Вселенная ниоткуда

ВСЕЛЕННАЯ НИОТКУДА

Борис Ихлов

Введение

Существует масса нерешенных физических проблем: что происходит внутри черной дыры, как возникла стрела времени, каков механизм редукции волнового пакета, постоянны ли фундаментальные константы, является ли гравитация физическим полем, возможно ли построение квантовой гравитации и, соответственно, теории Великого объединения, какова природа гамма-всплесков (самых мощных во Вселенной выбросов энергии), что такое темная материя и т.д. Но проблема массы Вселенной - самая важная, ведь именно она отвечает на вопрос, какова эволюция Вселенной.

Факт, что из массы планковской Вселенной равной 10^(-8) кг возникли 10^53 кг, остается необъяснимым.
Эдвард Трайон предположил, что Вселенная возникла в результате крупномасштабной квантовой флуктуации энергии вакуума, приводящей к тому, что её положительная масса-энергия точно уравновешивается её отрицательной гравитационной энергией [1].

Некоторые физики убеждены, что огромная масса Вселенной по сей день компенсирована отрицательной гравитационной энергией. Но, во-первых, нет даже предположения, в чем заключается механизм компенсации, А во-вторых, расчет показывает, что гравитационная энергия не компенсирует возникшую массу.
В ОТО гравитация – это геометрия, кривизна пространства. В наблюдаемой вселенной кривизна почти нулевая. Оттого и отрицательная гравитационная энергия – почти ноль и не может компенсировать массу Вселенной. Даже если положительная масса была бы компенсирована гравитационной энергией, то откуда взялась гигантская отрицательная масса темной энергии?
Существуют гипотезы, выходящие за рамки Стандартной модели: например, идеи о том, что масса может возникать из геометрии дополнительных (скрытых) измерений. Но это только фантазии.

Творение мира предполагает несколько смыслов:
1) первотолчок, создал из покоя движение и который якобы свершил бог (деизм).
2) В плане квантовой космологии: можно интерпретировать уравнения Уилера — Девитта или идеи о чередовании состояний ложного и истинного вакуума поля инфлатона как проявление воли Творца к преодолению хаоса (симметричного состояния калибровочных полей) - вместо спонтанного нарушения симметрии. С другой стороны, нет квантовой неопределенности, а якобы есть некая воля к порождению частиц. И Вселенной вообще.
3) Во второй книге Маккавеев (7:28) читаем: «Посмотри на небо и землю и, видя всё, что на них, познай, что всё сотворил Бог из ничего». Греческий оригинал - («из не-существующего»). Святитель Феофил Антиохийский писал: если бы Бог творил из готовой материи, это ограничило бы Его всемогущество. Идея в том, что только абсолютная, бесконечная Причина способна вызвать бытие из небытия.

Данный же текст не является каким-либо видом космологического креационизма, избавляющим креационистские построения от противоречий с научными фактами. Но данный текст является крайней постановкой вопроса: откуда взялся мир?
Тёмная энергия не существовала всегда в нынешнем виде. В ранней Вселенной доминировали барионное вещество, излучение и тёмная материя. Как возникла темная энергия, а также темная материя?
Международная группа ученых из девяти стран, в том числе из Имперского колледжа Лондона и лаборатории Резерфорда-Эпплтона, получила доказательства возникновения темной энергии в черных дырах.
Идея вот в чем, Вселенная расширяется под действием темной материи. Масса черных дыр за 9 млрд. лет возросла в 7-20 раз. Обнаружено приблизительное соответствие между ростом размера Вселенной и ростом массы черных дыр. Т.е. темная энергия может порождаться черными дырами [2].
С одной стороны, эта идея не дает ответа на вопрос, откуда взялась гигантская барионная масса Вселенной и откуда взялась темная материя. С другой стороны – идея изначально порочна, т.к. черные дыры образованы барионным веществом, а его в «современной» Вселенной всего 4,9%.

То есть, речь идет о необходимости найти материальные источники увеличения массы вакуума и компенсирующего роста массы обычного вещества.

Вычисление гравитационной энергии

Согласно закону Хаббла скорость удаления галактик от Земли

v = Hr

a = dv/dt = H dr/dt = Hv  = H2r

То есть, Вселенная с момента Большого взрыва расширяется с ускорением.
Обозначим плотность через d (density).
В стадии инфляции постоянная Хаббла H ~ sqrt (d), в стадии радиационного доминирования и в пылевой стадии, H ~ 1/t , в стадии лямбда-доминирования  H ~ sqrt (d).

