Большой взрыв и всемирное тяготение. Гравитация не
ГРАВИТАЦИЯ НЕ ФОРМИРУЕТ ПЛАНЕТЫ,
ВСЕЛЕННАЯ ВЫРОЖДАЕТСЯ В СФЕРУ
Распространённое упрощение в научно-популярных и даже отдельных научных рассуждениях сводится к идее, что гравитация — это некая «нарастающая внешняя сила», которая по мере роста массы тела становится настолько мощной, что способна самостоятельно сжать разрежённое вещество до экстремальных плотностей — вплоть до плотности нейтронных звёзд. На этом основании иногда делают вывод, что планеты могли сформироваться исключительно за счёт гравитационного «слипания» частиц в ранней Вселенной. Главная ошибка подобных рассуждений — в игнорировании векторной природы гравитации, компенсации сил в однородной среде, а также доминирования тепловых и инерционных эффектов над слабыми гравитационными взаимодействиями на микроуровне.
Разнонаправленность гравитационных сил и проблема «слипания» частиц
Гравитация действительно действует между любыми двумя массами, но её проявление в разрежённой среде ранней Вселенной принципиально отличается от интуитивной картины «притяжения к центру».
Если среда однородна или слабо неоднородна, то на каждую частицу действуют силы притяжения со стороны всех остальных частиц, распределённых по всем направлениям. В результате векторная сумма этих сил близка к нулю: притяжения с противоположных сторон компенсируют друг друга. Устойчивое сжатие может начаться только при наличии достаточно сильной локальной неоднородности плотности. Однако на ранних этапах эволюции Вселенной такие неоднородности были крайне малы.
Для иллюстрации слабости гравитационного взаимодействия между отдельными частицами проведём расчёт силы притяжения между двумя типичными пылевыми частицами.
Расчёт силы гравитационного притяжения между двумя частицами:
Пусть:
Тогда сила притяжения:
Это чрезвычайно малая сила. Для сравнения, тепловое движение частиц при характерных температурах межзвёздной среды обладает кинетической энергией, которая легко преодолевает такое притяжение.
Роль теплового движения и броуновских эффектов
Тепловое движение частиц препятствует гравитационному объединению. Средняя кинетическая энергия частицы связана с температурой соотношением:
где k=1,38;10^;23 Дж/К постоянная Больцмана, T — температура по Кельвину.
При характерной температуре T; 10^4 К (типичная для ранних стадий формирования звёзд и планетных систем):
Сравним эту энергию с потенциальной энергией гравитационного взаимодействия двух пылевых частиц массой m1=m2=10^;9 кг. Гравитационная потенциальная энергия:
Для расстояния r=10^;3 м:
В этом частном случае модуль потенциальной энергии превышает кинетическую энергию Однако такое расстояние r=10^;3 м нереалистично мало для типичной межчастичной дистанции в разрежённой протопланетной среде.
Ключевой момент — в том, что потенциальная энергия убывает как 1/r, а значит, при увеличении расстояния она быстро падает. Оценим, на каком расстоянии гравитационная связь перестаёт «удерживать» частицы, то есть когда ;U;<Ek|U| < E_k;U;<Ek;.
Приравняем по порядку величины:
Подставим значения:
Это расстояние (;0,3 нм) сопоставимо с межатомными, но никак не с типичными дистанциями между пылевыми частицами в протопланетном облаке (которые составляют микрометры и более). При реальных межчастичных расстояниях в протопланетных облаках (от 10^;4 м и выше) гравитационная потенциальная энергия становится существенно меньше кинетической:
Уже при расстояниях порядка сантиметров и более ;U; оказывается на порядки меньше Ek;2;10^-19 Дж, и тепловое движение легко «растаскивает» любые слабые сгущения.
Таким образом, в разрежённой среде протопланетных облаков типичные межчастичные расстояния таковы, что средняя кинетическая энергия частиц существенно превосходит модуль гравитационной потенциальной энергии взаимодействия — а значит, гравитация не способна обеспечить устойчивое объединение частиц.
