КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ
Никитин А. П. E-mail: anikitinaaa@mail.ru
Этой статьей мы излагаем энергетическую теорию единого Космоса, в которой все изменения и взаимодействия (в том числе и гравитационные) рассматриваются не как силовые взаимодействия или проявления искривления пространства-времени, а как проявления и следствия энергетических процессов в Космосе. Мы считаем, что созрели для изменения современной научной парадигмы, и предлагаем продолжить дальнейшее развитие физической науки на основе новых фундаментальных постулатов. Нам представляется, что сейчас ОТО и квантовая механика должны сделать шаги навстречу в следующем:1. Планковская квантовая энергия – это «тёмная энергия» Космоса, 2. Космологическая постоянная ; – это показатель, мера части «тёмной энергии», которая на данном этапе развития Вселенной «расходуется» на образование новой барионной, гравитационно детектируемой, материи, из-за чего изменяется энерго-гравитационный потенциал Космоса. Гравитационное поле, а также электромагнитное поле и все другие поля и тела, а также их взаимодействия и движения, можно полностью физически заменить динамическим энерго-материальным полем, описываемым относительными системами координат, связанных с энергетическим полем Космоса, требующих для своего «движения» соответствующей энергии и соответствующей разности энергетических потенциалов с энергопотенциалом Космоса. В излагаемой теоретической парадигме энергетической теории космологическая постоянная Эйнштейна ; пропорциональна квадрату экспериментальной космологической постоянной Хаббла и численно равна элементарному кванту энергии Космоса.
Ключевые слова и фразы: проблема космологической постоянной, космологический принцип, ускоренное расширение Вселенной, энерго-гравитационный потенциал, энергетическая теория, ;CDM-модель.
«Нас может интересовать только одно: познание взаимной зависимости элементов» Эрнст Мах
«Никаким количеством экспериментов доказать теорию нельзя, но достаточно одного, чтобы её опровергнуть» А. Эйнштейн
Современная космология как наука построена на фундаменте космологического принципа и общей теории относительности (ОТО). Космологический принцип в новое время начинается с немецкого мыслителя Николая Кузанского, который ещё в XV веке писал: «Вечно движущаяся Вселенная не имеет ни центра, ни окружности, ни верха, ни низа, она однородна, в разных частях её господствуют одинаковые законы» «Вселенная есть сфера, центр которой всюду, а окружность нигде». Из космологического принципа следует, что Вселенная бесконечна, у неё не может быть центра и границы, тогда она была бы неоднородна, Вселенная не должна вращаться, так как ось вращения будет выделенным направлением.
1
Используя ОТО для моделирования Вселенной как целого, А. Фридман в 1922 году из уравнений А. Эйнштейна получил уравнения в общем виде нестационарной Вселенной с нулевой космологической постоянной. Далее, в 1925 году нестационарность Вселенной была подтверждена Э. Хабблом, который открыл увеличение красного смещения галактик в зависимости от расстояния, что было объяснено как расширение пространства-времени в результате «Большого взрыва». А. Фридман получил свои уравнения из уравнений ОТО с нулевой космологической постоянной, но к настоящему времени убедительно доказано, что на больших расстояниях закон Хаббла нарушается и Вселенная расширяется с ускорением, что современная наука в парадигме ;-CDM- модели при положительной космологической постоянной пытается объяснить действием физического вакуума, то есть наличием «тёмной энергии», известные свойства которой соответствуют ;-члену. Так сложилась современная стандартная космологическая ;-CDM- модель, в которой Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, «тёмной энергией» (dark energy), описываемой космологической постоянной ; в уравнениях Эйнштейна и «тёмной материей» (Cold Dark Matter). Однако, плотность «тёмной энергии» физического вакуума оказывается на много порядков больше, чем энергия определяемая космологической постоянной. Согласно ОТО А. Эйнштейна любая плотность энергии создаёт гравитационное поле, которое в свою очередь изменяет уже геометрию пространства-времени, поэтому в ОТО плотность энергии вакуума имеет абсолютное значение и может быть измерена путём измерения гравитационного поля, создаваемого вакуумом. В ОТО считается, что это равноценно теоретическому определению космологической постоянной ;=8;Gw/C4 , Но реальные измерения ;, основанные на эффекте разбегания галактик, дают очень малое значение для космологической постоянной: ;~10-53 м-2 С другой стороны, при попытке совместить ОТО и квантовую теорию нулевая энергия вакуума может быть обнаружена в силу её влияния на метрику пространства-времени. При анализе уравнений ОТО с учётом квантовых зависимостей получается значение космологической постоянной порядка планковской величины плотности ;=mp/l3p=2,17644 х10-8 кг /0,094778898 х10-105м3=22,9633394 х1097 кг/м3. Наблюдаемое экспериментальное значение плотности ;=5,98 х10-10 Дж/м3, что отличается на много порядков от теоретического значения. Согласно квантовой механики, например, электрон-позитронное квантовое поле создаёт в вакууме нулевую плотность энергии w~ me (meC/;)3 C2, тогда ;=8;Gw/C4 ~3 х10-17 м-2, Удивительно, что для массы Планка mP = (;C/G)1/2=2,176 х10-8 кг при lP = (;G/C3)1/2 = 1,616 х10-35 м w= mP (mPC/;)3 C2 ;=8;Gw/C4 = 16;2 /h lP 2 = 1,377 х10138 которая также на много порядков различается от значения космологической постоянной, полученной от наблюдаемой плотности вещества-энергии, что не может объяснить ни одна теория. Это противоречие в предсказаниях ОТО и квантовой механики является сутью проблемы космологической постоянной. Именно здесь, решая эту проблему, нам представляется, должны сделать шаги навстречу ОТО и квантовая механика, а именно: 1. Планковская квантовая энергия – это «тёмная энергия» Космоса. 