Наука и техника будущего

Юрий Берков

В настоящий сборник включены наиболее популярные у читателей статьи, опубликованные в моём блоге интернет-издания «Цифровая витрина».

3. Гипотеза о происхождении Вселенной (10.04.21)

Предложенная Вашему вниманию космологическая гипотеза о происхождении Вселенной представляет собой ряд взаимосвязанных гипотез. В ней предпринята попытка ответить на такие вопросы как что такое тёмная энергия, тёмная материя и инфляционное расширение Вселенной. А также на роль сверхмассивных чёрных дыр в формировании материи и пространства.

Впервые сформулированы гипотезы:

— о квантовой структуре первичной материи, пространства и первичной энергии;

— о превращении материи и пространства внутри сверхмассивных чёрных дыр в первичную энергию;

— об излучении квантов этой энергии в пространство со скоростью, превышающей скорость света;

— о превращении квантов этой первичной энергии в кванты пространства и первичной материи;

— о вихре кванта первичной энергии и рождении электростатического, магнитного и гравитационного полей;

— о расширении квантов пространства со сверхсветовой скоростью;

— о природе времени.

В современной космологии практически доказано, что наша Метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной) расширяется: галактики удаляются друг от друга. Пространство растягивается во все стороны, и чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Сегодня темп этого расширения невелик: все расстояния увеличатся вдвое примерно за 15 млрд. лет. Плотность вещества в Метагалактике убывает с течением времени, и в будущем она будет всё более и более разреженной [1].

Однако астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что Метагалактика не просто расширяется, а расширяется с ускорением, при этом темп расширения растет со временем. В этом смысле некоторые астрономы говорят об антигравитации — отталкивании галактик друг от друга. (Обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик). Это явление названо инфляционным расширением и обусловлено оно наличием, так называемой тёмной энергии, природа которой остаётся загадкой для современной астрономии.

Ещё одна загадка астрономии это, так называемая тёмная материя. Её существование обусловлено избыточной массой наблюдаемых галактик. Астрономические наблюдения показывают, что скорости вращения удалённых звёзд вокруг ядер галактик значительно выше расчётных, что должно привести к их разлёту. Эти расчеты согласуется с наблюдениями, если только предположить, что помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества — темная материя, вклад которой в массу галактик сегодня составляет около 25% [1]. Это говорит о существовании каких-то новых типов частиц, ещё не открытых и составляющих «темную материю» во Вселенной.

В то же время ряд российских астрофизиков считают, что эти понятия ошибочны, и введены в космологию напрасно (как в прошлом напрасно были введены понятия «теплород» или «эфир»). Могу сослаться на работы [2], [3], которые трактуют загадочные частицы тёмной материи и тёмную энергию, как ошибочные.

Однако не всё так просто. Скорость движения нашей Солнечной системы по орбите составляет около 220—250 км/с вокруг центра Галактики с массивной чёрной дырой, а скорость движения нашей галактики «Млечный путь» в космическом пространстве относительно реликтового излучения составляет 600—650 км/с [4].

Остановимся подробнее на таких загадочных объектах

Вселенной как чёрные дыры

Чёрная дыра это область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света (не имеют массы покоя, но имеют массу движения). Поэтому наблюдать саму чёрную дыру мы не можем. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры [5].

Известно, что внутри (в центре) нашей галактики, да и в других галактиках находится первичные (звёздные), массивные и сверхмассивные чёрные дыры. Первичная чёрная дыра образуется, когда выгоревшая звезда сжимается под действием гравитации. Но не всякая звезда в конце жизни превращается в чёрную дыру, а только та, масса которой превышает примерно в 2,5 — 3 раза массу нашего Солнца. Если масса звезды меньше, то, выгорев, она превратиться в сверхплотную нейтронную звезду, радиус которой составляет всего несколько километров. Однако звёздные (первичные) чёрные дыры имеют свойство расти, поглощая всё новые и новые звёзды, чёрные дыры и галактики, превращаясь в сверхмассивные. Масса таких сверхмассивных чёрных дыр составляет миллиарды масс Солнца.

Столкновение чёрных дыр между собой и с другими массивными объектами, а также столкновение нейтронных звёзд, вызывающее образование чёрной дыры, приводит к мощнейшему гравитационному излучению, которое можно обнаружить при помощи гравитационных телескопов. Так 11 февраля 2016 года сотрудники LIGO объявили об обнаружении гравитационных волн, возникших при слиянии двух чёрных дыр массами около 30 солнечных масс на расстоянии около 1,3 млрд. световых лет от Земли.

