А был ли «Большой Взрыв»?



Ответим сразу отрицательно – не был потому, что такое событие не могло произойти вообще. Целью написания ниже представленной статьи является сообщение об «открытие» одной физической закономерности. И как продолжением этого – опровержение гипотезы «Большого Взрыва». А также рассказ о тех удивительных свойствах пространства-времени, открывающиеся нам благодаря этой «новой» физической закономерности. Нам также придётся затронуть и другие «глобальные» темы: такие как постоянная Хаббла, «Тёмная Масса», квазары, искривление пространства-времени, гравитация и др. Потому что, все эти темы не существуют в отдельности, а вытекают как следствие одна из другой.

Итак, начнём. Существуют несколько моделей эволюции Вселенной, одна из которой стала наиболее популярной в обществе и, пожалуй, наиболее предпочтительной среди ученых, занимающихся астрофизикой. Речь идёт о гипотезе «Большого Взрыва». Наблюдения за окружающими нас звёздами и скоплениями галактик показали, что все окружающие нашу Солнечную систему объекты удаляются от нас со скоростями тем большими, чем дальше они расположены. Если исключить предположение, что наша Земля является «Центром Мироздания», то можно тогда предположить, что всё это следствие произошедшего когда-то, предположительно 20 млрд. лет назад, Вселенского катаклизма, взрыва, после которого и началось так называемое «Расширение Вселенной». В поддержку этой гипотезы трактуется обнаруженное реликтовое излучение.

Наблюдения за объектами во Вселенной выявило три «странные» особенности:

а) во Вселенной нет неподвижных объектов,

б) все объекты во Вселенной «удаляются» друг от друга,

в) скорость «удаления» этих объектов пропорциональна расстоянию их друг от друга (чем дальше находится объект, тем быстрее он «удаляется»).

Гипотеза «Большого Взрыва» и была одной из таких попыток объяснения этих «странностей», а в качестве образного примера приводилась «резиновая модель расширения». Этой гипотезе также не удалось избежать серьёзных недостатков.

Наблюдения за движущимися объектами во Вселенной не укладываются в рамки её предсказаний. В частности, скорость разлетающихся «Обломков» не должна увеличиваться с расстоянием от «Точки Взрыва», а иначе это противоречит закону сохранения импульса. Другое несоответствие: в астрономии хорошо известна зависимость - «Масса-Светимость», вычисления массы Вселенной произведённой с использованием этой зависимости резко отличаются от вычислений с применением расчётов по гравитационному влиянию движущихся тел друг на друга. Это несоответствие теоретических вычислений и наблюдений породило так называемую проблему «Тёмной Массы». Которая, получается, обладает удивительными свойствами: она взаимодействует со всеми объектами во Вселенной, но сама не наблюдается. Как возникла эта «Тёмная Масса», которая, как предположительно, составляет 97% от массы Вселенной; куда она исчезла, а была ли она вообще? Далее появляются гипотезы, которые пытаются объяснить это несоответствие путём изобретения «Тёмной Энергии», в качестве добавки к уже существующей «Тёмной Массе». Целью написания этой статьи не является критика мифологической «платформы», лежащей в основании гипотезы «Большого Взрыва», а лишь попытка поиска нового знания о мире, путём рассмотрения этой проблемы под другим «углом зрения».

Гипотеза «Большого Взрыва» также не может объяснить следующие частные вопросы:

1. Почему постоянная Хаббла, характеризующая скорость «разбегания» галактик, наблюдается в таком числовом интервале?

2. Почему такие сверхмощные источники энергии, как квазары, наблюдаются на «краю видимой части Вселенной»?

Вся «неловкость» гипотезы «Большого Взрыва» вытекает из следующих «постулатов», лежащих в её «основе», а именно:

I. Пространство-время было и остаётся плоским с самого начала и в последующем, то есть неизменным.

II. Изменялось всё, что не было пространством-временем – материя, то есть вещество, поля, физический вакуум.

Рассматривая всё вышеизложенное, автор пытается по-иному взглянуть на эволюцию Вселенной, исходя из ныне известных свойств пространства-времени и некоторых его новых особенностей, обнаруженных при исследовании такой области физики как «Теория Поля». В этой статье автор не будет «загружать» неискушенного читателя громоздкими математическими формулами, а попытается использовать воображение читателя, чтобы указать ему на то новое направление знания, которое открывается нам.

Краткое содержание этой новой «особенности» пространства-времени, выраженное словами будет таково:

Изменение метрического тензора пространства-времени прямо пропорционально относительной мощности происходящего в этой области пространства энергетического процесса.