Более корректно сравнивать не абсолютные значения, а условия устойчивости: если кинетическая энергия частиц превышает модуль гравитационной потенциальной энергии связи в локальном сгущении, то сгущение будет рассеиваться. В ранней Вселенной при низкой плотности и высокой температуре это условие выполнялось повсеместно.
Инерционные эффекты и продолжающееся разбегание вещества
Согласно модели Большого взрыва, вещество Вселенной изначально находилось в состоянии чрезвычайно высокой плотности и температуры, после чего началось его расширение. Даже на поздних стадиях, когда формируются галактики и звёздные системы, инерция первоначального движения частиц продолжает играть важную роль.
Локальные сгущения вещества не могут быстро увеличить свою массу, потому что окружающие частицы продолжают двигаться с высокими скоростями, обусловленными общим космологическим расширением и турбулентностью среды.
Оценим характерную скорость частиц из кинетической энергии. При Ek;2,07;10^;19 Дж и массе m=10^;9 кг:
Хотя эта скорость кажется небольшой, в масштабах межзвёздных расстояний и при наличии огромного количества частиц суммарный эффект инерционного движения становится существенным. Более того, в ранней Вселенной температуры и, соответственно, скорости были значительно выше.
Проблема низкой плотности случайных сгущений и критерий Джинса
Даже если предположить, что в результате случайных флуктуаций плотности возникло локальное сгущение вещества, его плотность будет слишком мала для того, чтобы гравитация смогла преодолеть дисперсионные эффекты (тепловое движение, инерцию).
Для того чтобы сгущение начало сжиматься под действием собственной гравитации, его масса должна превышать так называемый предел Джинса:
где:
Сs — скорость звука в среде (характеризующая тепловое движение),
; — плотность среды.
Если масса сгущения меньше предела Джинса, то тепловые и динамические эффекты будут преобладать над гравитацией, и сгущение рассеется. В ранней Вселенной плотность вещества была крайне низкой, а температура — высокой, что делало предел Джинса очень большим. Следовательно, случайные флуктуации плотности не могли привести к образованию устойчивых сгущений.
Основная ошибка в рассуждениях: гравитация как «внешняя нарастающая сила»
Ключевая ошибка упрощённых моделей состоит в представлении о гравитации как о внешней силе, которая «накапливается» с ростом массы и в какой-то момент становится способной преодолеть все остальные эффекты. В действительности:
1. Гравитация — это исключительно взаимодействие между всеми частицами. Нет отдельной «силы массы», есть сумма векторов притяжения от всех остальных масс.
2. В однородной среде результирующая сила близка к нулю. Компенсация направлений делает невозможным спонтанное сжатие без сильной локальной неоднородности.
3. На микроуровне гравитационные силы ничтожно малы по сравнению с тепловыми эффектами. Даже при наличии локального сгущения оно будет рассеиваться, если его масса ниже предела Джинса.
КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕОРИИ ПОТОКОВ ВЕЩЕСТВА РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ
Стоит заметить, что в современной космологии рассматривается теория крупномасштабных потоки вещества при формировании Вселенной которые, по мнению ее авторов, связанны с формированием космической паутины. И эти потоки могут способствовать локальному сжатию вещества. Согласно этой теории, вещество перераспределяется из разрежённых областей в плотные узлы космической паутины, формируя тем самым галактики, скопления и сверхскопления. Существенную роль в таких моделях нередко отводят турбулентности: считается, что вихревые движения газа могут локально усиливать уплотнение вещества и ускорять гравитационный коллапс.
Однако детальный физический анализ показывает, что в условиях ранней Вселенной турбулентность не могла играть значимой роли на ранних этапах эволюции. Ниже приведён критический разбор допущений, связанных с турбулентностью и потоками, а также оценка их реального вклада в процессы уплотнения вещества.
Недооценка диссипативных эффектов: почему турбулентность не «запускается»
Ключевое допущение ряда моделей состоит в том, что даже слабые начальные возмущения могут породить турбулентный каскад, который затем будет усиливать локальные неоднородности. Но для перехода к турбулентному режиму необходимо, чтобы число Рейнольдса
;превышало критический порог порядка 10^3–10^4.
