|
|
Тёмная энергия
Важным в философском плане является вопрос, что будет
дальше со Вселенной. Ответа два: рассеется вообще или расширение прекратится и
начнётся сближение и новый Большой Взрыв (пульсирующая вселенная). Ответ на
этот вопрос связывают с теорией относительности Эйнштейна. Суть этой теории
состоит в том, что пространство описывается неким уравнением – тензором
. По
сути, этот тензор – трёхкомпонентное дифференциальное уравнение, связывающее
трёхмерное пространство и время. Полагалось, что пространство и время
стационарны, для этого вводился специальный коэффициент Λ(лямбда)
член. Решение уравнений Эйнштейна дело
довольно трудное само по себе. Но есть и методические проблемы.
Сразу же встал вопрос о величине лямбда члена. Попытки
применения уравнений к проблемам космологии с учётом того, что лямбда член
может быть разным, и породил как бы теоретические основы разбегающейся или
пульсирующей вселенной. Тут же связали этот член с массой вещества вселенной и
решили, что массы маловато и потому Вселенная разбегающаяся. То есть, рано или
поздно, всё вещество Вселенной рассеется и ВСЁ. Но тут же нашлись спасители
Вселенной, которые сказали, что на самом деле Вселенная пульсирующая. На самом
деле масса вполне достаточна и состоит из видимой массы, которую подсчитали, и
невидимой, или ТЁМНОЙ массы. Что это такое – Тёмная масса – пока не известно,
но обещали таки скоро нам рассказать.
Но появились другие мудрейшие, которые открыли, что
наоборот, Вселенная ускоренно расширяется. И причину нашли – Тёмная энергия.
Ускорение, как известно, это изменение скорости. То есть, посмотрели на квазар,
вот он удаляется от нас со скоростью 274 356 234 567 км/с, а
через неделю глянули… Б-а-а!!! Да он теперь удаляется со скоростью
274 356 234 568 км/с. С чего бы это!!!?? А-а-а! Это ТЁМНАЯ
ЭНЕРГИЯ. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Тёмная_энергия).
Вы будете смеяться
дорогой читатель, если почитаете то, что написано по ссылке и особенно
посмотрите на рисунок оттуда, который я привожу. Обратите внимание, что «Состав
Вселенной по данным WMAP» состоит из:
То есть «смешались в кучу кони, люди». Напомню, энергия это
свойство материи. Например, падает кирпич (материя) и бьёт астрофизика
по голове с силой, соответствующей кинетической энергии.
Материя и энергия то же, что пуля и её скорость. Что
получится, если сложить пулю и скорость? Ясно что: астрофизик в доме скорби.
Мало того, тёмная материя была придумана для того, чтобы
доказать, что Вселенная схлопнется. Тёмная энергия как раз наоборот, что она не
только разлетается, а разлетается всё быстрее и не слетится никогда. Ну, так
кто же, однако, прав?
Вся космогония, построенная на уравнениях Эйнштейна сомнительна. В самом деле, уравнения Эйнштейна описывают пространство-время вообще. То есть не галактики от нас улетают, а расширяется пространство. Но ведь если увеличивается расстояния между галактиками, то также увеличиваются и длины волн их излучения, и наши приборы, и молекулы-атомы наших глаз, то есть ВСЁ, в том числе и линейка, которой мы измеряем пространство. Но как же мы тогда сможем заметить, что Вселенная расширяется?
Пространство и время вообще понятия субъективные. Это некая условная модель,
построенная на наших ощущениях. То есть реально пространство вовсе не
увеличивается, а разлетаются, как осколки гранаты, галактики. Но тогда возникает
и ещё более фундаментальный вопрос: а что есть вообще пространство и время. В
своё время полагали, что пространство это огромный бассейн, границ которого не
видно. И этот бассейн наполнен неким невидимым и неощутимым веществом - эфиром.
Однако опытами Майкельсона и Морли доказали, что эфира таки нет. Тем не менее
идея пространства как большой бочки не исчезла и вопрос только был в том, чем же
оно наполнено. Начали появляться некие аналоги эфира типа физического вакуума и
пр. Но если допустить, что пространства нет вообще, а есть только физические
законы взаимодействий, то тогда теория Эйнштейна становится не более как
математической моделью, применять которую нужно обдуманно и обоснованно. А следовательно, не подвергая сомнению авторитет великого Эйнштейна, всё же отметим что его уравнения
всего лишь математический инструмент, применять который нужно и к месту, и
осторожно.
