Вот симптомы этого.

22 мая 2004г. в интернете и журнале New Scientist было опубликовано «Открытое письмо к научному сообществу» за подписями тридцати трёх ученых с мировой известностью

15 марта 2014 г в Австралии вышел любопытный документ. В письме говорится о фундаментальных проблемах теории Большого взрыва и о неоправданном ограничении космологических исследований только рамками теории Большого взрыва. В документальном фильме «Что было до Большого взрыва», пять известных космологов попытались наметить выход из тупиковой научной ситуации, вызванной теорией Большого взрыва. Есть и другие примеры.

Ряд современных учёных, как в России, так и на Западе считает, что гипотеза Большого взрыва, действительно, вызывает очень много неразрешимых вопросов и приводит к тупиковой ситуации. Следующие понятия: стандартная модель, инфляция, тёмная материя, тёмная энергия, теории возраста звёзд, галактик и самой Вселенной, не согласующиеся с результатами астрономических наблюдений, и ряд других появились на свет вынужденно, для обоснования непротиворечивости теории Большого взрыва.

Одним из таких примеров, противоречия теории последним данным наблюдательной астрономии может служить недавно открытый объект R136a1 – звезда в компактном звёздном скоплении R136 в эмисионной туманности NGC 2070 (туманность Тарантул), расположенной в Большом Магеллановом Облаке (Рис.6).

Рис.6.Звезда R136a1

Эта звезда в 256 раз массивнее нашего Солнца и светит в 7,4 млн. раз ярче. Другими словами, это просто гигант. Ученые считают, что объект R136a1 сформирован из нескольких других звезд, но до сих пор не могут понять, почему он существует так долго [49].

С давних пор господствовало непоколебимое представление, что галактики и звезды произошли и происходят из газопылевой материи в процессе ее сгущения (конденсации). Рассуждения были просты: никаких других причин, кроме закона всемирного тяготения, во Вселенной нет, и все, что мы наблюдаем – это, в конечном итоге, результат действия этого закона. Почти все астрономы мира незыблемо придерживались этой теории сотни лет, расширяя и совершенствуя ее. Однако в пятидесятых годах прошлого столетия президент Международного астрономического союза, неоднократный лауреат государственных премий, действительный член 17-ти национальных академий иностранных государств, один из основоположников теоретической астрофизики, отмеченный рядом высших государственных орденов, академик АН СССР В. А. Амбарцумян (Рис.7) установил и неопровержимо доказал наличие совершенно противоположного процесса во Вселенной – повсеместного образования звезд и галактик из сверхплотной материи, которая катастрофически взрывается и распадается. При этом вещество переходит из сверхплотного состояния в менее плотное. Сделать такой вывод ему удалось благодаря доскональному изучению нестационарных процессов во Вселенной. Однако эта концепция длительное время упорно не принималась многими астрономами, пока бесчисленные наблюдательные данные, в том числе и собственные наблюдения, не убедили их в этом [60].

Рис.7. Академик Виктор Амазаспович Амбарцумян

До сих пор некоторые сторонники первого, так называемого классического направления, все еще упорно пытаются обнаружить во Вселенной процесс конденсации, сгущения и тем самым опровергнуть концепцию Амбарцумяна. Пока им этого не удается.

Драматическая битва идей продолжается и сегодня. Правда, по кантовскому определению, концепция Амбарцумяна уже прошла сквозь времена «не замечания» и опровержения и сейчас вошла в период улучшения и приспособления к теориям черных дыр и аккреции вещества: с поразительной беспринципностью все наиболее мощные активные ядра галактик Амбарцумяна (например, М87 и др.) переименовываются в черные дыры.

Отчетливый, гигантский выброс из ядра огромной галактики (NGC 4486, Дева А (Virgo A)) в свое время произвел на Амбарцумяна неизгладимое впечатление масштабностью процесса. Эта гигантская радиогалактика имеет в оптических лучах особенность, которая ее выделяет среди других эллиптических галактик: из нее исходит голубая струя со сгущениями, которые испускают поляризованное излучение. Тот факт, что струя исходит из центра, не оставляет сомнения в том, что здесь идет выброс из ядра галактики (Рис.8). С другой стороны, наличие поляризации излучения сгущений, измеренной Бааде, указывает на то, что механизм свечения, если не полностью, то частично аналогичен механизму свечения Крабовидной туманности. Это означает, что излучение выброса имеет нетепловое происхождение, а спектр сгущений является непрерывным.