Расчёт для типичных параметров среды вскоре после рекомбинации (z;1100) даёт:
Тогда:
Это значение ниже порога устойчивого развития турбулентности. Более того, на более ранних стадиях (до рекомбинации) плазма была ещё более разрежённой, а длина свободного пробега частиц—ещё больше, что дополнительно снижало Re. Следовательно, в этих условиях турбулентный режим не мог установиться естественным образом.
Слабость первичных неоднородностей и отсутствие сдвиговых потоков
Турбулентность требует не только достаточного Re, но и начальных возмущений, способных запустить вихревые движения. В космологии такими возмущениями считаются первичные флуктуации плотности, амплитуда которых, согласно данным реликтового излучения, составляла:
Такие слабые неоднородности не способны вызвать сильные сдвиговые потоки или ударные волны, необходимые для инициации турбулентности.
Кроме того, в эпоху доминирования излучения (до t;50 000 лет) плазма была тесно связана с фотонами. Огромное радиационное давление и высокая теплопроводность среды быстро гасили любые локальные движения, подавляя формирование вихрей и пульсаций.
Таким образом, даже при наличии слабых флуктуаций, физические условия ранней Вселенной препятствовали возникновению сдвиговых потоков, без которых турбулентность невозможна.
Диссипация вихрей в разрежённой среде
Даже если допустить, что какой-либо вихрь мог возникнуть случайно, в разрежённой среде он быстро рассеется из-за высокой кинематической вязкости. Время затухания вихря можно оценить как:
На меньших масштабах (например, L;0,1 пк) время диссипации будет в 100 раз меньше, то есть вихри малых масштабов будут затухать очень быстро. Это означает, что даже при гипотетическом возникновении турбулентности она не успела бы развиться в полноценный каскад энергии.
Расширение Вселенной как фактор подавления локальных возмущений
Ещё один критический фактор, часто недооцениваемый в упрощённых моделях, - само расширение Вселенной. Оно приводит к «растягиванию» и затуханию любых локальных неоднородностей. Эволюция возмущений описывается уравнением:
где ;=;;/; - относительное возмущение плотности, H - параметр Хаббла.
Член 2H;; отвечает за затухание возмущений из-за расширения. На ранних стадиях H был очень большим, что приводило к быстрому подавлению любых локальных неоднородностей. Таким образом, расширение Вселенной не просто «разносит» вещество, но и физически подавляет развитие локальных структур, включая вихревые движения.
НЕВОЗМОЖНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОТОПЛАНЕТНЫХ ДИСКОВ КАК СПОНТАННЫХ СГУЩЕНИЙ В УСЛОВИЯХ РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ
В ряде упрощённых моделей формирование планетной системы сводится к следующей цепочке: первичное вещество Вселенной ; локальные сгущения за счёт гравитации (или турбулентности) ; протопланетные диски ; планеты. Нередко дополнительно предполагают, что на микроуровне работает электростатическое прилипание пылевых частиц, которое якобы «запускает» рост твёрдых тел уже на самых ранних этапах.
Настоящая статья демонстрирует, что ни один из этих механизмов не мог работать в условиях ранней Вселенной и на начальных стадиях формирования звёздных систем. Ни гравитационное «самослипание», ни турбулентное уплотнение, ни электростатическое сцепление не способны сформировать протопланетный диск из разрежённого первичного вещества.
Ключевое препятствие - векторная природа гравитации и компенсация сил в однородной среде. В практически однородной ранней Вселенной на каждую частицу действуют силы притяжения со стороны всех остальных частиц, распределённых по всем направлениям. Результирующая сила оказывается близка к нулю, и никакого направленного «стягивания» вещества не происходит.