Остановимся на вопросе о нашей вселенной в целом. Принято считать, что вселенная расширяется. Это мнение базируется на теории Эйнштейна, открытии красного смещения Хабблом и реликтовым излучением. Исходя из этих оснований, считается, что если вселенная расширяется, то она когда-то была меньше. Вплоть до математической точки. Или, по крайней мере до планковской длины 10-33 см. Отсюда появилась теория Большого взрыва. Согласно этой теории, около 15 миллиардов лет назад, неизвестно из чего и по какой причине, появился некий зародыш, который взорвался и породил вселенную.
Здесь возникла проблема, что со вселенной будет дальше. Изначально Эйнштейн в своих тензорных уравнениях пространства-времени ввёл лямбда (Λ) член, который делал пространство-время стационарным. Но другие учёные (Александр Фридман) засомневались в том, и так появились разные модели: пульсирующая, расходящаяся. Сам Λ член связывает характеристики пространства с плотностью вещества.
Впервые релятивистская идея расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обоснована российским ученым А. А. Фридманом в двадцатые годы. Его ученик Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало концепции "Большого взрыва". Но широкое распространение и внедрение эта теория получила лишь с середины 1960-х годов.
Обосновывая начало Вселенной во времени, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой в конце концов сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимается до нуля - следовательно, то же самое должно происходить и с её объёмом. Всё вещество звезды будет сжато в нулевом объёме, так что её плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная исключительно математическим путём в рамках теперь уже классической теоремы Пенроуза.
В 1965 году Хокинг познакомился с теорией Пенроуза и решил распространить её на всю Вселенную, изменив при этом направление времени на обратное так, чтобы сжатие перешло в расширение. Другими словами, в математических уравнениях был заменен знак, что позволило ввести новую модель Большого Космоса, совмещенного с "Большим взрывом", точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя пять лет Хокинг опубликовал на эту тему работу уже совместно с Пенроузом. Вот, собственно, и вся подоплека господствующей в настоящее время модели Вселенной, которая в дальнейшем уточнялась в деталях, но не в принципе.
Показательно, что теория целиком и полностью родилась "на кончике пера" и соткана из тончайшей математической паутины. Её возможное соответствие космической реальности целиком и полностью зиждется на энтузиазме и активности авторов, поддерживающих друг друга и поддерживаемых не менее дружно всеми возможными информационными средствами. В действительности ничего, кроме искусной комбинации математических отношений, существующих в двух вариантах - либо в голове теоретика, либо в письменном или напечатанном виде, авторы "взрывотворящих" космологических гипотез предложить не могут.
Тем не менее, теоретики дали полную волю своему воображению. Проблема породила необозримый поток публикаций, включая быстро завоевавшие популярность монографии, такие, к примеру, как переведённая на многие языки книга американского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга "Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной". Здесь, так сказать, посекундно расписано, как вела себя материя, возникшая из ничего, в первые три минуты своего существования.
Но посекундного расписания оказалось мало. Стали разрабатывать модели, позволяющие представить, что было (точнее - "было бы, если бы было") со Вселенной в первые десятые и даже сотые доли секунды. Особую известность получила так называемая "инфляционная модель" Вселенной, разработанная российским космологом А. Д. Линде. Её популярность и быстрое признание были обусловлены тем, что с помощью новых математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия между двумя теоретическими "китами" - космологией и физической теорией элементарных частиц.
Специалисты по теории элементарных частиц давно обращали внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросы, которые казались почти метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему разные её части, далеко удалённые друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Поначалу казалось, что ответы на эти вопросы выходят за рамки целей и возможностей науки. Именно поэтому такой большой интерес вызвала предложенная Линде теория инфляционной, раздувающейся, Вселенной, в которой удалось ответить на большую часть приведенных вопросов. Общая черта различных вариантов инфляционной теории - существование стадии очень быстрого (экспоненциального) расширения Вселенной в вакуумоподобном состоянии с огромной плотностью энергии. Эта стадия и называется стадией инфляции. После неё вакуумоподобное состояние распадается, образующиеся при этом частицы взаимодействуют друг с другом, устанавливается термодинамическое равновесие, и лишь вслед за этим Вселенная начинает эволюционировать согласно стандартной модели "горячей Вселенной". В типичных моделях инфляции стадия раздувания продолжается всего 10-35 с, но за это время раздувающиеся области Вселенной успевают увеличить свой размер в 109 - 1010 раз.
