Samvel Pogosyan
|
|
Temnaya energiya: reshenie problemy
|
19.07.2013 14:54 |
|
|
Nevidimoe poznaetsya s pomosh'yu vidimogo
DAVID ANAHT
1. Chto my znaem i chego ne znaem o Temnoi energii.
O temnoi energii napisany mnogochislennye special'nye stat'i i knigi, delalis' razlichnye popytki dlya
ob'yasneniya i opisaniya fizicheskoi sushnosti etogo yavleniya (vakuum, kvintessenciya, fantomnaya energiya i t.d.),
odnako ni odnoi iz etih teorii ne udalos' raskryt' sushnost' i mikrostrukturu etogo fizicheskogo fenomena. V
rezul'tate issledovanii otkrylis' tri osnovnye svoistva temnoi energii:
1)Temnaya energiya odnorodna, ravnomerno rasprostranena v prostranstve. Ona ne gruppiruetsya.
2)Ne vzaimodeistvuet skol'ko-nibud' zametno posredstvom izvestnyh fundamental'nyh tipov
vzaimodeistviya za isklyucheniem gravitacii. temnaya Energiya ne izluchaet i ne pogloshaet elementarnye chasticy.
3)Ona nadelena svoistvom ottalkivaniya.
Vot vse, chto izvestno ob etoi novoi fizicheskoi substancii. Dobavlyu eshe samoe glavnoe: izvestno, chto eta
novaya fizicheskaya substanciya ne pohozha ni na odin izvestnyi nam do segodnyashnego dnya vid materii. Odnako
uchenye delayut neudachnye popytki ob'yasnit' etu temnuyu materiyu po analogii s fizicheskimi svoistvami izvestnyh
vidov materii. Pozhalui, eto yavlyaetsya prichinoi togo, chto do segodnyashnego dnya ochen' mnogoe o temnoi materii
ostaetsya deistvitel'no temnym i neponyatnym.
1) Neizvestno, kakuyu fizicheskuyu sushnost' imeet temnaya energiya, kakim vidom materii ona yavlyaetsya?
2) Neizvestny ee fizicheskie harakteristiki i, osobenno, srednyaya plotnost' ρ, yavlyayutsya li oni peremennymi
ili postoyannymi?
3) Chem obuslovleno glavnoe fizicheskoe svoistvo materii universal'noe ottalkivanie (antigravitaciya)?
4) Kakova mikrostruktura etoi temnoi energii?
5) Neponyatny termodinamicheskie svoistva temnoi energii.
6) Pochemu temnaya energiya ne izluchaet i ne pogloshaet elementarnye chasticy? Ili, pochemu ona odnorodno
raspredelena v prostranstve i ne gruppiruetsya?
Vot celyi ryad voprosov, otvety na kotorye poka eshe neizvestny. No vse fiziki, kotorye zanimayutsya problemami
temnoi energii, ponimayut, chto otkrytie ee fizicheskoi sushnosti budet nastoyashei revolyuciei ne tol'ko v
kosmologii, no i v fizike: priznanie fakta sushestvovaniya temnoi energii kachestvenno izmenilo situaciyu v
fizike, ukazav na nedostatochnost' nashih znanii o mikromire. Ne budet preuvelicheniem skazat', chto vyyasnenie
fizicheskoi prirody temnoi energii eto central'naya problema sovremennogo estestvoznaniya :
Nachnem s togo, chto vse issledovateli, kakie by raznye podhody oni ni imeli, soglasny v odnom, chto temnaya
energiya obladaet fizicheskim svoistvom antigravitacii (ottalkivaniya). Eto imenno to, glavnoe fizicheskoe
svoistvo, blagodarya kotoromu temnaya energiya stala nablyudaemoi v kosmicheskih masshtabah . I neudivitel'no,
chto vse popytki ob'yasnit' fizicheskuyu prirodu temnoi energii osnovyvayutsya na gravitacionnoi teorii Einshteina
- na fizike Gc i na raznyh ee modifikaciyah, ne vyhodya za ramki fiziki Gc i ne delaya skachka ot
gravitacionnoi teorii k edinoi (i simmetrichnoi) teorii gravitacii i antigravitacii.