Отсюда следует, что в сгущениях струи источником излучения являются не только звезды, но и диффузное вещество, находящееся в том же состоянии, что и вещество Крабовидной туманности.

Рис.8. Мощный джет, исходящий из ядра галактики М87

Иными словами, в этих сгущениях можно предполагать значительное количество электронов высокой энергии. Вскоре стало понятно, что источники радиоизлучения расположены по всему объему самой галактики. Возможны два предположения:

1. Релятивистские электроны были непосредственно выброшены из ядра галактики.

2. Из ядра выброшены объекты, которые являются источниками релятивистских электронов столь высокой энергии, что их синхротронное излучение сосредоточено в оптической области.

Ограничиться первой гипотезой невозможно, поскольку в этом случае нельзя будет понять сосредоточение оптического излучения в малом объеме сгущений. Поэтому надо думать, что источники, испускающие электроны высокой энергии сосредоточены в самих этих сгущениях. Таким образом, Амбарцумян еще в 1950-х годах приходит к пониманию природы рассматриваемых сгущений на джете. Они являются конгломератами облаков релятивистских электронов газовых облаков и нестационарных звезд. Причем, нужно заметить, что выброшенная из ядра материя в короткий срок превращалась в подобные конгломераты. Эмиссионная линия, наблюдаемая в области ядра М87, дает, по-видимому, представление о скорости выбросов из ядра. Амбарцумян оценивает порядок сроков, в течение которых могут происходить подобные превращения. Они оказываются порядка 3∙106 лет. Отсюда Амбарцумян делает важный вывод: наряду с делением ядер галактик в природе могут происходить процессы выбросов из ядер галактик относительно небольших масс. Эти выброшенные массы могут в короткие сроки превращаться в конгломераты, состоящие из молодых нестационарных звезд, межзвездного газа и облаков частиц высокой энергии.

Галактика М87 с отчетливым выбросом из ядра и, особенно со сгущениями на джете, представляла блестящую демонстрацию нестабильности и активности ее ядра. Возможность выброса масс из ядер, предсказанная Амбарцумяном, удивительным образом подтвердилась спустя 50 лет: на космическом телескопе Хаббл в 2002—2006 годах был зарегистрирован колоссальный взрыв сгущения, ближайшего к ядру галактики М87. За шесть лет светимость на этом сгущении возросла в 90 раз! К сожалению, Амбарцумяна уже не было в живых, и он не смог обрадоваться воплощению своего предвидения [67].

Приведенные наблюдательные факты (Арп, Амбарцумян) подтверждают: из ядер (центров) галактик и собственно квазаров происходит выброс мощных, коллимированных джетов: например, рис.8 «Взрыв на джете галактики М87». Здесь можно усмотреть относительно «неподвижное» сгущение, которое увеличилось в размере и светимости в 90 раз за 6 лет! Причем очевидна связь динамичного развития сгущения с распространением строго коллимированного джета. Усматривается также (на фото М87) импульсный, прерывистый характер выбросов – джетов.

Ясно, что сгущения – взрывы на джете обязаны своим происхождением свойствам самого джета. Невозможно представить строго коллимированный (не расплывающийся) джет состоящим из сжатого вещества в любой форме: пыль, газ, плазма. Упомянутыми свойствами, включая образование сгущений – «конгломератов облаков релятивистских электронов, газовых облаков и нестационарных звезд» может обладать только джет в полевой форме. На эту роль может претендовать гамма-джет, состоящий из коллимированных, когерентных гамма-лучей. Цилиндрическая поверхность гамма-джета, обладающая экстремальной напряженностью электрического поля, создает на границе с физическим вакуумом вещество, начиная с нейтронов, которые распадаются (через 15 минут) на протон, электрон и антинейтрино. Рождению ЭЧ – элементарных частиц сопутствует образование сплошного спектра ЭМ излучения широкого диапазона, включая оптическое (что-то похожее на сплошной спектр «тормозного излучения»). Зона сплошного спектра перемещается с джетом со скоростью света. Облака релятивистских электронов «выдают» синхротронное излучение при криволинейном движении вокруг «силовых линий» магнитного поля как по ходу движения (джета), назад и в других направлениях (почти подобно полоидальному вращению вокруг вихревого кольца) (Рис.9).