Вдохновленный "инфляционным подходом", Стивен Хокинг решил довести ультрарелятивистскую модель "Большого взрыва" до логического конца и ответить на весьма щекотливый вопрос: что же станет со Вселенной, когда она завершит эволюцию, предписанную математическими уравнениями. Ответ обескураживает своей бесхитростной простотой: она опять превратится в сингулярность, то есть в точку с нулевым радиусом. Хокинг даже припугивает: "Сингулярности не будет лишь в том случае, если представлять себе развитие Вселенной в мнимом времени". Вот так: либо соглашайся с сингулярностью, либо будешь жить в мнимом времени! Ужасная просто перспектива! Хорошо ещё, что она существует только в разыгравшемся теоретическом воображении, а мнимое время - такая же математическая абстракция, как и сингулярность. Итак, модель "Большого взрыва" - всего лишь одна из возможных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли.
Сам же Хокинг, когда он попытался внести коррективы в первоначальные представления о сингулярности, не встретил никакой поддержки в кругу единомышленников: джин, как говорится, был выпущен из бутылки. Попытки критически осмыслить подобные допущения или выдвинуть контраргументы наталкиваются нередко на далеко не научное противодействие. Об этом говорят многие западные авторы. Американский астроном Дж. Бербидж попытался проанализировать причины странной популярности гипотезы "Большого взрыва", в основе которой лежат непроверенные предположения. Прежде всего ошеломил темп её распространения: на Западе конференции, посвященные данной космологической модели, проводятся в среднем раз в месяц. В учебниках релятивистская модель излагается как доказанная раз и навсегда и единственно возможная. Опубликовать в научном издании альтернативную статью практически невозможно из-за наличия жесточайшей цензуры. Сторонником альтернативных подходов чрезвычайно трудно получить финансовую поддержку (в то время как для релятивистов она идет широким потоком) и даже время для наблюдений на телескопе. Так, известному астроному X. Арпу было отказано в наблюдениях крупнейшими американскими обсерваториями, поскольку целью его исследований были поиски фактов против релятивистской космологической модели. А ведь X. Арпу принадлежит заслуга в открытии двойных галактик, связанных друг с другом туманными струями. При этом красное смещение у двух взаимосвязанных объектов оказалось совершенно различным, что, естественно, не вписывалось ни в гипотезу "Большого взрыва", ни даже в истолкование факта красного смещения.
По подсчётам полного объёма вещества во вселенной получается что его слишком мало, для того, что бы вселенная вела себя так как себя ведёт, тем более, что бы она схлопнулась. И тогда предположили, что вселенная заполнена некоей неизвестной природы скрытой массой. Так появилась скрытая масса. Её интенсивно ищут и видят её в том, что искривление лучей во вселенной таково, что видимой массы недостаточно. Так создают целые карты скрытой массы, или тёмной материи. В книге Великий круг показано, что тёмная материя, или скрытая масса это поле виртуальных частиц микролептонов.
В 1998–1999 гг. две группы астрономов-наблюдателей сообщили об открытии всемирного антитяготения. В работе участвовало большое число исследователей (около ста в общей сложности), одной группой руководил Адам Райес, другой — Сол Перлмуттер. Открытие сделано на основании изучения вспышек далеких сверхновых звёзд. Из-за исключительной яркости таких вспышек сверхновые звёзды можно наблюдать на очень больших, по-настоящему космологических расстояниях. Опуская другие детали, скажем, что использовались данные о сверхновых звёздах определенного типа (Ia), которые принято считать стандартными свечами; их собственная светимость в максимуме блеска действительно лежит в довольно узких пределах (эксперты по сверхновым звёздам продолжают между тем спорить, в каких именно). Это позволяет проследить, как видимая, регистрируемая яркость источников зависит от расстояния до них. Конечно, на небольших расстояниях это классический закон обратных квадратов; но на очень большом удалении источников становятся существенными космологические эффекты, и, значит, характер этой зависимости позволяет в принципе узнать нечто новое о всей Вселенной. Одно плохо со сверхновыми звёздами — этих звёзд очень мало. В среднем на обычную галактику приходится одна вспышка сверхновой звезды за примерно сто лет, да и длится эта вспышка всего несколько месяцев, а то и недель.
Первая группа наблюдателей, сообщившая о своих результатах в 1998 г., располагала данными о всего нескольких сверхновых звёздах нужного типа на нужных расстояниях; но уже и этого было достаточно, чтобы заметить космологический эффект в законе убывания видимой яркости с расстоянием. Оказалось, что убывание яркости происходит в среднем несколько быстрее, чем этого следовало бы ожидать по космологической теории, которая до того считалась стандартной. Но это возможно тогда (и, как все сейчас думают, только тогда), когда космологическое расширение происходит с ускорением, т. е. когда скорость удаления от нас источника света не убывает, а возрастает со временем.