Dumali li kogda-nibud' fiziki, pochemu uravneniya elektromagnitnogo polya predel'no simmetrichny? Da potomu,
chto oni opisyvayut i otrazhayut dve protivopolozhnye, no odnovremenno i edinye, vzaimoobuslovlennye sily i
vzaimodeistviya. Sovershenstvo teorii Maksvella v etom. Vot pochemu Einshtein ne byl udovletvoren svoim
osnovnym uravneniem gravitacionnogo polya
.
Ono ne simmetrichno i ne imeet statichnogo ili stacionarnogo resheniya. Chtoby poluchit' takoe reshenie, Einshtein
v svoem uravnenii dobavil chlen , gde opisyvaet antigravitaciyu, kotoraya dolzhna uravnovesit' gravitaciyu, i
dlya obespecheniya stacionarnosti schitaetsya postoyannoi velichinoi, . Odnako uravneniya Einshteina
gravitacionnogo polya takzhe ne priobreli simmetrichnogo i ideal'nogo vida, ne stali teoriei, sposobnoi
opisat' edinstvo prityazheniya i ottalkivaniya. S samogo nachala nado zametit', chto, po moemu glubokomu
ubezhdeniyu, vse issledovaniya i teorii (nachinaya s inflyacionnyh scenariev i zakanchivaya teoriei-ΛCDM, imeyushei
samoe bol'shoe priznanie na segodnyashnii den'), kotorye tak ili inache opirayutsya na Gc-fiziku s postoyannoi ,
v korne nepravil'ny, voobshe nichego ne otrazhayut i principial'no ne mogut opisat' mikrostrukturu i fizicheskuyu
sushnost' temnoi energii.
Eto ne goloslovnoe zayavlenie, a vyvod osnovannyi na dolgoletnih i glubokih issledovaniyah. Vmesto togo,
chtoby zanimat'sya neblagodarnym delom - kritikovat' ili otricat' raznye ob'yasneniya temnoi energii,
predstavlyu dovody Armonnoi teorii ili fizicheskoi teorii GchԱ. Dlya etogo, sohranyaya trebovaniya
zakonomernostei evolyucii fiziki ili fizicheskoi teorii, nachnem s togo, na chem zastoporilsya Einshtein. Ishodya
iz principa razmernosti predstavim v konechnom vide ego uravnenie gravitacionnogo polya,
ili ,
gde - krivizna prostranstva, a i - srednie plotnost' massy i energii, sootvetstvenno. Postoyannye i
uzhe nakladyvayut odno sushestvennoe ogranichenie na peremennye i ,
, ,
otkuda sleduet, chto peremennye i ne mogut imet' nulevogo znacheniya - , i . Iz etogo strogogo vyvoda
sleduet, chto esli
1) , togda ili , togda
2) togda , togda
To est' sushnost' krivizny prostranstva eto znak, on neposredstvenno svyazan i obuslovlen sushnost'yu i -
ih znakami. Eto znachit, chto esli fizicheskoi prichinoi polozhitel'nogo iskrivleniya prostranstva yavlyaetsya
polozhitel'naya gravitacionnaya massa-energiya (polozhitel'nyi gravitacionnyi zaryad), to fizicheskoi prichinoi
otricatel'nogo iskrivleniya prostranstva odnoznachno yavlyaetsya otricatel'naya gravitacionnaya massa (zaryad)
ili .
My prosto razvivaem posledovatel'no pervonachal'nye i pravil'nye mysli Einshteina gravitaciya ekvivalentna
krivizne prostranstva, krivizna prostranstva obuslovlena plotnost'yu massoi/energiei materii. Prosto v etom
voprose my pytaemsya izbavit'sya ot neopredelennostei.
1) Ot odnoi neopredelennosti my uzhe izbavilis' - , i , i kak sledstvie etogo, my utochnili, chto
otricatel'naya krivizna prostranstva, ekvivalentnaya antigravitacii i ottalkivaniyu, odnoznachno obuslovlena
srednei plotnost'yu otricatel'noi gravitacionnoi massy-energii.