2. Космологическая постоянная ; – это только показатель, мера, только часть «тёмной энергии», которая на данном этапе «расходуется» на образование новой барионной, гравитационно детектируемой, материи, в результате чего изменяется энерго-гравитационный потенциал Космоса. Уравнение энергии в современной стандартной ;CDM-модели однородной изотропной Вселенной с положительной космологической постоянной и геометрией Евклида имеет вид: ;2/a2 =H2 =8;G;/3-kc2/a2+;C2/3, или 1=8;G;/3H2 - kc2/a2H2+;C2/3H2, где a (t) – масштаб – «размер» Вселенной, H = ;/a = постоянная Хаббла Обозначая ;m=8;G;/3H2 = ;/ ;c (критическая плотность ;c =3H2/8;G) ;c =-(kc2)/(a2H2) ;; =;C2/3H2, получим полную энергию Вселенной, состоящей из 3 составляющих 1=;m +;c+;; , где по последним данным WMAP: ;m = 0,046 – барионная энергия, ;c = 0,233 – энергия кривизны пространства, ;; = 0,721 – «тёмная энергия» Плотность энергии вакуума ;v = ;/8;G
2
Плотность энергии согласно квантовой механике ;p=mp/l3p=2,17644 х10-8 кг /0,094778898 х10-105м3=22,9633394 х1097 кг/м3. Наблюдаемое экспериментальное значение плотности «тёмной энергии» вакуума ;v=~0,7 ;c =0,7 3H2/8;G ;=5,98 х10-10 Дж/м3, что отличается от теоретического значения на много порядков.? Согласно излагаемой энергетической теории энергетические составляющие Вселенной следующие (обозначая плотность «тёмной энергии» ;dm=1/T2G=H20/G=8,3861 х10-26кгм-3): 1. Критическая плотность вещества во Вселенной по классической формуле – (плотность кинетической энергии МС2/2) ;с=3H20/8 ;G= 3/8; ;dm =1,00081 х10-26кг/м3 3,16% (в системе размерностей LT при G=1/4; и 1кг=8,38554 х10-10м3с-2 ;с=3H20/2=3/8; ;dm) 2. Фактическая плотность «барионного» вещества во Вселенной при равенстве силы тяготения центробежной силе– силе инерции по формуле ;b=3H20/4;G= 3/4; ;dm = 2,00162 х10-26кг/м3 (;b=3H20= 3/4; ;dm) (6,32%) 3. Плотность гравитационной энергии фактической барионной материи ;b=9H20/20;G= 9/20; ;dm = 1,20122 х10-26кг/м3 (;b=9H20/5= 9/20; ;dm) 3,79% 4. Плотность «тёмной материи» ;dm=1/T2G=H20/G= ;dm = 8,3861 х10-26кгм-3 (;dm=4;H20=70,3163 х10-36 с-2) 26,48% 5. Плотность «тёмной энергии» (плотность гравитационной энергии «тёмной материи») ;de=4;H20/5G= 4;/5 ;dm = 21,077 х10-26кгм-3;de=16;2H20/5=4;/5 ;dm) 66,56% (с п.3 70,35%) Итого п.п.1,3,4,5 ; = 31,66513 х10-26кгм-3. (Заметим, что распространённость водорода во Вселенной по массе 72-75%, гелия – 21,5 – 23%, остальные «тяжёлые» элементы -3-5%, что удивительным образом коррелируется с процентными соотношениями плотностей «тёмной энергии», «тёмной материи» и барионного вещества) В своей книге «Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует» американский физик Ли Смолин мечтает об объединяющей теории: «Разум вызывает третью теорию для унификации всей физики, и по простой причине. Природа в очевидном смысле «едина». Вселенная, в которой мы сами находимся, находится во взаимосвязи, что означает, что все взаимодействует со всем прочим. Нет оснований, по которым мы могли бы иметь две теории природы, покрывающие различные явления…» В излагаемой энергетической теории постулируется, что все изменения и взаимодействия, в том числе и гравитационные, обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, не деформацией самого пространства-времени, связанной с присутствием в ней массы-энергии, а обусловлены только энергетическими параметрами космоса. Энергетическую теорию мы рассматриваем не как альтернативную теорию, а как теорию, развивающую и объединяющую ОТО и квантовую механику, с потенциальными возможностями решения накопившихся проблем, как закон сохранения энергии в ОТО и квантовой теории гравитации. В энергетической теории постулируется наблюдаемый фундаментальный энергетический процесс – «расширение Вселенной», который мы рассматриваем как энергетический процесс изменения энергогравитационного потенциала Космоса по закону Хаббла. Скорость света, принятая во втором постулате СТО и ОТО как абсолютная постоянная скорость, изменяется в Космосе с расстоянием вместе с энергетическим потенциалом Космоса, пропорционально расстоянию и равна: C = (;0- ;H)1/2 = (C2- H2)1/2 или работа по движению луча света с начальной скоростью V0= C в энерго-гравитационном поле с ускорением aH на расстояние R равна: А=FR=mV20–mV2R maR=mV20–mV2R aR=V20–V2R, откуда V2R=V20- aHR=С2-aHR, откуда VR=СR =(С2-aH R)1/2 где R-расстояние, пройденное светом, aH=С2-СR2/R=H2/R=4,415173 х10-62м1с-2- ускорение «расширения» Вселенной и изменения энергогравитационного потенциала. При изменяющейся с расстоянием скорости света, «расширение Вселенной» - иллюзия. Действительно, сток энергии от нас к звёздам идёт с ускорением-замедлением aH=4,415173 х10-62м1с-2
3