Изображения
от телескопа Хаббл. Стрелки показывают сверхновые в дальних галактиках.
Сверхновая образуется, когда умирает массивная звезда (массой более восьми
солнечных масс) во время мощной яркой вспышки. Кук (Cooke) изучает более
массивные звезды (от 50 до 100 солнечных масс), которые выбрасывают часть своей
массы в окружающее пространство, прежде чем умереть. Когда они, в конечном
счете, взрываются, яркое свечение близлежащей материи наблюдается годами.
На снимке ниже показана галактика, включающая одну из недавно открытых сверхновых. Сравнение снимков позволяет отметить, как заметно увеличивается яркость галактики в 2004 году, а затем снова приходит в норму. Это позволяет предположить, что в 2003 году сверхновая еще не обнаруживалась; она появилась в 2004 году и начала «блекнуть» в 2005 году. Последний кадр позволяет отбросить все снимки прошлых лет, на которых сверхновая еще не обнаруживалась, как, впрочем, и не обнаруживался «огонек» в галактике, по которому только и можно обнаружить сверхновую. Автор: Джефф Кук (Jeff Cooke)/CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope – Телескоп Канада-Франция-Гавайи)
Итак, считают, что загадочная темная энергия существует как минимум 9 миллиардов лет. Ученые определили, что наблюдаемые сверхновые звезды светят намного слабее, чем предсказывали расчёты. Следовательно, они удаляются от Земли быстрее, чем предполагалось. То есть, Вселенная расширяется быстрее. Это, казалось, противоречило здравому смыслу - ведь взаимное притяжение галактик и их скоплений должно было бы приводить к уменьшению скорости их разбегания.
Сделаем следующие вывод: обнаружение и измерение красного смещения дальних галактик и светимости сверхновых звёзд в них производится на пределе методических и инструментальных возможностей. Исследуется свет пришедший от них. Однако свет может по пути поглощаться межзвёздным и межгалактическим газом, искривляется за счёт искривлённости пространства и скрытых масс и так далее. Поэтому нужно ещё немало поработать, прежде чем открытую закономерность признать фактом.
Однако если таки признать то, что дальние галактики разбегаются быстрее, чем ближние, вовсе нет необходимости придумывать такое таинственное уродство как тёмная энергия. В самом деле, составим формулу: Vд > Vб, где Vд скорость дальних галактик, а Vб ближних. Именно на основании этой формулы нам и говорят, что вселенная расширяется больше, чем должна и это тёмная энергия.
Но то же можно записать и так: Vб < Vд. То есть, ближние галактики разбегаются медленнее, чем дальние. Причём свет, который пришёл от дальних галактик был излучён очень давно – более 6 миллиардов лет назад. Поэтому мы можем сделать вывод, что раньше галактики разбегались быстрее, чем сейчас. То есть расширение вселенной не только не ускоряется, а наоборот, оно замедляется. Аналогично взрыву фугаса. Сначала с большой скоростью подбрасывается земля, затем её скорость уменьшается, затем она останавливается, затем падает на землю. Таким образом, нет никакой отрицательной энергии, а есть доказательство того, что вселенная осциллирующая. То есть начинается с Большого взрыва и закончится Большим схлопыванием. Если бы мы мгновенно могли переместиться к галактике, которая от нас на расстоянии в 10 миллиардов световых лет, то мы бы увидели такие же галактики, как наша и разбегались бы они со скоростью, как наша группа галактик.
Итак, законченной теории ещё нет. Всё, что вы будете читать или смотреть в научно-популярных фильмах по этому вопросу является пока зыбкими теоретическими концепциями. И часто об этом и прямо говорят. Учёные ищут. Они в поиске. Их не надо бить. Так появились теория струн. Скрипя зубами допускают возможность и теории множественности параллельных миров. При этом нужно иметь в виду: Теория Эйнштейна - математическая модель. И как всякая модель она может правильно описывать и отклонение света, и сдвиг апогелия Меркурия и много других вопросов. Однако в приложении ко всей вселенной возникают каверзные вопросы. Действительно, в теории Эйнштейна речи идёт о свойствах пространственно-временного континуума.
