Динамическая Вселенная и белые дыры

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 вышла на двух языках: на русском и на английском. 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. В новой книге показано, что преобразования Лоренца, как раз легко и просто получаются, если точка перемещается по некоторой произвольной кривой, а не инерциально. Так же показано, что уравнения Лоренца – Эйнштейна, использующиеся в СТО, несложно выводятся исходя из тех же соображений. Теоретически обоснована и показана возможность перемещения в пространстве со скоростями, превышающими скорость света. Объяснён принцип перехода материи через световой (энергетический) барьер. Обосновано существование Мировой среды, приведён расчёт величин энергетического барьера зоны неопределённости, возникающей при переходе через «световой барьер». Приведены точные вычисления величины космологического красного смещения и температуры фонового излучения Вселенной, как результат процессов, происходящих в зоне неопределённости светового барьера («Кипящем слое вакуума»). Предложена гипотеза наличия белых дыр, внутри космических объектов, как источника энергии, материи и магнитного поля. Рассчитаны параметры белых дыр, предложены физические принципы их возникновения и существования. Предложен новый взгляд на строение и состав внутреннего ядра планет. Приведён расчет изменения основных параметров нашей планеты в течение 280 млн. лет в рамках концепции «Растущей Земли». Показана зависимость параметров планет Солнечной системы от излучения белых дыр внутри них. Сделана попытка объяснения изменения магнитных полей планет Солнечной системы во времени и дрейфа их полюсов. Предложена гипотеза наличия белых дыр, во внутренних ядрах звёзд и галактик, как источника энергии, определяющего параметры этих объектов. Дана классификация различных типов белых дыр, в зависимости от типов космических объектов в которых они находятся. Приведена таблица температуры белых дыр, находящихся в центре звезды, в зависимости от её класса и температуры поверхности. Предложено объяснение структуры и состава внутренних ядер квазаров и галактик, их энергетические характеристики, а так же механизма образования джетов.

Введение. Проблемы современной космологии

Мы живём в трёхмерном мире, который, в настоящее время, обозначаем простым и ёмким 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. Это мироздание Вселенная, изучаемая астрономией, – часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки (иногда эту часть Вселенной называют Метагалактикой)». Не удивительно, что человечество с незапамятных времён интересовал вопрос о строении Вселенной. В начале 20-го века доминирующее место заняла тория о возникновении и эволюции нашей Вселенной в результате «Большого взрыва». Общепринятая на данный момент космологическая модель, это модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно – начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии[1].

Доказательствами «Большого взрыва» стало обнаруженное американским астрономом Весто Слайфером в 1912–1914 годах красное смещение для галактик. В 1929 году Эдвин Хаббл открыл, что красное смещение для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон красного смещения, или закон Хаббла) и объяснил это эффектом Доплера. Однако в последствие выяснилось, что наблюдаемое красное смещение от галактик нельзя объяснить только эффектом Доплера, в него вносит вклад космологическое красное смещение из-за расширения пространства Вселенной. К тому же имеется не только красное но и фиолетовое смещение эффекта Доплера вследствие собственного движения галактик. При этом на больших расстояниях вклад космологического красного смещения становится преобладающим[2]. Таким образом, на самом деле, основной вклад в красное смещение вносит не эффект Доплера, а расширение самого пространства, причём, это расширение идёт с увеличивающейся скоростью, в зависимости от расстояния до космического объекта – чем он дальше, тем с большей скоростью от нас удаляется. В начале 1970-х годов для постоянной Хаббла было принято значение H=53,5(км/с)/Мпк. Наиболее надёжная оценка постоянной Хаббла на 2013 год составляла H=67,8±0,77(км/с)/Мпк[3]. В 2016 году эта оценка была уточнена до H=66,93±0,62(км/с)/Мпк[4]. Следует отметить, что измерения разными методами дают несколько различающиеся значения постоянной Хаббла. Указанные выше значения получены с помощью измерения параметров реликтового излучения на космической обсерватории «Планк». Опубликованные в 2016 году измерения «местного» (в пределах до z [5].