Закон Хаббла можно сравнить с энергетическим «трением» в структуре Космоса, хотя «трения» в таких процессах быть не должно; это скорее переход энергии из одной формы в другую. Не является ли реликтовое излучение проявлением этого энергетического процесса? В Космосе происходит самый фундаментальный процесс нашего мира, а именно: процесс перехода «тёмной энергии» в барионную массу-энергию, то есть происходит процесс массообразования «со скоростью» Хаббла, который мы принимаем через скорость света за расширение Вселенной ввиду увеличения энерго-гравитационного потенциала Космоса. Все остальные процессы являются производными, в том числе пространство, время, материя и сознание. Результатом этого процесса являются все изменения, происходящие в нашем мире. Время появляется вместе с барионной материей в начале этого периодического процесса, отождествляемого нами с «Большим Взрывом», и, видимо, пойдёт вспять по спирали на следующий виток при обратном процессе уменьшения энергогравитационного потенциала Космоса, то есть обратного перехода массы-энергии в «тёмную энергию». Зельдович Я. Б. и Новиков И. Д. с беспокойством пишут: «…в момент максимального расширения Вселенной стрела времени не меняет направления. Если бы она сменила направление, то в сжимающейся Вселенной лучи света, например, вместо того, чтобы излучаться звездами и уходить в мировое пространство, входили бы в звезды и т. д. Это явно бессмысленно» [10, с.713-714] -А есть ли у Времени направление? – спросим мы. - Может это иллюзия, что Время «идёт» от прошлого через настоящее в будущее? Время есть всегда и везде. Зачем Времени «идти» туда, где оно уже есть? Значит, у Времени нет скорости. Бессмысленно говорить о направлении течения Времени от прошлого к будущему и изменении направления Времени от будущего в прошлое. Тут мы должны разочаровать фантастов тем, что путешествие в прошлое и в будущее в принципе невозможно. Наш мир такой, что Время не идёт ни вперёд, ни назад, Время не останавливается никогда, Время просто «идёт», Время «ходит» по кругу, У Времени нет ни прошлого, ни будущего, а есть только настоящее, да и то – мгновение. «Призрачно всё в этом мире бушующем, Есть только миг, за него и держись. Есть только миг между прошлым и будущим, И именно он называется жизнь!» (Л. Дербенев) Если глобальные энергетические характеристики Космоса меняются по закону Хаббла, это должно происходить и в каждой ячейке Космоса. Мы приходим к выводу, что в нашем мире, чтобы что-то изменилось, должна возникнуть разность энергетических потенциалов в структуре Космоса. Исключений нет и для Времени. Действительно, учитывая фактор Лоренца, текущее время равно T2t=T02(1–H20/C2)=1/H20(1–H20/C2)=1/H20–1/C2 T=(1/;;H–1/;0)1/2 где ;;H=С2– (С2-v2H)=v2H=H0 изменение энерго-гравитационного потенциала, равное постоянной Хаббла, ;0 – «фоновый» энергетический потенциал Космоса Заметим, что из этой формулы видно, что Время не может быть отрицательным, то есть идти в прошлое. Время есть и всё. В условиях принципиальной невозможности, отсутствия абсолютного , в том числе абсолютного пространства и времени, не может быть и абсолютной скорости по определению. Мы должны сделать вывод, что скорость света не абсолютна. В настоящее время считается, что скорость света в вакууме – абсолютная фундаментальная физическая величина, точно равная 299792458 м/с = 2,99792458 х108 м/с и не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта и не зависящая от движения источника света, то есть инвариантная, и характеризующая свойства пространства-времени. Инвариантность скорости света, постулируемая ещё А. Эйнштейном в 1905 году, подтверждается всеми экспериментами, но только в «двухстороннем» (к зеркалу и обратно) эксперименте, поскольку невозможно измерить скорость света в одну сторону. В современной физике скорость света в вакууме является предельной скоростью движения частиц и распространения взаимодействий. Считается, что скорость света имеет одинаковое значение во всём пространстве-времени, то есть не зависит от места и меняется от времени. На этой фундаментальной константе построена вся современная физика вместе с теорией относительности. Выводы излагаемой нами энергетической теории позволяют усомниться в 4
абсолютности и фундаментальной роли скорости света. А. Эйнштейн, вводя второй постулат в СТО, сам сомневался в постоянстве скорости света: «Мне кажется невероятным, чтобы ход какого-нибудь процесса (например, распространения света в пустоте) можно было бы считать независимым от всех остальных процессов в мире» [2, т.1, с.319-320] Постоянство скорости света означает не что иное, как постоянство энерго-гравитационного потенциала Космоса; а постоянство энерго-гравитационного потенциала означает не что иное, как постоянство количества материи, которое и создаёт этот потенциал, то есть «расходует» энергию для своего «существования». Полная энергия Космоса – постоянная величина. Как не говорить о структуре Космоса, если энергия Космоса есть везде и всегда, она нигде не концентрируется, а «растворена» в объёме Космоса. Плотность «тёмной энергии» не зависит от времени, что говорит о том, что «Большого взрыва» не было. Абсолютное значение энергии в природе, как мы знаем, не имеет значения, важна относительная разница энергетических потенциалов, то есть энергетическое «напряжение» ;; =U, как в случае разницы высот на плотине, разность температур или разность электрических потенциалов. Энергия в бесконечный Космос извне не поступает, вовне не излучается; количество энергии в Космосе – абсолютная величина. Возможен только переход энергии из одной формы в другую – закон Хаббла является самым фундаментальным проявлением этого процесса в космическом масштабе, а именно: в Космосе повсеместно в результате увеличения количества материи увеличивается энерго-гравитационный потенциал на величину ;;=v2=H2=C2–(C2-H2) В условиях этого процесса, скорость света не может оставаться неизменной величиной. Фундаментальная