Для начала сжатия необходимо наличие достаточно сильной локальной неоднородности плотности. Однако амплитуда первичных флуктуаций, измеренная по реликтовому излучению, составляет порядка ;;/;;10^;5. Такие слабые возмущения не могут самостоятельно «разрастись» до масштабов протопланетного диска из за конкуренции с рядом подавляющих факторов:
1. Тепловое движение. Средняя кинетическая энергия частицы Ek=(3/2)*k*T при характерных температурах ранней Вселенной существенно превосходит модуль гравитационной потенциальной энергии взаимодействия между частицами. При реальных межчастичных расстояниях в разрежённой среде гравитация не способна «удержать» сгущение.
2. Критерий Джинса. Минимальная масса, способная начать гравитационный коллапс, определяется формулой
. При типичных параметрах молекулярных облаков (T;10^4 К, n;10^4 см;3) масса Джинса составляет сотни тысяч солнечных масс - это масштаб гигантских облаков, а не протопланетных дисков.
3. Расширение Вселенной. Уравнение эволюции возмущений плотности ;;+2H;;+;=0 содержит член 2H;;, который отвечает за затухание неоднородностей из за космологического расширения. На ранних стадиях параметр Хаббла H был очень большим, что приводило к быстрому подавлению любых локальных сгущений.
Таким образом, гравитация не могла сформировать ни первичные сгущения, ни тем более протопланетные диски в ранней Вселенной.
Нередко в качестве «усилителя» уплотнения рассматривают турбулентность: считается, что вихревые движения могут локально увеличивать плотность и ускорять коллапс. Однако детальный анализ показывает, что в условиях ранней Вселенной турбулентные потоки не могли существовать.
1. Низкое число Рейнольдса. Переход к турбулентному режиму требует, чтобы число Рейнольдса Re= vL/; превышало критический порог порядка 10^3–10^4. В разрежённой и горячей среде ранней Вселенной кинематическая вязкость высока, а характерные скорости и масштабы недостаточны для достижения этого порога. Расчёты для эпохи после рекомбинации дают значения Re, существенно меньшие критического, что делает развитие турбулентного каскада невозможным.
2. Слабые начальные возмущения. Даже при наличии первичных флуктуаций их амплитуда слишком мала для запуска сильных сдвиговых потоков или ударных волн, необходимых для инициации турбулентности.
3. Радиационное давление и теплопроводность. До рекомбинации плазма была тесно связана с фотонами. Огромное радиационное давление и высокая теплопроводность среды быстро гасили любые локальные движения, подавляя формирование вихрей и пульсаций.
4. Быстрая диссипация. Даже если допустить гипотетическое возникновение вихря, в разрежённой среде он быстро рассеивается из за высокой кинематической вязкости. Время затухания вихря ;; L^2/; на малых масштабах оказывается чрезвычайно малым, что не позволяет вихрям «набрать силу» и оказать значимое влияние на уплотнение вещества.
Следовательно, турбулентность не могла служить механизмом формирования сгущений и протопланетных дисков на ранних этапах эволюции Вселенной.
Ещё один популярный аргумент - электростатическое прилипание пылевых частиц на микроуровне, которое якобы запускает рост твёрдых тел. Однако и здесь условия ранней Вселенной принципиально не позволяют реализовать этот механизм:
1. Квазинейтральность среды. В ранней Вселенной вещество представляло собой плазму или сильно ионизированный газ, где свободные заряды быстро экранируют любые локальные электрические поля. Это делает устойчивые электростатические взаимодействия между пылевыми частицами практически невозможными.
2. Высокая температура. При высоких температурах кинетическая энергия частиц значительно превосходит энергию электростатического притяжения. Даже если частица случайно приобретает заряд, тепловое движение быстро «растаскивает» любые потенциальные пары.
3. Отсутствие пыли. На самых ранних стадиях формирования звёзд и планет пылевые частицы ещё не существовали: твёрдые фазы и сложные молекулы формируются позже, в более холодных и плотных областях молекулярных облаков. Следовательно, электростатическое прилипание не могло работать как первичный механизм уплотнения.
Даже в более поздних протопланетных дисках электростатические эффекты играют вспомогательную роль и работают только на очень малых масштабах и при определённых условиях, а не как универсальный механизм «запуска» роста тел.