На самом деле, с развитием наблюдательной астрономии и повышения точности измерений, в красном смещении обнаруживалось всё больше странностей. Так, Аристарх Аполлонович Белопольский, обнаружил в 1887 году асимметрию «Доплеровских» смещений наиболее ярких звезд нашей Галактики ~5 км/сек в направлении апекс – антиапекс Солнца и расхождение между «Доплеровской» и параллактической скоростями Солнца относительно окружающих звезд. Астрофизик В.В. Кэмпбелл, открыл в 1911 году K-эффект – зависимость красных смещений от абсолютных светимостей звезд нашей Галактики. Астрофизик Р. Дж. Трамплер доказал несоответствие K-эффекта эффекту Доплера и отличие его от гравитационного красного смещения. В 1929 году, после открытия Хабблом красного смещения галактик, астрофизик Аристарх Аполлонович Белопольский заявил, что для создания красного смещения галактики не обязательно должны удаляться: изменение спектра галактик вызывает не эффект Доплера, а какое-то иное физическое явление. Астрофизик Г. Арп открыл связанные космические объекты, имеющие сильно разнящиеся красные смещения.

С помощью звезд реперов, неоднократно определяли расстояние до центра Галактики R₀. Однако единого мнения в этом нет. Оценки R₀ находятся в пределах от 6,5 по звёздам подобным RR Лиры до 10 килопарсек по цефеидам. Для построения межгалактической шкалы выбрали цефеиды. Этим методом определены расстояния до некоторых спиральных галактик, находящихся на расстояниях около 10 мегапарсек, где уже заметно системное «Красное смещение» и рассчитана постоянная Хаббла (H), – 50 км в секунду на мегапарсек, в соответствии с этим «определено время расширения вселенной в 13,8 миллиарда лет». Ясность в вопросе о том, по каким звездам реперам расстояния определены правильнее, внес проект HIPPARCOS в котором были определены параллаксы 118000 звёзд в сфере вокруг Солнца радиусом примерно 500 парсек. В этой сфере оказались и цефеиды, причем расстояния до контрольных цефеид оказались гораздо меньшими, иногда не менее чем на четверть меньшими, чем считалось до этого. То есть расстояние до центра нашей Галактики согласно вычислениям, в рамках проекта HIPPARCOS, не больше 6 килопарсек. И расстояния до ближайших галактик имеющих системное «Красное смещение» явно на 40 % меньше принятых.

О том, что размеры нашей Галактики меньше размеров предполагавшихся ранее, на 221-ом заседании Американского астрономического сообщества, заявила Элис Дисон, астроном университета Калифорнии в Санта – Круз. Элис Дисон и ее коллеги ориентировались на самые далекие звезды в гало Млечного Пути. Разброс скоростей у этих звезд и позволил рассчитать массу Млечного Пути в 500-1000 миллиардов солнечных, что вдвое меньше принятой в настоящее время.

Таким образом, если попытаться объяснить красное смещение космических объектов не эффектом Доплера и не гипотетическим расширением пространства, то, как и говорил Аристарх Аполлонович Белопольский, нам придётся найти для этого «какое-то иное физическое явление».

Наиболее яркими «возмутителями» современной теории расширения Вселенной на основе красного смещения являются квазары.

По-видимому, далекие галактики и квазары убегают от нашей Галактики со скоростями, пропорциональными расстоянию до этих объектов. Если эта линейная связь между скоростью и расстоянием справедлива для квазаров, то расстояние до них должно быть порядка 12x10⁹ лет, т. е. на три порядка больше предполагаемого радиуса Вселенной[6]. Существуют и другие данные наблюдений противоречащие утверждению, что по космологическому красному смещению можно судить о расстоянии до космических объектов. Хэлтон Арп – профессиональный астроном который ранее в своей карьере, был ассистентом Эдвина Хаббла. Он был награжден призом Элен Б. Уорнер, Кливлендской Премией Ньюкомба, Премией Александра фон Гумбольдта за высокие научные достижения.

В течение многих лет он работал в обсерваториях Маунт – Вильсон и Паломарской. За это время он создал известный каталог «Специфические (Пекулярныые) галактики», в котором собраны деформированные или «неправильные» галактики. Арп обнаружил, беря фотографии с больших телескопов, что многие квазары, имеющие чрезвычайно высокое красное смещение z (и как думают, удаляются от нас очень быстро, и таким образом должны быть расположены на большом расстоянии от нас) физически связаны с галактиками, которые имеют низкое красное смещение и, как известно, расположены относительно рядом с нами. Арп привёл фотографии многих пар квазаров с высоким красным смещением, симметрично расположенных с обеих сторон галактик с низким красным смещением, которые предполагаются их родителями. Эти соединения происходят намного более часто, чем вероятность случайного совпадения. Подавляющее большинство астрофизиков пробует найти оправдание наблюдений Арпом связанных галактик и квазаров «иллюзиями» или «угловыми визуальными совпадениями». Но, большое количество физически связанных квазаров и галактик с низким красным смещением, которые он сфотографировал и каталогизировал, делает такое совпадение маловероятным. Это просто случается слишком часто.