скорость, отождествляемая в теории относительности со скоростью света, зависит от энерго-гравитационного потенциала Космоса, то есть равна C = (;)1/2. Второй постулат теории относительности о постоянстве скорости света, лежащий в фундаменте теории относительности, с точки зрения энергетической теории несостоятелен. В энергетической теории мы должны постулировать существование осциллирующей энергоматериально-информационной структуры Космоса с энергетическим потенциалом в «каждой ячейке», равным ;0 =С2 =(8,98755 х10 16 м2с2) и соответствующей скоростью света С=(;;)1/2=(;С2)1/2. Однако в Космосе происходит фундаментальный процесс образования массы-энергии со «скоростью» и по закону Хаббла, то есть увеличение энергогравитационного потенциала Космоса за счёт перехода «тёмной энергии» в энергию массы. По закону Хаббла энерго-гравитационный потенциал (разность энергетических потенциалов ;;H=С2–(С2-Н2)=Н2) Космоса повсеместно увеличивается на величину равную Н2/1Мпк=5,59559 х10-36с-2=;;H. Градиент этого потенциала, равный ускорению aH, в масштабе Вселенной равен: grad;;H=aH=5,59559 х10-36с-2/R=4,415173 х10-62м-1с-2. (при R=1,2673546 х1026м) Тогда скорость света при равнозамедленном движении от нас к звезде на краю Вселенной составит: V2=С2-2aHR=С2-2;;H=(8,98755 х1016 м2с2–2 х4,415173 х10-62м-1с-2х 1,2673546 х1026м)=8,98755 х1016м2с2– 11,19118 х10-36м2с2 Эта формула фактически – формула уменьшения энерго-гравитационного потенциала с расстоянием в нашей Вселенной. Работа по движению луча света с начальной скоростью V0=C в энерго-гравитационном поле с ускорением aH на расстояние R равна: А=FR=mV20/2–mV2R/2 maR=mV20/2–mV2R/2 aR=V20/2–V2R/2, откуда V2R=V20-2 aHR=С2-2aHR С другой стороны при гравитационном потенциале, равном разнице энергетических потенциалов, ;;=GM/R= v2 a=GM/R2=;;/R=v2/R-это ускорение тела при движении по окружности со скоростью v, когда как раз проясняется истинный физический смысл ускорения как разности энергетических потенциалов в зависимости от расстояния от центра концентрации энергии–центра масс. 5
Естественно предположить, что этот закон выполняется для всей Вселенной, а именно ;;=v2=аR=С2=R2/Т2 На границе Вселенной при скорости С и ;;=С2 ускорение свободного падения для наблюдаемой Вселенной (радиальное ускорение) равно a;=;;/R=С2/R=С/Т=СH0=7,09159 х10-10м/с2 Из формул выше можно написать H0=a/С, тогда постоянная Хаббла равна ускорению скорости света за секунду. При невозможности увеличения скорости света нам кажется, что с ускорением расширяется Вселенная. Мы знаем, что свет материален, тогда почему нельзя предположить, что он «падает» на нас так же, как камень падает на Землю, с ускорением свободного падения? Для Вселенной ускорение свободного падения равно aG=GM/R2=7,096 х10-10м/с2 a;=aG (где M=17,06729 х1052кг - масса фактической барионной материи Вселенной, R = 1,2673546 х10 26 м – радиус Вселенной) Интересно, что спутники «Пионер-10» и «Пионер-11», уже летящие за пределами Солнечной системы, тормозятся с ускорением (замедлением) равным ap~(8,74+-1,33)х10 -10м/с2, что невозможно объяснить теорией тяготения Ньютона. Это значение очень близко к значению aG = СH0 = 7,09159 х10 -10 м/с2, равным «ускорению свободного падения Вселенной». Энергетическое равновесие в Космосе устанавливается равенством «работы» по тяготению «работе» по условному расширению, соответственно равенством сил тяготения и «расширения», и, соответственно равенством энерго-гравитационного потенциала потенциалу . Действительно: АG =AH FGR=mV2H=m;;H GmMR/R2=m;;H GM/R=;;H ;;G=;;H Отсюда, необходимо сделать вывод, что расширения пространства во Вселенной не происходит, а происходит циклическое изменение энерго-гравитационного потенциала в результате образования материи из «тёмной энергии» и обратного процесса перехода материи в «тёмную энергию», что мы воспринимаем как «Большой взрыв» и расширениесжатие Вселенной. Период этого процесса предстоит определить. Отношение ;;H/;;0=aH/aG=1,606 х1052 – «большое число» «Один из способов решения проблемы сингулярности заключается в том, чтобы избавиться от сингулярности вовсе. Доказательство существования сингулярности основано на предположении об уравнении состояния вещества, заполняющего Вселенную» [10, c. 663] Здесь необходимо вспомнить Фреда Хойла, британского астронома и астрофизика, который в 1948 году предложил стационарную модель Вселенной, альтернативную концепции образования Вселенной из одной точки. Про эту концепцию, основанную на законе Хаббла, Хойл говорил, что она «основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одногоединственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время…Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной», От него и пошло выражение «Big Bang» - «Большой Взрыв» (более точный перевод на русский язык «Большой хлопок») Фред Хойл считал, что «Расширение Вселенной происходит вечно! Вещество рождается в пустоте самопроизвольно с такой скоростью, что средняя плотность Вселенной остается постоянной» Эта космологическая модель, без сингулярностей и продолжения времени назад к точке «Большого взрыва», получила название – Космология стабильного состояния (Steady State Cosmology), которая провозгласила полное равноправие всех точек пространства и времени и считала, что Вселенная расширяется, но начала не имеет, а в космосе из поля образуется новое вещество, которое заполняет расширяющееся пространство между удаляющимися по закону Хаббла галактиками. Космологическая модель Вселенной, предложенная А.Эйнштейном в 1917 году, была стационарной, то есть неизменной во времени. 6
