Беседа 20. Параметры Метагалактики

          Коллега, все те, кто изучает крупномасштабную структуру окружающего нас Космоса (назовём их – астрофизики), пытаются найти ответы на вопросы о происхождении, эволюции и будущем нашей Вселенной. Философы прошлого строили об этом догадки, поэты призывали на помощь воображение, а теологи просто заявляли, что им все известно.
       
Это так, мой друг. Причём, у изучающих Вселенную до сих пор нет единого мнения. Ещё в начале двадцатого века почти все астрофизики были твёрдо убеждены, что наша Галактика (Млечный путь) и есть вся наблюдаемая Вселенная. Считалось, что Галактика – это единственный остров в безбрежном «море» пространства.

Конечно, были и такие, кто считал, что Вселенная не кончается за пределами Галактики, а простирается гораздо дальше. Но, как это обычно бывает, традиционно мыслящее большинство подавило своим числом немногих «скептиков».

Однако технические средства наблюдений постепенно совершенствовались и, наконец, стало ясно, что Вселенная объединяет более ста миллиардов галактик, подобных нашей. Причём, каждая из галактик, в свою очередь, объединяет примерно столько же звёзд, подобных нашему Солнцу.
      
Теперь существуют две точки зрения на размеры Вселенной. Большинство астрофизиков склонны думать, что наша Вселенная возникла в гигантском Большом взрыве и с момента своего рождения она продолжает расширяться (причём, с ускорением !) в бесконечном пространстве.
       
Однако остаётся загадкой, почему характерный размер расширяющейся Вселенной, составляющий около 10 миллиардов световых лет (1 св. год равен 9,5*10^15 м), совпадает с пределом «видимости» наших самых совершенных телескопов! Именно этот предел и определяет границы нашей Метагалактики. Но, что за этим пределом? Пытаясь найти достойный ответ, явное меньшинство учёных полагают, что Вселенная не имеет границ, а простирается в бесконечность.

Эти две крайние точки зрения объединяет одно важное обстоятельство – пространство вокруг нас бесконечно. И это для нас уже бесспорный факт.

          Коллега, но ведь, мы не можем заглянуть в эту бесконечность.
       
Не можем, мой друг. И этому есть простое объяснение. Нам уже доподлинно известно, что окружает нас вовсе не пустота, а некая обладающая энергией среда. Причём, в каждый данный момент времени её свойства одинаковы во всех её точках (она однородна) и не зависят от выбора направления наблюдений (она изотропна). Это утверждение можно назвать обобщённым принципом Джордано Бруно (1548-1600).
       
На первый взгляд это противоречит нашим непосредственным наблюдениям, ибо мы хорошо знаем, что в космическом пространстве движутся массивные образования типа планет, звёзд. Однако размеры даже наиболее крупных неоднородностей (сверхскоплений Галактик) в 100 и даже в 1000 раз меньше размеров самой Метагалактики. Поэтому можно считать, что Метагалактика однородна с точностью до 0,1-1 процента, и проблема её описания сводится к описанию однородного и изотропного шара в собственном гравитационном поле.

Существует теорема, доказанная Карлом Гауссом (1777-1855), в соответствии с которой напряжённость поля внутри однородной гравитирующей сферы линейно растёт с увеличением расстояния от его центра. Следовательно, с удалением пробного тела от центра сферы (увеличением радиуса) линейно растёт и значение скорости тела, необходимой для дальнейшего увеличения расстояния от него до центра сферы (скорость выхода или вторая космическая скорость).

Однако скорость выхода не может увеличиваться бесконечно, ибо её пределом является скорость света. Значит, любая однородная гравитирующая сфера имеет «горизонт», за пределы которого не может выйти даже луч света. «И создал Бог твердь; и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И стало так. И назвал Бог твердь небом» (Бытие, 1:7-8).

Нам лишь остаётся определить значение радиуса этого «горизонта», ибо он и является радиусом Метагалактики (видимой нами части бесконечной Вселенной).

          Однако, коллега, это не такая уж и простая задача. Ведь размеры Метагалактики или, как Вы говорите, видимой нами части Вселенной в двадцатом веке так и не были определены.

Не стоит усложнять, мой друг. Просто этой проблемой мало, кто занимался. Наиболее близок к её решению был Макс Планк (1858-1947), который уже в 1899 году заметил, что основные единицы измерений для пространства и времени можно образовать из трех (!) на первый взгляд независимых величин:
•  максимальной скорости света (c = 2,99792458*10^8 м/с);
•  кванта действия (h = 1,05457266*10^-34 Дж*с), названного постоянной Планка;
•  гравитационной постоянной (G = 6,67259*10^-11 м^3/(кг*с^2)).

Так появилась планковская длина: lp = (G*h/c^3)^1/2 = 1,6160485*10^-35 м.

И все же в логических построениях Планка недоставало четвертой основополагающей величины – так называемого классического радиуса электрона (rе = 2,81794092*10^-15 м).
       
Если взять куб с ребром rе и трансформировать его в прямоугольный параллелепипед с размерами торцов lp x lp , то его длиной будет радиус Метагалактики (RМг):

RМг = c^3*rе^3/(h*G) = 8,5681451*10^25 м.