Или обычными словами это будет так:

Чем мощнее процесс выделения (или поглощения) энергии идёт в этой точке пространства, тем более заметнее становятся изменения свойств пространства-времени в этой точке, то есть искривления этого пространства-времени напрямую зависит от относительной мощности происходящего там (в этой точке пространства) процесса.

В символьном виде эта зависимость выражается так:



или , где - мощность процесса,

- энергия, находящаяся в этой области пространства,

- относительная мощность,

- изменение метрического тензора по времени (компоненты, из которых складывается тензор кривизны пространства-времени).

Как мы видим, эта формула структурно состоит из двух частей:

- в левой её части находится – «энергетическая» составляющая,

- а в правой её части находится – «геометрическая» составляющая.

Поэтому, все дальнейшие объяснения будут изложены также в виде двух разделов:

- в первом разделе мы рассмотрим левую – «энергетическую» часть формулы, и те «интересные» следствия, которые вытекают из неё;

- во втором разделе разберём её «правую» часть – «геометрическую» составляющую, где мы покажем читателю те новые «удивительные» свойства пространства, которые открываются нам.

Ранее нам было известно одно из свойств пространства – способность искривляться вокруг больших масс вещества. Оно (это свойство) хорошо было описано уравнениями Эйнштейна, связывающими тензор кривизны пространства-времени с распределением масс вещества (смотрите приложение #1 в конце статьи). Проще говоря, было известно, что только «инертная» масса (в формуле представлена в виде тензора энергии-импульса) может вызывать (вызывает) искривление пространства-времени (в формуле в виде тензора кривизны, составленного из производных метрического тензора). Чем больше масса, тем больше искривлений. Но здесь не учитывалось такое важное обстоятельство, что большие массы вещества, а это - звёзды, ядра галактик, квазары, сами галактики излучают энергию. А значит, вокруг них идет процесс изменения энергии, то есть переход энергии из одного вида в другой, который характеризуется таким своим показателем как мощность - N.

Раздел I



На примере нашего светила – Солнца, проделаем следующее: разделим численное значение светимости Солнца LÄ в ваттах на массу Солнца MÄ в килограммах, то есть найдём удельную мощность – N*Ä. Как видно, значения этой удельной мощности небольшие – бытовые электронагревательные приборы имеют намного более высокие значения её. Эту удельную мощность можно сопоставить с мощностью, которую выделяют гниющие листья в кучах мусора, собранного после осеннего листопада.






Для сравнения, приведём характеристики одного хорошо известного Квазара (3C 273): масса – МQ ~ 108 масс Солнца, светимость - LQ ~ 1039 Ватт. Так же как и в примере выше, найдём удельную мощность.






Далее, если значения удельной мощности умножить на множитель,



равный


то получим значение относительной мощности Н



, так как и ,

то размерность относительной мощности – минус секунда .

Удельная и относительная мощности различаются

только постоянным множителем .

Для Солнца относительная мощность НÄ,

для Квазара (3С 273) относительная мощность НQ.



А теперь, как было обещано в начале статьи, рассмотрим постоянную (или параметр) Хаббла. В среднем, постоянная Хаббла имеет численное значение:



.



Разделим километры/секунды на Мегапарсеки, получим

. Размерность – минус секунда.

Сопоставляя ранее полученные
значения относительной мощности для нашего Солнца, Квазара (3С 273)

и постоянной Хаббла, можно смело предположить, что постоянная

Хаббла, в своей глубинной сути, выражает среднюю относительную мощность Вселенной.

Так что же это такое - «среднее значение относительной мощности

Вселенной»? Для этого проведём «поверхностные», прикидочные расчёты, которые, ни в коем случае, не нужно считать точными. Пусть х – количество «холодных» объектов во Вселенной, подобных нашему Солнцу, имеющих относительную мощность - НÄ. А у – количество «горячих» объектов во Вселенной, подобных Квазару (3С 273), имеющих относительную мощность НQ.

. Тогда постоянная Хаббла будет представлять собой среднее значение этой «смеси» «холодных» и «горячих» объектов.

Из вышеприведённого выражения найдём соотношение между количеством объектов, подобных нашему Солнцу и объектов, подобных Квазару (3С 273).





Тогда или , .

По этим предварительным подсчётам видно, что количество квазаров (и объектов, подобных квазарам) во Вселенной должно составлять не менее 3% от всех объектов в ней. А астрономические наблюдения показывают, что таких объектов значительно меньше. Тут в пору самим изобретать «тёмную массу» и хвататься за неё, как за «спасительную соломинку». В чём же дело? Дело в том, что эти «горячие», а они же и «сверхмассивные» объекты, перестали быть видимыми»! Парадокс – объект излучает громадное количество энергии, а не видим! Как это понять! Чтобы объяснить этот парадокс используем такой метод как аналогию. Для этого приведём формулу скорости «кажущегося» удаления и формулу из школьного курса физики . Это известная простенькая формула, связующая значение скорости движения с ускорением этого тела , где V – скорость, а – ускорение, а t –время.