«Метрика СВ (Стационарной Вселенной Ф. Хойла – примеч. автора) является как раз точным решением для пустого мира с положительной космологической постоянной ; = 3H2/С2» [10, с. 664] Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков в своей содержательной монографии «Строение и эволюция Вселенной», изданной в 1975 году, удивляются: «Однако авторы СВ предлагают свою теорию для описания реальной, наблюдаемой, «нашей» Вселенной, содержащей материю, звезды, барионы, реликтовое излучение» «Важнейший момент заключается в том, что авторы СВ требуют истинной, физической, а не только метрической и геометрической стационарности. Они не ограничиваются заданием метрики» [10, с. 665] Вот и прекрасно! «По теории СВ необходимо, чтобы вечно, от t=-;, сохранялась одна и та же средняя плотность вещества ;вещ и (добавлено после 1965г.) реликтового излучения ;рел.» «Однако при этом пришлось ввести неизвестный ранее процесс рождения вещества из Споля» [10, с. 665] «…по общим принципам, возможен и обратный процесс превращения барионов в С-поле» «Представление о статической, неизменной Вселенной, несомненно, не согласуется с действительностью и оставлено. Не соответствует действительности и стационарная Вселенная, в которой хаббловское расширение компенсируется рождением вещества» [10, с. 699] «По совокупности наблюдательных данных и теоретических соображений теория стационарной Вселенной может считаться опровергнутой» - заключают Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков. Но проблема космологической постоянной осталась. «Один подход к этой величине…подсказывает размерность ; – см-2. Это кривизна пустого пространства. Но теория тяготения связывает кривизну с энергией, импульсом и давлением вещества. Перенося в уравнениях тяготения члены с ; в правую часть, получим (Rik–;gikR)= 8;G/с4Tik - gik;. Предположение ;;0 означает, что пустое пространство создает гравитационное поле такое, как если бы в этом пространстве находилось вещество с плотностью массы ;;=с2;/8;G, плотностью энергии ;;=с 4;/8;G и давлением P; =- ;; . В этом смысле можно говорить о плотности энергии вакуума и давлении (тензоре натяжений) вакуума» «Эти величины ;; и P; не проявляются ни в опытах с элементарными частицами, ни в области атомной и молекулярной физики…» «Единственный тип явлений, в которых проявляются ;; и P; , суть гравитационные явления» [10, с. 211] «…из космологических соображений можно уже сейчас поставить пределы |;;| <5 10-28 г/см3 , что соответствует |;| < 10-54см-2» «Обратимся теперь к другой стороне дела, а именно к тесной связи вопроса о ; с теорией элементарных частиц.» [10, с. 212] «…плотность энергии вакуума равна нулю» Но «Этот обход вопроса об энергии вакуума хорош везде, кроме теории тяготения! Плотность энергии вакуума …в задачах тяготения появляется как реальная, не сокращающаяся наблюдаемая величина» [10, с. 214] Далее Зельдович Я.Б. в приложении к своей статье даёт оценку численному значению ;, получаемую из теории элементарных частиц с массой протона m: «;; ~m(mc/h)3 ~1017 г/см3, ;=10-10 см-2 Ясно, что такая оценка не имеет ничего общего с действительностью. …расхождение между величиной ;, которую можно получить из теории элементарных частиц, и величиной, допустимой из астрономических соображений, |;|<10-54см-2и |;;| <5 10-28 г/см3 » -заключает Зельдович Я.Б. [10, с. 228] Таким образом, мы упираемся в эту космологическую проблему как в стену. Ясно, что громадная энергия «вакуума» тратится не на расширение Вселенной. Работа-энергия по «расширению» Вселенной равна : 7
АH=Е=Mv2H=MH02=M(;0-;)=M;;, С другой стороны гравитационная сила тяготения масс шарообразной Вселенной «совершает» работу по «сжатию»: АG = -3/5GM2/R |АH|=|АG| MH02 =3/5GM2/R Космологическая модель Вселенной, предложенная А.Эйнштейном в 1917 году, была стационарной, то есть неизменной во времени. Для стационарного решения уравнений ОТО Эйнштейн ввёл в них ;член, «описывающий давление». О необходимости введения отрицательного «энергетического» давления – космологической постоянной А. Эйнштейн пишет: «Мы придем к согласию с этими представлениями, если в нашем феноменологическом рассмотрении добавим член, описывающий давление. Это давление, однако, не следует смешивать с гидродинамическим, поскольку оно служит лишь энергетическим выражением динамических связей внутри вещества» [2, т.2, с.80] «Если Вселенная квазиэвклидова, и, следовательно, ее радиус кривизны бесконечен, то ; должна быть равна нулю. Однако маловероятно, чтобы средняя плотность вещества во Вселенной была бы действительно равна нулю Вряд ли можно также ожидать, что обращается в нуль наше гипотетическое давление, хотя физическая природа этого давления сможет быть выяснена только после того, как мы глубже поймем законы электромагнитного поля.