Таким образом формирование протопланетных дисков как спонтанных сгущений вещества в условиях ранней Вселенной невозможно по совокупности фундаментальных физических причин:
1. Гравитация не способна создать устойчивые сгущения из за компенсации сил, преобладания тепловой энергии над гравитационной и высокого порога массы по критерию Джинса.
2. Турбулентность не могла возникнуть из за низкого числа Рейнольдса, слабой амплитуды первичных возмущений, радиационного подавления движений и быстрой диссипации вихрей.
3. Электростатическое прилипание не работало из за квазинейтральности среды, высокой температуры и отсутствия твёрдой фазы на ранних этапах.
РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ШАРОВАЯ ОБОЛОЧКА ВСЕЛЕННОЙ
Рассмотрим ожидаемую картину эволюции Вселенной, если принять, модель Большого Взрыва в сочетании с теорией гравитации по определению действующей исключительно как попарное взаимодействие между отдельными частицами (нуклонами или иными элементарными носителями массы), а не создаёт «суммарной внешней силы», способной глобально изменить радиальные скорости вещества. В такой модели после получения первоначального импульса вещество будет разлетаться, формируя расширяющуюся шаровую оболочку постоянной абсолютной толщины, а внутри и снаружи неё будут оставаться громадные области вакуума. При этом относительная толщина оболочки по мере расширения будет стремиться к нулю, что определит специфическую картину, видимую внутренним наблюдателем: круговую звёздную область и редкие объекты вдоль радиального вектора разбегания.
Начальные условия и механизм формирования оболочки
Предположим, что в момент t=0 вещество Вселенной было распределено в виде сферического слоя толщиной ;r0 между радиусами R0 и R0+;r0. Всем частицам этого слоя был сообщён первоначальный импульс, задающий радиальную скорость v0, одинаковую по величине для всех частиц независимо от их положения в слое.
При попарной гравитации в условиях сферической симметрии результирующая сила на любую частицу в радиальном направлении равна нулю:
поскольку силы притяжения со всех сторон компенсируют друг друга. Следовательно, ни одна частица не испытывает ускорения, способного изменить её радиальную скорость. Каждая частица продолжает двигаться по инерции с начальной скоростью v0v_0v0;.
Тогда положение частицы, находившейся в начальный момент на радиусе r0, в произвольный момент времени t будет:
Рассмотрим две границы оболочки:
внутренняя граница:
внешняя граница:
Толщина оболочки:
Таким образом, абсолютная толщина оболочки остаётся постоянной, несмотря на непрерывное расширение всей структуры.
Вакуумные области внутри и снаружи оболочки
Поскольку вещество изначально было сосредоточено только в слое толщиной ;r0, пространство внутри сферы радиуса R0 (а затем R0+v0t) остаётся практически пустым. Аналогично, за пределами внешней границы оболочки (R0+;r0+v0t) также находится вакуум - - там просто нет вещества, получившего первоначальный импульс.
Следовательно, Вселенная в такой модели выглядит как:
4. внутренняя вакуумная полость - - область с крайне низкой плотностью вещества;
5. тонкая шаровая оболочка - - единственная область, где сосредоточена основная масса вещества;
6. внешний вакуум - - пространство за пределами оболочки.
Динамика относительной толщины и «исчезновение» оболочки
Хотя абсолютная толщина ;r остаётся неизменной, характерный радиус оболочки R(t) непрерывно растёт:
Поэтому относительная толщина:
Это означает, что по мере эволюции Вселенной оболочка становится всё более «тонкой» по сравнению с её общим размером. В пределе она превращается в почти идеальную сферическую поверхность нулевой относительной толщины.
Обоснование ключевых упрощений модели
Отсутствие излучения
В рассматриваемой модели излучение исключается как механизм переноса энергии и импульса, поскольку:
1. Нет источника фотонов. В рамках допущения «гравитация - - только попарное взаимодействие между нуклонами» не вводятся никакие дополнительные поля (в том числе электромагнитное). Соответственно, процессы испускания и поглощения фотонов не определены, и фотонная компонента вещества отсутствует.