Ещё более неопределённым является понятие времени. Его изображают как стрелу времени, но никто и никогда эту стрелу в руках не держал. Основаниями для понятия времени являются:
- элементарный физический процесс, как реализация принципа движения;
- причинность, когда одно движение порождает другое;
- соотношение физических процессов, когда один процесс (например, оборот Земли вокруг оси) совершается много раз за время совершения другого физического процесса (оборота Земли вокруг Солнца);
- третий закон термодинамики, когда энтропия (мера неупорядоченности) только увеличивается.
А потому, как мы увидели выше, его как физической сущности нет, как и пространства. Всё это не более как антропоморфные представления, которые к физике имеют отношение только как опять же ментальные модели.
Так выясняется, что пространственно-временной континуум не более чем ментальный, или антропоморфный образ. Модель формируемая в человеческом мозге и не более. А потому применение теории Эйнштейна в отношении ко всей вселенной весьма спорно. Не до конца доказано и то, что коэффициент Хаббла, определяющий спектральный сдвиг удалённых космических объектов и их радиальная скорость действительно связан со скоростью галактик и квазаров. Ведь известно, что свет, покидающий области близкие к чёрной дыре, краснеет. В спектре Солнца также наблюдается красное смещение, но из этого не вытекает, что Солнце "убегает" от Земли. То есть, если вселенная на ранних этапах была сжата, то и плотности вещества больше и более напряжённы гравитационные поля. А потому сдвиг спектра в красную сторону может во многом объяснён не тем, что галактики, как источники света, от нас улетают, а тем что свет краснеет от древних гравитационных полей. Покраснение света также может происходить и с учётом взаимодействия его с тёмной материей. Существуют и иные объяснения факта красного смещения:
1) "старение" света, то есть потеря фотоном части своей энергии при движении в пространстве (А. А. Белопольский - Россия);
2) аннигиляция (исчезновение) вещества (X. Альвен - Швеция);
3) зависимость массы элементарных частиц и излучения от времени (Ф. Хойл -Англия; Дж. Нарликар - Индия) и т. д.
Таким образом коэффициент Хаббла может быть не совсем правильно отображать скорость разбегание галактик. Возможно скорости их сильно преувеличены.
Непонятно также то мнение, что мы видим самые удалённые объекты на краю вселенной и этот край соответствует началу вселенной Большому взрыву. С другой стороны, в момент Большого взрыва всё было сжато в одну точку. Допустим вселенная после большого взрыва разлеталась со скоростью света. Тогда сначала галактики должны разлететься, затем послать к нам свет и он должен прийти к нам. То есть туда 13 млрд. лет, да обратно 13 млрд. лет. Итого 26. Так какой же возраст вселенной, 13, или 26 млрд. лет. Кроме того, если куда бы мы не посмотрели, мы увидим край, то значит мы в центре? Но обычно астрофизики и астрономы убеждают, что мы вовсе не находимся в центре Вселенной. Можно вообще любое место в ней считать центром.
Что то неладно в этом королевстве!
А потом, что же таки было до Большого взрыва? Ни физики, ни астрофизики, ни астрономы ответа не дают. А если и пытаются, то всё сводится к фантастическим философствованиям. А по сути сводится к тому же креационизму. Вот де Бог носился над бездной вод и вдруг ни с того ни сего его торкнуло и он словом "Да будет!" взял и устроил Большой взрыв. Во дела! ЗАЧЕМ! То-то радость и для Римского папы, и Патриарха Всея Руси, и иерархов и мусульман, и евреев.
Вообще астрофизика опирается на физику вообще и в частности ядерную физику. Но и в ядерной физике есть куча скелетов в шкафах, о которых физики не любят распространяться. До сих пор не создана единая теория поля. Не известна до конца сущность фундаментальных констант. Пока не обнаружены экспериментально ни кварк, ни глюон, то есть фундаментальные (как полагают физики) кирпичики материи. Теории в ядерной физике как тришкин кафтан. Так называемая Стандартная модель работает только с применением разного рода ухищрений, называемых калибровками. А что касается начала большого взрыва, то физик-коментатор в одном из фильмов в здравом уме и доброй памяти с восторгом нам сообщил, что расширялась вселенная со скоростью больше скорости света. Небось физмат закончил! И чего их там учат?! Вот только недавно был большой шум по поводу запуска Адронного коллайдера (синхрофазотрона на встречных пучках). Обещали грандиозное открытие - Бозон Хигса. И вот показали, как в большом зале много народу хлопают, что таки поймали этот бозон. Ну и.... и... и... И ничего. Все затихли и разбежались как нашкодившие пионеры. Поэтому всё, что нам говорят о Большом взрыве, это не более чем гипотезы. Хотите им верьте, хотите нет.
18.11.2012