…полная зависимость геометрических свойств от физических» [2, т.2, с.81] Нас, конечно, в этой системе уравнений гравитационного поля ОТО интересует космологический член p, «описывающий давление», - космологическая постоянная ;, введённая Эйнштейном в 1917 году в работе «Вопросы космологии и общая теория относительности» для создания антитяготения (антигравитации, отталкивания) в статичной модели Вселенной, потому что без космологической постоянной ; по формуле Эйнштейна Вселенная должна «схлопываться» под действием сил тяготения. А. Эйнштейну пришлось для статичной, как он считал, Вселенной противопоставить силам тяготения (для массы m=1), равным FG = GM/R2 силы антитяготения, пропорциональные «расстоянию»F;= C2;R/3 Заметим, что размерность космологической постоянной ; см-2 (м-2 в СИ), то есть обозначает кривизну пространства. Нам представляется, что в отсутствие кривизны пространства, космологическая постоянная пропорциональна концентрации - плотности однородной равномерно распределённой «тёмной энергии» Вселенной: ; = C2;/8;G = 1/GT2 откуда ; = 8;/C2T2 = 8;H20/C2= 8;/R2 = 16,0 х10-52 м-2 где R – радиус Вселенной H0– постоянная Хаббла (;=8;/C2T2=8;H20/C2=8; v2H/C2 =8;;;H/;0, где ;;H=С2– (С2-v2H)=v2H=H20 изменение энерго-гравитационного потенциала, равное постоянной Хаббла и ;0 – «фоновый» энергетический потенциал Космоса) Космологическая постоянная Эйнштейна ; удивительным образом пропорциональна квадрату космологической постоянной Хаббла и численно равна элементарному кванту энергии Космоса-Времени, генерируемой Космосом в единице объёма в 1 м3 Х =15,8247 х10-52 Дж с м-3=;, что мы показали в [9] Нам представляется, что гравитационное поле, а также электромагнитное поле и все другие поля и тела, а также их взаимодействия и движения, можно полностью физически заменить динамическим энергетическим полем, описываемым любыми относительными системами энергетических координат, связанных с энергетическим полем Космоса, требующих для своего «движения» соответствующей энергии и соответствующей разности энергетических потенциалов с Космосом. Про отсутствие гравитации говорит и тот факт, что тяготение и антитяготение, казалось бы однородные явления единой природы, современная наука бессильна объяснить в рамках одного закона, а объясняет совершенно по разному, а именно: притяжением материи и «тёмной энергией» соответственно.
8
Очевидно, что настоящую систему фундаментальных уравнений физики ЭйнштейнаГильберта необходимо видоизменить таким образом, чтобы они включали все поля, все структуры, все частицы и все взаимодействия. Возможно ли это? Под силу ли человеку описать бурлящий океан неисчерпаемой космической энергии и вечного времени? Разве что «за теорию примутся математики»? Наше дело выдвинуть физические решения, а там математики пусть «делают с этими решениями, что они хотят» [А.Фридман, 11, с.402] Для стационарного решения уравнений ОТО Эйнштейн ввёл в них ;-член, фактически соответствующий абсолютной антигравитационной постоянной, равной силе отталкивания, уравновешивающей силу тяготения и зависящей только от расстояния: F; = 1/3 ; RmC2. Во-первых, мы знаем, что ничего абсолютного в Космосе нет. Космологическая постоянная А. Эйнштейна ; ни что иное, как коэффициент, пропорциональный изменению энергетического потенциала Космоса, и соответственно Времени, то есть постоянной Хаббла. Действительно, энерго-гравитационный потенциал Вселенной равен ;;G= GM/R, а энергоантигравитационный потенциал ;;;= C2;R, градиенты которых соответственно равны ускорениям тяготения и антитяготения. На границе Вселенной ;;G=GM/R=;;;=;C2R, откуда ;=1/R =1/1,2673546 х1026м =0,789 х10-26м-1? С коэффициентом 3: ;;G=GM/R=;;;=;C2R/3, откуда =3/R=3/1,2673546 х1026 м=2,36 х10-26 м-1? Допустим, что на расстоянии R, сила тяготения уравновешивается силой антитяготения, или соответственно равны ускорения и энерго-гравитационные потенциалы: FG = F; GmM/R2= 1/3 ;RmC2. GM/R2= 1/3 ;RC2. GM/R = 1/3 ;R2C2, откуда при ;1=3H2/8;G ;=3GM/R3C2=3H2/2C2=3/2;;H/;;0=0,93389 х10-52 м-2, ? при ;2=3H2/4;G ;=3GM/R3C2=3H2/C2=3;;H/;;0=1,86778 х10-52 м-2,? при ;3=1/T2G ;=3GM/R3C2=4;/T2C2=4;H2/C2=4; ;;H/;;0=7,8237 х10-52 м-2? где C2=;;0– энерго-гравитационный потенциал Вселенной, а H2 =v2=;;H=(73 км/с/Мпк)2=(2,3655 х10-18с-1)2 – уменьшение энерго-гравитационного потенциала Космоса из-за массообразования, то есть перехода «тёмной энергии» в барионную массу-энергию, ;;H/;;0 =0,6225935 х10-52 , тогда ;=4; ;;H/;;0, то есть космологическая постоянная равна отношению величины уменьшения энергогравитационного потенциала к полному энергопотенциалу Космоса. Без 4;, конечно, здесь тоже не «обошлось», что указывает на «сферический» характер этого фундаментального энергетического процесса. При H2 =v2=;;H=(73,0 км/с/Мпк)2=(2,3655 х10-18с-1)2 = 5,59559 х10-36 м2 с-2 ;73=4;;;H/;;0=7,8237 х10-52 м-2 где ;;0= C2. Для нашей Вселенной стационарной в пространстве, но нестационарной в энергетическом отношении ;=3H2/C2=3;;H/;;0=1,86778 х10-52 (коэффициент 3 «идёт» из уравнений А.Эйнштейна) Правильнее, наверно, записать ;~H2/C2=;;H/;;0=0,6225935 х10-52 Отсюда, космологическая постоянная ; – это относительная величина изменения энергетического потенциала Космоса, это отношение энергии новой образующейся гравитирующей материи ко всей энергии-материи Космоса. «Но можно сделать и другое предположение, а именно, что ньютоновская сила лишь представляется нам силой, действующей на расстоянии, а что в действительности она передается или посредством движений или путем деформации в среде, заполняющей пространство. Таким образом, стремление к единообразию в понимании природы сил приводит к гипотезе об эфире » 9