Связь критической плотности и постоянной Хаббла H = sqrt (8 x 3,14 x d / 3)
выводится из классического равенства кинетической энергии галактики и потенциальной энергии гравитации (вторая космическая):

v = sqrt (2GM/R) = R sqrt (8 x 3,14 x Gd / 3) = HR

В таком случае сила гравитационного отталкивания в 8 раз отличается от гравитационного притяжения:

F = 8GMm/R^2

Но в ОТО нет закона сохранения массы или энергии. Например, сохранение энергии вытекает из однородности времени, но время однородно здесь и сейчас, в ранней Вселенной – существенно не однородно, следовательно, не сохраняется полный импульс.
Поэтому нет никаких ограничений, чтобы для определения состояния с не увеличивающейся скоростью использовать равновесие отталкивающей силы и силы ускоряющей (первая космическая). Тогда исчезает множитель 8, ускорение, придаваемое антигравитацией, запишется в виде

F = GMm/R^2

То есть, антигравитация становится тождественной гравитации, масса - вакууму. При этом критическая плотность увеличивается в 8 раз.

Масса «современной» Вселенной вычисляется через критическую плотность
Плотность обычной материи, измеренная «Планком», составляет 4,8% от общей критической плотности или 4,08;10-28 кг /м3. Радиус – 4,4 х 10^26, объем равен 3,58;1080 м3, а масса обычной материи равна плотности (4,08;10-28 кг / м3), умноженной на объем (3,58;1080 м3) или m = 1,46;1053 кг.

Масса гравитационной энергии

mg = U/c2 = GM2 /rc2

Масса современной Вселенной, обусловленная гравитационной энергией

mg = 6,7 х 10^(-11) х (1,46;10^53 кг)2 /( (4,4 x 10^26 ) х 9 х 10^16 )  = 0,36 х 10-53  ~ ; m ,

Гравитационная масса планковской Вселенной

 mg = Gm(pl)m(pl)/ccr(pl) = - 2,176 х 10^(-8) кг

То есть, в этом приближении полная масса планковской Вселенной равна нулю.
Отрицательная масса вакуума электромагнитного поля в планковском объеме на два порядка ниже планковской массы.

Но если использовать идеологию первой космической скорости, то и критическая плотность, и масса Вселенной получатся в 8 раз больше. Почти в 10 раз, к чему вернемся ниже.
 
Массы не компенсируются

Чернин считает, что плотность космологического вакуума положительна.
Уравнение состояния для вакуума:

p = - d

(с = 1, p/c2 = p) ). Согласно фридмановской теории, тяготение создается не только плотностью среды, но и ее давлением в комбинации

d + 3p

Вакуум вызывает анти-гравитацию именно потому, что его эффективная гравитирущая энергия

d + 3p = - 2d

отрицательна при положительной плотности [2].
Т.е. космологический вакуум будто бы обладает уникальными свойствами иметь положительную платность энергии одновременно отрицательную гравитационную плотность энергии.
Однако в модели Фридмана используется гидродинамическое уравнение непрерывности, которое для Вселенной явно некорректно.
В то же время согласно модели Глинера космологический вакуум имеет отрицательную плотность, и потому отрицательную гравитационную энергию.

По этой модели плотность Вселенной, равная сумме плотностей вакуума (темной энергии), плотности скрытой массы, барионного вещества, гравитационной энергии и излучения, записывается следующим образом:
= -  2d + D + B + R – u = -2d + a/r^3 + b/r^3 + c/r^4 – g/r^2   (1)

где плотность вакуума взята по абсолютной величине.
Нужно ли учитывать, что

Е = p^2c^2 + m^2c^4 ?

Нет, кинетической энергией можно пренебречь, она на много порядков меньше. Если использовать модель газа, то «кинетическая» масса

M (кин) = 3/2 N kT/ сс ~ 10^40 кг

(N — число атомов во вселенной = 10^80; k — постоянная Больцмана ;1,38 · 10^(-23) Дж/К; T — абсолютная температура).

Во Вселенной тёмной энергии на 68,3% и тёмной материи на 26,8%, обычного вещества 4,9% (излучением можно пренебречь). Темная материя частично компенсирует вакуум.
Однако для того, чтобы плотность Вселенной была крайне мала (вблизи критической, почти ноль), плотность вакуума должна компенсироваться почти полностью

- 68,3 + 26,8 + 4,9 – 4,9/4 + х = - 37,8 + х = 0; х = 37,8

Т.е. во Вселенной существует не обнаруженное вещество с массой более половины абсолютного значения массы вакуума и примерно в 7,7 раз превышающей обнаруженную массу вещества.