Рисунок и остальные параметры Метагалактики см. здесь:   
          Коллега, это всё впечатляет. Однако позвольте последний вопрос по поводу «горизонта» (границы Метагалактики), который Вы связали с «твердью» или «небом» из Библии. Ограничительный рубеж (граница, горизонт) ещё можно как то связать с «твердью», но в Библии сказано «и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью». Откуда взялась вода, которую эта «твердь» разделила?

Вы удивительный собеседник, ибо Вы, пожалуй, единственный человек, который всерьёз озаботился этим, вовсе не праздным вопросом. Спасибо за этот вопрос. Ответ на него, как и всё в этом мире, довольно прост.

Чуть раньше мы говорили о том, что потенциальное поле и находящееся в его центре вещество не просто взаимодействуют, а обмениваются энергией. При этом, вещество (звезды, планеты и т. д.) преобразует (испаряет) гравитоны (или фононы – как кому нравится) в фотоны, а поле (открытый космос), наоборот, конденсирует фотоны в гравитоны.

Хочу обратить Ваше внимание на то, что Космос конденсирует фотоны в гравитоны. Заметьте, КОНДЕНСИРУЕТ. Естественно напрашивается аналогия с водой (кстати, уникальное природное образование). В Библии используются простые и понятные определения. Что такое фотоны и гравитоны (фононы), надо ещё объяснять (многие и теперь этого не знают), а что такое вода, которая тоже конденсируется из пара – известно всем (по крайней мере, очень многие так думают).

Фактически бесконечный Космос (Вселенная, в том числе и наша Метагалактика) представляет собой арену для флуктуирующей энергии. Следовательно, всё окружающее нас пространство заполнено материальной средой, в которой распространяются волны (среда колеблется) в виде фотонов и гравитонов. Причём, фотоны, теряя свою энергию, не только «краснеют», но и конденсируются в гравитоны (или фононы, как кому нравится).

А что касается Библии, мой друг, то мы вполне можем считать её первым учебником Физики (главной книгой о Природе), хотя сама Библия не претендует на то, чтобы быть научным учебником. Ведь, уже  рассмотренные здесь библейские доводы мироустройства приводят нас к мысли, что Библия даёт, хотя и не полное, но в принципе правильное представление о поле. Но, есть и другие весьма важные доводы.

Например, в книге Иов мы читаем: «Он (Бог) распростёр север над пустотою, повесил землю ни на чем» (Иов 26:7). Образ круглой планеты, «висящей ни на чем» (без опоры) указывает на её свободное (по инерции) движение по эквипотенциальной поверхности в гравитационном поле Солнца. Прав был Галилей, за что и преследовался церковью. Прав был и Бруно, за что взошёл на костёр, ибо на Земле прав не тот, кто ближе к истине, а тот, кто ближе к власти.
 
Также из Библии мы узнаем и то, что космическая «пустота» была заполнена светом. И действительно, благодаря трудам древних греков, более поздним трудам Христиана Гюйгенса (1629-1695), Огюстена Френеля (1788-1827), Майкла Фарадея (1791-1867), Джеймса Кларка Максвелла (1831-1879) и других великих просветителей мы знаем, что эта «пустота» заполнена электромагнитным полем, частью которого является и свет.

          Коллега, тогда ещё один вопрос о «курице и яйце». По выстраиваемой Вами логике сначала появилось потенциальное поле и только потом в центре поля образовалось вещество в виде звёзд и планет. Значит, не Земля создаёт своё гравитационное поле, а наоборот, это поле создало Землю (Солнце, галактики).

Именно так, мой друг. И мы об этом уже говорили, рассматривая Полевую модель устройства окружающего нас мира. Сначала в результате флуктуаций возникают потенциальные поля. Здесь полезно вспомнить флуктуационную гипотезу Больцмана, согласно которой весь наблюдаемый звёздный мир, включая Солнечную систему, является одной из грандиозных флуктуаций во Вселенной, находящейся в целом в состоянии термодинамического равновесия.

Далее мы говорили, что всё сущее устремлено к центру потенциального поля, ибо объёмная плотность энергии (проще – давление) там меньше, чем на периферии поля: «И сказал Бог: да соберётся вода, которая под небом, в одно место и да явится суша. И стало так» (Бытие, 1:9). Заметьте, согласно Главной книге о Природе этот процесс происходил на «третий день Сотворения мира». А свет (читай – поле), был «сотворён в первый день». Затем, на «второй день» была создана твердь, названная небом («горизонт» Метагалактики), и лишь потом образовались звёзды и планеты.

          Это понятно, коллега, Сначала поле, потом вещество. Значит, натирая фланелью каучуковую палочку, мы сначала создаём поле, в которое затем неизвестно откуда проникает электрический заряд. Не замечаете противоречий?

Всё в порядке, мой друг. Вы правильно сказали: «сначала поле, потом вещество». И разница между этими двумя реальностями лишь в концентрации энергии и, соответственно, и массы. Точно так же отличается и электрический заряд от окружающего его поля.

Натирая каучуковую палочку, мы добавили ей энергию. Значит, объёмная плотность энергии поля в палочке возросла (возник отрицательный заряд), ибо величину электрического заряда в замкнутом пространстве, как раз и определяет отличие плотности энергии в этом ограниченном объёме относительно окружающего пространства. Заметьте, поле уже было, а изменив в его локальной области плотность энергии, мы создали в этой области электрический заряд. Никаких противоречий здесь нет.