При падении любого вещества в чёрную дыру оно разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается и в результате сильно излучает, в том числе и в рентгеновском диапазоне. В результате вокруг чёрной дыры образуется светящийся аккреационный диск, что даёт принципиальную возможность обнаруживать чёрные дыры при помощи ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов.

Представления о чёрной дыре как об абсолютно поглощающем объекте были скорректированы А. А. Старобинским и Я. Б. Зельдовичем в 1974 году — для вращающихся чёрных дыр, а затем, в общем случае, С. Хокингом в 1975 году.

Изучая поведение квантовых полей вблизи чёрной дыры, Хокинг предположил, что чёрная дыра обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу. Этот гипотетический эффект называется излучением (испарением) Хокинга. Упрощённо говоря, гравитационное поле поляризует вакуум, в результате чего возможно образование не только виртуальных, но и реальных пар частица-античастица. Одна из частиц, оказавшаяся чуть ниже горизонта событий, падает внутрь чёрной дыры, а другая, оказавшаяся чуть выше горизонта, улетает, унося энергию (то есть часть массы) чёрной дыры.

Предположительно, состав излучения зависит от размера чёрной дыры: для больших чёрных дыр это в основном фотоны и лёгкие нейтрино, а в спектре лёгких (звёздных) чёрных дыр начинают присутствовать и тяжёлые частицы.

За счёт испарения все чёрные дыры теряют массу, и время их жизни оказывается конечным. При этом интенсивность испарения нарастает лавинообразно, и заключительный этап эволюции носит характер взрыва, например, чёрная дыра массой 1000 тонн испарится за время порядка 84 секунды, выделив энергию, равную взрыву примерно десяти миллионов атомных бомб средней мощности. В то же время большие чёрные дыры, на современном этапе развития Вселенной могут только расти, так как испускаемое ими излучение имеет меньшую энергию, чем поглощаемое.

А теперь перейдём к моей космологической гипотезе

Уверен, что ничто во Вселенной не может существовать вечно. Сверхмассивные чёрные дыры растут, поглощая окружающие звёзды и галактики, но всему есть предел. В малых (звёздных) чёрных дырах, за горизонтом событий, в их ядрах любое вещество превращается в кварко-глюонную плазму. Однако в сверхмассивных чёрных дырах, в их ядрах материя просто исчезает, превращаясь в энергию (назовём её первичной энергией). При этом плотность первичной энергии растёт. Там уже нет гравитации. Пока чёрная дыра поглощает материю, её гравитация растёт, но в ядре она исчезает и накапливается первичная энергия (тёмная, неизвестная науке энергия).

Со временем, когда напряжение этой энергии превысит допустимые пределы, она сможет вырваться из полюсов бешено вращающейся чёрной дыры в виде конусов. Ведь она не имеет массы, а следовательно, чёрная дыра не может её удержать. Скорость выхода этой энергии намного выше скорости света (возможно она равна С^2). И это не электромагнитные волны и не фотоны — это кванты энергии, которые превращаются в кванты пространства и частицы первичной материи — вимпы (от англ. WIMP, Weakly Interactive Massive Particles) [6]. Эти частицы представляют собой вихрь кванта энергии, который уже обладает массой и гравитацией. Вокруг этого вихря образуется объёмный электростатический заряд, с одной стороны — положительный, с другой — отрицательный. Этот вращающийся объёмный заряд и рождает магнитный момент.

Одновременно вихрь создаёт гравитацию и антигравитацию. Гравитация сжимает вихрь, а антигравитация расширяет окружающее пространство. Это пространство также расширяется со скоростью близкой к С^2, но объём кванта пространства ограничен квантом первичной (тёмной) энергии, а объём всего образовавшегося пространства ограничен количеством выброшенных чёрной дырой квантов. Это новое пространство расталкивает уже существующее, и вся материя в существующем пространстве движется вместе с ним. В своём пространстве-времени его скорость не велика, но относительно другого пространства-времени она может превысить скорость света. В самом деле, если астрофизиками установлены факты искривления пространства, то почему оно не может расширяться и расталкивать другие кванты пространства?

— Но тогда чёрная дыра должна сжимать и поглощать окружающее пространство вместе с частицами материи? — скажите Вы. — Думаю, что так оно и происходит. Материя и пространство в чёрной дыре превращаются в тёмную энергию, а высвободившись, эта энергия снова превращается в тёмную материю и пространство.