Из-за фотографий Арпа, предположение, что объекты с высоким красным смещением должны быть очень далеко, на чем основана теория «Большого Взрыва» и вся «стандартная космология», теряют смысл!

Один очень показательный и важный пример в опровержение тезиса «красное смещение равно расстоянию» дает изображение галактики NGC 7319 (смещение = 0.0225). Маленький объект на фотографии этой галактики – это квазар (смещение z = 2.11). Такое наблюдение квазара с таким большим красным смещением между галактикой и Землей возможно только в том случае, если квазар был бы в более чем девяносто раз дальше галактики. На самом деле, как показывают сделанные снимки квазаров, на которых их можно наблюдать, этого просто не может быть. На снимках хорошо видно, как джет, выбрасываемый из центра галактики NGC 7319, тянется прямо к квазару. Это доказывает, что оба объекта расположены рядом, и никак не могут быть удалёнными на огромное расстояние друг от друга, тем более в 90 раз. Арп приводит такое большое количество аналогичных снимков, что от них просто так невозможно отмахнуться. Всё это требует объяснения.

По мнению Арпа, красное смещение вызвано главным образом объектом, являющимся молодым, и только второстепенно из-за его скорости. Поэтому, как считает Арп, квазары не самые яркие, наиболее отдаленные и быстро перемещающиеся объекты в обозримом Космосе, они – самые молодые объекты.

Наряду с космологическим красным смещением, предсказанное в 1948 году Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом реликтовое или фоновое излучение Вселенной, рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Обычно, приводят общепринятую космологическую модель (горячее расширение Вселенной), описывающую раннее развитие Вселенной, а именно – начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.

Экстраполяция наблюдаемого 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[7]. Есть также некоторое число наблюдательных фактов, плохо согласующихся с изотропностью и однородностью наблюдаемой Вселенной: наличие преимущественного направления вращения галактик[8], неоднородности в распределении галактик на наибольших доступных масштабах, ось зла.

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 других теорий, которые пытаются объяснить строение и развитие Вселенной с других точек зрения.

Я не буду рассматривать все эти теории в рамках данной книги, чтобы не утомлять читателя, а только упомяну о них. Если кого-то эти теории заинтересуют, то их описание можно легко найти в интернете и в библиотеках. 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[9].

Существует так же теория 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)[10].

Теория Ли Смолина о том, что Вселенные возникают от взрыва «сингулярности» внутри чёрных дыр[11].

Теория Нейла Турока о рождении Вселенных в результате столкновения «бран» (многомерных мембран)[12].

Существующая инфляционная теория была предложена в 1989 году Аланом Гутом. Однако ключевой вклад в её создание внесли советские и экс-советские астрофизики, такие как, Алексей Старобинский, Андрей Линде, Вячелав Муханови 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[13].

Альтернативой Большому взрыву может быть Большая заморозка, предложенная командой физиков из Мельбурнского университета во главе с Джеймсом Кватчем. Они представили модель рождения Вселенной, которая больше напоминает постепенный процесс заморозки аморфной энергии, чем её выплеск и расширение в трёх направлениях пространства.

Учёные из Института теоретической физики «Периметр» считают, что наша Вселенная возникла благодаря коллапсу звезды в некой четырёхмерной вселенной. Результаты их исследования опубликовал журнал «Сайнтифик Американ». Ниайеш Афшорди, Роберт Манн и Рази Пурхасан говорят, что наша трёхмерная Вселенная стала подобием «голографического миража» при схлопывании четырёхмерной звезды.

Такое большое число различных теорий показывает, что, на данный момент, не существует ни одной 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[14].

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[15].

Введение гипотезы Большого взрыва означает, по сути, отказ от закона Причины и Следствия, что вызывает неприятие у многих учёных. Вот симптомы этого. 22 мая 2004 г. в Интернете и журнале «Нью Сайнтист» было опубликовано «Открытое письмо к научному сообществу» за подписями тридцати трёх ученых с мировой известностью. В письме говорится о фундаментальных проблемах теории Большого взрыва и о неоправданном ограничении космологических исследований только рамками теории Большого взрыва. 15 марта 2014 г в Австралии вышел документальный фильм «Что было до Большого взрыва», в котором 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: с…