[2, с. 683.А. Эйнштейн, «Эфир и теория относительности», Речь, произнесённая 5 мая 1920 г в Лейденском университете по поводу избрания Эйнштейна почётным профессором этого университета] Г. А. Лоренц «лишил эфир его механических, а материю – ее электрических свойств. Как в пустоте, так и внутри материальных тел носителем электромагнитных полей является только эфир, но не материя, которую мы представляем раздробленной на атомы. По теории Лоренца, движутся одни только элементарные частицы материи» [2, с. 684. А. Эйнштейн, «Эфир и теория относительности»] «Что касается механической природы лоренцова эфира, то …Г.А. Лоренц оставил ему лишь одно механическое свойство – неподвижность. К этому можно добавить, что все изменение, которое внесла специальная теория относительности в концепцию эфира, состояло в лишении эфира и последнего его механического свойства» («неподвижности» –примеч. автора) [2, с. 685. А. Эйнштейн, «Эфир и теория относительности»] «…материя и излучение, согласно специальной теории относительности, являются особыми формами энергии, распределенной в пространстве; таким образом, весомая масса теряет свое особое положение и является лишь особой формой энергии. Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира. Можно принять существование эфира; не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения; иначе говоря, абстрагируясь, нужно отнять у него последний механический признак, который ему еще оставил Лоренц» [2, с. 685. А. Эйнштейн, «Эфир и теория относительности»] Неподвижный, абсолютный эфир, обладающий какими-либо механическими свойствами, как привелигированная абсолютная система отсчёта с точки зрения теории относительности и науки неприемлем. Абсолютной системы быть не может. Но, с другой стороны, эфир необходим, потому что «…общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами; таким образом, в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно так же к нему нельзя применять понятие движения» [2, с. 689. А. Эйнштейн, «Эфир и теория относительности», Речь, произнесённая 5 мая 1920 г в Лейденском университете по поводу избрания Эйнштейна почётным профессором этого университета] А. Эйнштейн постоянно обращает внимание, что «специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира» [2, с. 68] «Специальная теория относительности запрещает считать эфир состоящим из частиц, поведение которых во времени можно наблюдать, но гипотеза о существовании эфира не противоречит специальной теории относительности. Не следует только приписывать эфиру состояние движения» [2, с. 686] «Отрицать эфир – это в конечном счете значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств» [2, с. 687] «Мысль Маха находит свое полное развитие в эфире общей теории относительности. Согласно этой теории, метрические свойства пространственно-временного континуума в окрестности отдельных пространственно-временных точек различны и зависят от распределения материи вне рассматриваемой области. …соответственно, признание того факта, «пустое пространство» в физическом отношении не является однородным и изотропным, вынуждает нас описывать его состояние с помощью десяти функций – гравитационных потенциалов g;;.» «Эфир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные) процессы» «…эфир общей теории относительности мы получаем из эфира Лоренца, релятивируя последний» [2, с. 687-688] «Не может быть пространства …без потенциалов тяготения; последние сообщают ему метрические свойства – без них оно вообще немыслимо. Существование гравитационного поля непосредственно связано с существованием пространства» [2, с. 688] «При современном состоянии теории кажется, что электромагнитное поле в отличие от гравитационного поля определяется совершенно другой формальной причиной; как будто бы природа могла наделить гравитационный эфир вместо полей типа электромагнитного поля, также и полями совершенно другого типа, например скалярными. Так как, по нашим современным воззрениям, и элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля, то, следовательно, в нашей современной картине мира существуют две совершенно различные по содержанию реальности, хотя и связанные между собой причинно, а именно, гравитационный эфир и электромагнитное поле; их можно назвать пространством и материей. 10
Естественно, что большим шагом вперед было бы объединение в одну общую картину гравитационного и электромагнитного полей. Тогда была бы достойна завершена эпоха теоретической физики, начатая Фарадеем и Максвеллом; сгладилась бы противоположность между эфиром и материей, и вся физика стала бы замкнутой теорией, подобной общей теории относительности, охватывающей геометрию, кинематику и теорию тяготения» [2, с. 688-689] «…общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами; таким образом в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно также к нему нельзя применить понятие движения» [2, с. 689] Этим мы отнимаем у эфира по совету А. Эйнштейна последний механический признак – неподвижность, но, объединяя тела с полями, соединяем все физические свойства в одном едином целом – энерго-материальном Космосе. Мы отождествляем любое движение с изменением энергетических характеристик Космоса. В энергетической теории предлагается «вернуть» эфир в виде осциллирующей динамической энергоматериально-информационной структуры Космоса, которая «мерцает», взаимопревращаясь, с периодом времени Планка. Эта структура не обладает никакими механическими свойствами, не обладает неподвижностью, не соотносится ни с какой системой отсчёта, но тем не менее существует. В каждой «ячейке» Космоса происходит при информационном обеспечении «тёмной энергии» периодическое «рождение» и «смерть» из «тёмной материи» зримой барионной материи за планковское время в планковских размерах; происходят, если так можно назвать, «маленькие взрывы» («Small Bang», «small explosion») по аналогии с «Большим взрывом». Энергетика этого процесса описывается известными формулами: E = mC2 = h; E2 –pC2 =m2C4 Только меняется физический смысл этих формул, так как энергией согласно энергетической теории обладает не тело, а «флуктирующий» мерцающий Космос, периодически «проявляющий» эту энергию в виде зримой массы как «сгущения энергетического поля» и «расходующий» на этот процесс энергию E0 +Ek. Если законы нашего мира позволяют произойти «Большому взрыву», как считается 13,7 млрд лет назад, то ничто не мешает происходить и «маленьким взрывам» планковского масштаба. Эта гипотеза не противоречит нашей парадигме энергетической теории. Планковская эпоха не ушла, она всегда с нами. Квантовая механика и ОТО «варятся» в планковском котле, но что происходит внутри этого котла мы пока ничего не знаем. Поднимем голову к звёздам и окинем взглядом и мыслью наш мир. Вопросы к «Большому взрыву»: 1.