2. Отсутствие тепловых механизмов генерации излучения. Излучение (включая тормозное, рекомбинационное, синхротронное) возникает при ускорении заряженных частиц либо при переходах между энергетическими уровнями. В модели, где единственной силой является гравитационное попарное взаимодействие нуклонов, зарядовые эффекты не учитываются, а значит, и механизмы генерации излучения неактивны.
3. Следствие для термодинамики. Без излучения невозможно ни перераспределение энергии между областями пространства, ни охлаждение вещества за счёт ухода фотонов. Это приводит к тому, что единственным способом изменения кинетической энергии частиц остаётся работа гравитационных сил (в данной модели практически нулевая из-за симметрии), а температура вещества определяется исключительно начальными условиями и адиабатическим разлётом.
Таким образом, в рамках принятых допущений излучение не просто «мало» - оно принципиально отсутствует как физическая сущность.
Отсутствие столкновений
Столкновения частиц исключаются по следующим причинам:
5. Крайне низкая плотность вещества на ранних этапах. Даже при конечной массе Вселенной, равномерно распределённой в начальном объёме, средняя плотность оказывается настолько малой, что среднее расстояние между частицами многократно превышает их эффективные сечения взаимодействия. При этом в модели не вводится никаких механизмов, способных локально повышать плотность (например, гравитационной неустойчивости или турбулентных сгущений).
6. Отсутствие короткодействующих сил. В стандартной физике столкновения обусловлены не только геометрическим перекрытием траекторий, но и действием короткодействующих потенциалов (ядерные силы, ван-дер-ваальсовы взаимодействия и т. - п.). В данной модели единственной силой является дальнодействующее попарное гравитационное взаимодействие, которое не приводит к «жёстким» столкновениям в классическом смысле.
7. Симметрия разлёта. При строго радиальном разлёте частиц с близкими скоростями вероятность пересечения траекторий минимальна. Более того, в однородной сферически симметричной конфигурации любые локальные флуктуации, способные привести к отклонениям от радиального движения, не предусмотрены моделью.
Следовательно, столкновения можно считать пренебрежимо редкими, а динамику вещества - - полностью бесконтактной.
Разброс скоростей пренебрежимо мал
Хотя в реальной Вселенной тепловые скорости частиц и квантовые флуктуации создают некоторый разброс начальных скоростей, в рамках данной модели он сознательно принимается пренебрежимо малым по следующим соображениям:
1. Доминирование упорядоченного разлёта. Если основной механизм расширения - - начальный импульс, заданный на самых ранних стадиях, то хаотическая (тепловая) компонента скоростей по определению существенно меньше упорядоченной радиальной компоненты. При этом, если тепловой разброс не способен изменить глобальную картину разлёта (то есть не приводит к образованию локальных сгущений или нарушению сферической симметрии), им можно пренебречь в первом приближении.
2. Условие самосогласованности модели. Модель строится как максимально упрощённое описание: если разброс скоростей становится значимым, это приводит к появлению локальных неоднородностей, которые, в свою очередь, могут запустить гравитационную неустойчивость и формирование сгущений. Поскольку модель специально исключает такие эффекты, разброс скоростей должен быть достаточно мал, чтобы не нарушать основную симметрию задачи.
3. Математическое обоснование. Пусть vрад - характерная радиальная скорость разлёта, а ;v\ - разброс скоростей. Если ;v;vрад;, то за время t0; толщина оболочки ;r=;v;t0 будет пренебрежимо мала по сравнению с её радиусом r=vрад;t0;. Например, при ;v/vрад<10^;4 толщина составит менее 0,01% от радиуса, что позволяет описывать оболочку как «тонкую» без потери точности.
Таким образом, допущение о пренебрежимо малом разбросе скоростей не противоречит общей картине, а служит необходимым условием для получения простой и наглядной геометрической структуры - - тонкой расширяющейся шаровой оболочки.