Как нам, в нашем случае найти ускорение? Для этого умножим значение относительной мощности Н на множитель с (с - скорость света в вакууме) и получим то самое «кажущееся умозрительное» ускорение, с которым объект «удаляется» от наблюдателя.

, где V* - скорость «кажущегося» умозрительного удаления объекта от наблюдателя, «кажущееся» ускорение. Для нашей, уже известной, тройки эти значения будут следующие:


А теперь зададимся таким вопросом – сколько времени потребуется объекту «двигаться» с таким «ускорением» для достижения значения скорости света? Ведь достигнув скорости света, как мы знаем, этот объект станет недосягаемым для наблюдения, т. е. он «исчезнет» из «поля зрения».

Для нахождения значения времени – поделим значение скорости света на ускорение тогда
Как видно из расчетов, это время равно величине обратной относительной мощности. Для нашей «тройки» объектов произведём следующие подсчёты.


Внимательнее посмотрим на последнее выражение - Тхаббла.

Перед нами ничто иное как «возраст» Вселенной, вычисленный исходя из данных гипотезы «Большого Взрыва»! Далее, для нашей тройки объектов найдём «горизонт видимости» D, для этого умножим значение времени Т на скорость света в вакууме – с. Снова взглянем на последнее выражение – DХаббла. Это «протяжённость» Вселенной - согласно гипотезе «Большого Взрыва»!


Анализируя эти значения, можно предположить, что если величина

«горизонта видимости» меньше, чем значения «горизонта видимости» для Вселенной, то такой объект не «видим», или становится «невидимым»! Парадоксально! Представьте себе, есть сверхмощный и сверхмассивный «горячий» объект, который излучает огромное количество энергии, и этот объект становиться «невидимым»! А сравнительно небольшие и «холодные» объекты никуда не «исчезают»! А в качестве примера можно привести шуточное «доказательство» этого утверждения. Представим себе в качестве источника энергии обычную электрическую лампочку и оставим её «гореть» этакое продолжительное время. Согласно нашим подсчётам, эта лампочка через некоторое время - некое количество миллионов лет - «исчезнет» из «поля зрения». Но наш повседневный опыт говорит нам, что лампочки «исчезают» гораздо раньше, в особенности из подъездов домов. Вот такое удивительное свойство пространства, которого мы ещё раз коснёмся во втором разделе. А те немногочисленные квазары, которые ещё продолжают открывать, как раз и наблюдаются на границе видимой части Вселенной. Так что нам, по сути, видна только её «холодная» ограниченная часть.

Раздел II

В этом разделе мы рассмотрим те, ранее обещанные, «удивительные» свойства пространства, которые открывает нам эта зависимость. В правой части этой формулы - , а именно - есть производная

метрического тензора. Что это такое - метрический тензор? Чтобы не пугать неискушённого читателя мудрёными словами, заранее поясним, что метрический тензор 4х - мерного пространства-времени, по определению, представляет собой квадратную таблицу из 16 чисел, расставленных особым образом, или 9 чисел для обычного 3х – мерного пространства. Метрический тензор - Xij состоит из постоянной составляющей - gij и его переменной части - hij, которая является отклонением метрического тензора от галлилеевского вида . В свою очередь - hij можно представить в виде произведения производной от метрического тензора по времени на время. Или в общем, виде: .

Вспомним, как измеряются расстояния, т.е. науку – Геометрию. Для этого в пространстве, в котором будет проводиться измерения, нужно иметь: точку отсчёта, эталонную мерку (базовую длину), тройку ортогональных (взаимно перпендикулярных друг другу) единичных векторов определённых в этой точке, и метрический тензор. Метрический тензор во всех точках нашего обычного пространства (наше обычное пространство до некоторой степени можно считать Евклидовым) остается без изменений. А если и изменяется, то столь незначительно, что на практике не учитывается. Другое дело, искривлённое пространство вокруг массивного тела. Здесь дополнительно, к вышеперечисленным действиям, уже нужно определять в каждой точке метрический тензор. Эталонная мерка вычисляется произведением единичного вектора в данном направлении на соответствующий этому направлению – компоненте метрического тензора. (Здесь мы не будет приводить формул для вычисления, читатель найдёт их в специальной литературе, список которой помещён в конце статьи).