Считаю, что образование кванта пространства и элементарной частицы первичной материи (вимпа) в нём — это единый процесс. Пространство и материя — разные состояния одной и той же субстанции — первичной энергии. Затем кванты пространства сливаются, а частицы материи движутся в общем космическом пространстве, либо соединяясь, либо отталкиваясь. Всё зависит от полярности электрического заряда частицы и расстояния между ними. Известно, что на малых расстояниях сильное ядерное взаимодействие превышает силу отталкивания одноимённых зарядов. При слиянии элементарных частиц выделяется энергия в виде фотонов. Со временем частицы укрупняются, превращаясь в атомы уже известной нам материи. Таким образом, пространство, содержащее вимпы, должно обладать массой и гравитацией. Это и есть так недостающая галактикам тёмная материя.

На практике, с очень высокой точностью установлено, что наша Метагалактика имеет ячеистую структуру и довольно плоскую геометрию. Эта анизотропность и объясняется тем, что образовалась она не в результате одного взрыва в одной точке пространства, а в результате направленного выброса первичной энергии из полюсов вращающейся и прецессирующей чёрной дыры или нескольких сверхмассивных чёрных дыр.

Поскольку Вселенная и в наше время продолжает расширяться, то следует сделать вывод, что сверхмассивная чёрная дыра или дыры продолжают генерировать материю и пространство, выбрасывая их со сверхсветовой скоростью в уже существующее.

Впервые моя космологическая гипотеза была опубликована на сайте Яндекс кью, 13 декабря 2020 г. в разделе Космос, Вселенная, в рубрике «Если наша вселенная произошла от большого взрыва, то откуда взялись материи для этого взрыва?».

А как же быть со временем в Вашей гипотезе? Когда родилось оно? — спросите Вы.

А время, мой уважаемый читатель, родилось одновременно с пространством и материей. Образование материи, пространства и времени — это единый процесс. Но единицы их измерения (метры, килограммы, часы, минуты, секунды, — это чисто человеческое изобретение, такое же как десятичная система счисления. В природе существует лишь вечное движение материи в пространстве и времени, движение разной материи с разными скоростями. Существуют и периодические процессы, например, смена времён года, фаз Луны, дня и ночи, удары пульса (сокращение сердечной мышцы). Однажды человек принял интервалы между ударами пульса за единицу отсчёта (секунду) и стал измерять все скорости протекания процессов относительно неё. Так появилось понятие времени.

Математики (чисел и формул) в природе тоже не существует, но мы пользуемся математикой (числами, формулами) для моделирования и количественной оценки происходящих в природе процессов (если они правильно отражают природные закономерности — законы природы). Это информационная модель реальных физических процессов. Модель, которая подменяет эти процессы, и иногда подменяет успешно (достаточно точно). Расстояние, масса и время — это тоже параметры нашей информационной модели.

Заключение.

Поскольку Вселенная и в наше время продолжает расширяться, то следует сделать вывод, что сверхмассивная чёрная дыра или дыры продолжают генерировать материю и пространство, выбрасывая их со сверхсветовой скоростью в уже существующее пространство Вселенной. Именно этот процесс приводит к её инфляционному расширению. Там рождаются новые звёзды. Следовательно, есть и участки во Вселенной, (галактики), где материя и пространство непрерывно сжигаются в сверхмассивных чёрных дырах и этот круговорот материи и пространства длится уже миллиарды лет.

* * *

Источники:

1. Рубаков В. А. Темная материя и темная энергия во Вселенной. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/25560/1_Vvedenie

2. Марчевский В. А. Кварки и глюоны, преоны и гравионы — аналоги бозонов Хиггса. http://sci-article.ru/stat.php?i=1610623239

3. Курков А. А. Эмпирическая квантовая теория гравитации: вычисление необходимых констант и применение в описании Вселенной. http://sci-article.ru/stat.php?i=1615693533

4. Скорость движения Земли, Солнца и Млечного пути. Куда они стремятся? https://zen.yandex.ru/media/id/5cd81de7849658051f769022/skorost-dvijeniia-zemli-solnca-i-mlechnogo-puti-kuda-oni-stremiatsia-5f040b2cdcd3e32574d12896

5. Чёрные дыры. Википедия. https://ru.wikipedia.org/wiki

6. Мария Кирсанова. Чтобы обнаружить темную материю… https://elementy.ru/novosti_nauki/t/3261617/Mariya_Kirsanova

* * *