Итоговое следствие
При одновременном выполнении трёх условий - отсутствие излучения, отсутствие столкновений, пренебрежимо малый разброс скоростей - - динамика вещества полностью определяется начальным импульсом разлёта и симметрией распределения массы. Гравитационные силы в такой конфигурации не способны изменить глобальную структуру: из-за сферической симметрии результирующая сила на любую частицу внутри однородного шара равна нулю, а на границе - - направлена наружу, что и приводит к формированию тонкой расширяющейся оболочки с вакуумом внутри.
Эта картина, хотя и сильно идеализирована, позволяет наглядно продемонстрировать, почему в отсутствие дополнительных физических механизмов (флуктуаций плотности, давления, излучения и т. - д.) гравитация сама по себе не способна сформировать наблюдаемые структуры Вселенной.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как видно из результатов приведенных расчетов, упрощённые модели, сводящие формирование планет к «гравитационному слипанию» или «турбулентному уплотнению» в ранней Вселенной, не соответствуют физической реальности. Даже если предположить, что в первичной Вселенной по какой либо причине возникнет флуктуационное сгущение вещества - что крайне маловероятно, учитывая количественные оценки амплитуды первичных неоднородностей и динамику затухания возмущений в расширяющейся Вселенной, - формирование планеты за счёт гравитационного взаимодействия (включая его коллективные эффекты) остаётся невозможным.
Проведённые расчёты наглядно демонстрируют фундаментальный масштабный разрыв: при реалистичных параметрах ранней Вселенной (температура порядка 10^4 К, плотность ; 10^;17 кг/м3 масса Джинса достигает сотен тысяч солнечных масс - это масштаб гигантских молекулярных облаков, а не отдельных планет. Даже гипотетическое повышение плотности до значений, при которых масса Джинса формально могла бы соответствовать массе планеты, переводит вещество в режим, где определяющими становятся не гравитационные, а иные физические взаимодействия - электромагнитные, межмолекулярные, квантовые.
При этом все другие силы - электрические, магнитные, молекулярные и иные - не могут способствовать уплотнению первоначального случайного сгустка вещества в контексте формирования планеты. Электрические силы в космической среде быстро экранируются из за квазинейтральности плазмы и газа; магнитные поля в разрежённых средах либо слишком слабы, либо, напротив, действуют как дополнительный фактор стабилизации, препятствуя сжатию; молекулярные силы имеют исключительно короткодействующий характер и проявляются лишь на субмикронных расстояниях, не способных обеспечить макроскопическое уплотнение.
Кроме того, критические физические факторы - векторная компенсация гравитационных сил в однородной среде, преобладание кинетической энергии частиц над энергией гравитационной связи, быстрое затухание любых вихревых движений в разрежённой среде и подавление локальных неоднородностей вследствие космологического расширения - систематически препятствуют формированию устойчивых уплотнений.
Следовательно, модель формирования планет путём гравитационного «слипания» частиц в ранней Вселенной несостоятельна не только с количественной, но и с принципиальной физической точки зрения. Формирование планетных тел требует иных механизмов - прежде всего, поэтапного роста твёрдых частиц за счёт коагуляции, электростатического прилипания и газодинамических эффектов в протопланетных дисках, а гравитация начинает играть определяющую роль лишь на поздних стадиях, когда уже сформированы достаточно массивные планетезимали.
Литература:
1. Батыгин, К., Лафлин, Г., Морбиделли, А. 2016. Рожденные из хаоса. В мире науки. Вып. 7. URL: https://sciam.ru/articles/details/rozhdennye-iz-xaosa.
2. Губатова С.Н., Саичева А.И., Шандорин С.Ф. Крупномасштабная структура Вселенной. Приближение Зельдовича и модель слипания
3. Peebles, P. J. E. The Large-Scale Structure of the Universe. Princeton University Press.
4. Weinberg, S. Cosmology. Oxford University Press.
5. Ryden, B. Introduction to Cosmology. Cambridge University
Свидетельство о публикации №226081000701