После взрыва материя распределилась в пространстве больших масштабов равномерно, 2.Искривлённое пространство из одной точки «развернулось» в идеально плоское пространство Евклида, 3.Где находится точка взрыва, 4.Какая субстанция «сгенерировало» «Большой взрыв» и куда оно исчезло, 5.Происходит удивительно равномерное расширение Вселенной по закону Хаббла, 6.Что было до «Большого взрыва», 7.Вселенная рождается один раз и навсегда, или возможен коллапс и многократное рождение Вселенной, 8.Откуда берётся колоссальная энергия для расширения Вселенной, 9.ОТО постулирует объединённое пространство-время, но пространство расширяется, а время идёт само по себе, 10.Само пространство изотропно и однородно, то есть в ней все направления одинаковые и все точки равноправны, 11.Согласно ОТО материя Вселенной должна искривлять пространство, но измерения реликтового излучения показывают, что пространство евклидовое и не имеет кривизны, 12.Вместе с расширением пространства почему-то не расширяются галактики. Очень много вопросов. Современная космология не может дать ответы на эти вопросы, что говорит о том, что парадигма «Большого взрыва», а вместе с ней и геометрическая теория гравитации, себя исчерпали. 11
Одним из главных подтверждений теории «Большого взрыва» считается реликтовое излучение, сохранившееся с начальных этапов рождения Вселенной. Но поражает равномерность заполнения Вселенной реликтовым излучением после «Большого взрыва». При вечной Вселенной причиной этого излучения мог бы быть настоящий энергетический процесс по всему объёму Космоса по закону Хаббла в результате которого происходит образование новой материи. Мы только что объяснили расширение Вселенной по энергетической теории, как тут почти одновременно Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адамс Рисс в 1998 году наблюдая сверхновые типа обнаружили, что в удалённых галактиках, расстояние до которых было определено по закону Хаббла, сверхновые типа имеют яркость ниже той, которая им полагается, то есть расстояние до этих галактик, вычисленное по методу «стандартных свеч» (сверхновых Ia), оказывается больше расстояния, определённого по закону Хаббла. На основании этого был сделан вывод, что Вселенная расширяется с ускорением, которое началось 5 млрд. лет назад. Все уже считают, что это - установленный факт. Но вспомним А. Эддингтона, который говорил: «Не слишком доверяйте наблюдениям, пока они не подтверждены теорией» По-нашему мнению, это так называемое «ускоренное расширение пространства Вселенной» означает не что иное, как «схлопывание» Вселенной. Если серьёзно, то ускоренное расширение Вселенной легко и просто объясняется в парадигме энергетической теории, а именно: в этих областях Вселенной наблюдается повышенный энерго-гравитационный потенциал из-за более усиленного темпа образования материи, что сопровождается большими скоростями молодых звёзд и галактик, то есть ;;=H2=V2=C2–(C2–V2) V2; C2, после чего пойдёт, образно говоря по синусоиде с амплитудой от 0 до С2, обратный процесс уменьшения энерго-гравитационного потенциала, что произойдёт, когда потенциал достигнет ;;=C2. Хотя, это вряд ли возможно, потому что, тогда вся Вселенная должна превратиться в «чёрную дыру». Видимо, предел какой-то другой, что является предметом дальнейших исследований. Современная космология экстраполирует расширение Вселенной назад во времени доходя до точки сингулярности, где уже не действуют никакие законы физики, что по нашему мнению является абсурдом. Выход из этого тупика нам представляется в экстраполяции не во времени, так как время само является производной от энерго-материальных процессов в Космосе, а в энергетической экстраполяции энергодинамических процессов Космоса.
Литература. 1. Принцип относительности. Г. А. Лоренц. А. Пуанкаре. А. Эйнштейн. Г. Минковский. Сборник работ классиков релятивизма под редакцией В. К.Фредерикса и Д. Д. Иваненко. – М.-Л.: ОНТИ, 1935. 2. Эйнштейн А.. Собрание научных трудов. – М.;Наука, 1965,1966. 3. Фейнман, Ричард. Фейнмановские лекции по физике. Т.1 4. Никитин А. П. Прости меня, Эйнштейн. Буквика. Москва, 2013. ISBN 978-5-8853-2985-9, www.bookvika.ru 5. Aleksandr P. Nikitin. The Law of Eternal Movement. Eastern European Scientific Journal, Ausgabe 4-2013.DOI 10.12851/EESJ201308. www.Auris-verlag.de. 7. Никитин А.П. Космос–это Я. М.: «Авторская книга», Москва., 2014. ISBN978-5-91945-482-3 8. Никитин А. П. Закон всемирного движения. 2013. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13234.html 9. Никитин А. П. «К энергодинамике движущегося» Космоса. 2014, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13288.html 10. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. Наука., Москва, 1975. 11.А.А. Фридман. Избранные труды. Под редакцией проф. Л.С. Полака. М., Наука, 1966.