Согласно некоторым оценкам астрономов, число известных наблюдаемых звёзд значительно меньше их реального количества во Вселенной. Это связано с несколькими факторами: 1) Ограничения технологий, телескопы имеют предел чувствительности. 2) Межзвёздная пыль поглощает и рассеивает свет от звёзд.
Подавляющее большинство звёзд скрыто от нас, в наблюдаемой Вселенной находится по меньшей мере в 10 раз больше галактик, чем считалось ранее. К таким выводам пришла международная группа астрономов, изучив данные с космического телескопа Hubble и других обсерваторий [3], что совпадает с нашей оценкой по порядку величины.

Кроме того, оказалось, что только 15% вещества находится в галактических гало, а 76% барионной материи ранее не были известны, это протонно-нейтронный газ в межгалактическом пространстве, его плотность исключительно мала и потому его трудно обнаружить [4]. 

Во-вторых. из (1) видно, что плотность вакуума не меняется по мере расширения вселенной. В таком случае неясно, откуда берется всё возрастающая масса вакуума. Если «откуда-то», то она должна быть компенсирована положительной массой вещества, которая, соответственно, тоже должна возрастать.
В-третьих, положение о критической плотности, вытекающее из модели Фридмана, корректно только тогда, когда плотность Вселенной постоянна. Иначе 5 млрд лет назад с плотностью большей критической Вселенной грозил бы коллапс, а через 5 млрд. лет с плотностью меньше критической – наоборот, бесконечное расширение.
Чтобы плотность вещества была постоянной при расширении Вселенной, ее масса должна возрастать пропорционально кубу радиуса. И это вещество снова берется «ниоткуда».

Заключение

Можно считать, что наличие вещества в Вселенной с массой на порядок выше современных оценок практически доказано.
С другой стороны, предположение существования материальных источников вакуума и вещества аналогично предположению о наличии материальных, но еще не наблюдаемых непосредственно темный энергии и темной материи.

См. также [4-10].

Литература
1. Edward P. Tryon. Is the Universe a Vacuum Fluctuation? Nature, 1973. vol. 246. P 396-397.
2. Duncan Farrah, Kevin S. Croker, Michael Zevin, Gregory Tarl;, Valerio Faraoni, Sara Petty, Jose Afonso, Nicolas Fernandez, Kurtis A. Nishimura, Chris Pearson. Observational Evidence for Cosmological Coupling of Black Holes and its Implications for an Astrophysical Source of Dark Energy. The Astrophysical Journal Letters, Volume 944, Number 2, 2023 DOI 10.3847/2041-8213/acb704


2. Чернин А. Д. Физический вакуум и космическая анти-гравитация. ГАИШ МГУ Обс. Туорла, ун-т Турку, Финляндия.
Чернин А.Д. Тёмная энергия и всемирное антитяготение. УФН, т. 178, №3. (2008), с. 267 -300.
3. Observable universe contains two trillion galaxies, 10 times more than previously thought. Science Daily, 2016.
4. Stegman Alexis. For the first time, astronomers have found the missing matter in the universe. Notebookcheck. 2025.
5. Ихлов Б. Л. Откуда взялась космологическая масса
http://proza.ru/2024/02/20/1176?ysclid=mrqhfq2rc9169115849
6. Ихлов Б. Л. Ненулевая масса Вселенной
7. Ихлов Б. Л. Тепловой смерти Вселенной не будет
http://proza.ru/2025/01/04/1452?ysclid=mrqkm6h57r234452891
8. Ихлов Б. Л. Еще о массе Вселенной
https://zmclub.ru/images/.pdf?ysclid=mrqksnwphw267572357
9. Ихлов Б. Л. Об увеличении массы Вселенной. Материалы XVIII Международной конференции «ФИНСЛЕРОВЫ ОБОБЩЕНИЯ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ». РУДН. 25 – 26 ноября 2022 года. С.114-122.
10. Ихлов Б. Л. Проблема массы Вселенной
http://proza.ru/2026/07/20/1582
11. Фадеев Л.Л. Проблема энергии в теории тяготения Эйнштейна. УФН, 136, (1982), с. 435-457.

Июль 2026