2) Vtoraya neopredelennost', kotoraya vytekaet iz uravneniya Einshteina , eto ta, chto i mogut imet'
beskonechnye znacheniya polozhitel'nye ili otricatel'nye vot pochemu teoriya Einshteina (fizika-Gc) ne smogla
opisat' lokal'nye i konechnye fizicheskie sistemy bez granichnyh uslovii. Eto svoistvo vneslo v fiziku (i v
kosmologiyu) problemu kollapsa i antikollapsa, chto, po utverzhdeniyu Uillera, vyzvalo samyi bol'shoi krizis
fiziki, kotoryi do segodnyashnego dnya eshe ne preodolen.
Dlya izbavleniya ot etoi neopredelennosti, neobhodimo primenit' sredstva GchԱfiziki. S pomosh'yu postoyannoi
Planka my mozhem, s odnoi storony, ogranichit' chislovye znacheniya peremennyh i :
, , .
Kak my vidim, i poluchili predel'nye chislovye znacheniya:
, , .
No my ne mozhem udovletvorit'sya tol'ko etim. S dvuh storon i snizu, i sverhu, na fizicheskie peremennye
nado postavit' ogranicheniya.
Dlya ogranicheniya parametrov i s drugoi storony nado uzhe primenit' Armonnuyu postoyannuyu Ա:
, ,
.
Itak, my osvobodilis' ot neopredelennostei beskonechno bol'shih i beskonechno malyh chislovyh znachenii. No i
eto eshe ne vse; ved' opredelenie minimal'nyh i maksimal'nyh chislovyh znachenii parametrov i
predpolagaet, chto my imeem delo uzhe s konechnymi i lokal'nym fizicheskimi sistemami v svoem predel'no
szhatom i predel'no rasshirennom sostoyaniyah.
I poskol'ku eti dva predel'nyh sostoyaniya parametrov i , a takzhe parametry , kotorye lezhat v ih osnove,
vyrazhayutsya postoyannymi GchԱ, znachit eti neizmennye i postoyannye parametry opisyvayut statichnoe ili
stacionarnoe sostoyanie etoi sistemy.
3) Tret'ya neopredelennost', kotoraya vsegda muchila Einshteina, eto to, chto ego uravneniya gravitacionnogo polya
ne sposobny byli dat' resheniya opisyvayushego statichnoe ili stacionarnoe sostoyanie. Dazhe iskusstvennoe ili,
kak on sam govorit, fizicheski ne obosnovannoe vvedenie postoyannoi v eti uravneniya, vse ravno ne pomogli
poluchit' stabil'nuyu i stacionarnuyu kosmologicheskuyu model'. Pochemu? Potomu chto:
a) , kotoraya otrazhala antigravitaciyu, schitalas' postoyannoi velichinoi, i, samoe glavnoe,
b) , kotoraya imela razmernost' krivizny prostranstva , v etih uravneniyah ne imela sootvetstvuyushego
vyrazheniya dlya fizicheskoi prichiny, dlya istochnika, vyzyvayushego eto iskrivlenie.
My uzhe proyasnili vyshe, chto prichinoi prityazheniya yavlyaetsya srednyaya plotnost' polozhitel'noi massy-energii, a
prichinoi ottalkivaniya srednyaya plotnost' otricatel'noi massy-energii; znachit, sleduya pravil'nym
rassuzhdeniyam, chto prityazhenie mozhet uravnovesit' sootvetstvuyushee ottalkivanie, my mozhem sostavit'
pravil'noe, simmetrichnoe i uravnoveshennoe sostoyanie dlya kosmologicheskoi modeli:
1) ili , gde
2)
Vot eto i est' uravneniya, opisyvayushie dva statichnyh, ili stacionarnyh sostoyaniya nashei Vselennoi v GchԱ-
kosmologii. Srazu voznikaet vopros, kak opisat' perehod ot odnogo stacionarnogo (statichnogo) sostoyaniya v
drugoe, kak opisat' process rasshireniya ili szhatiya? Konechno, s pomosh'yu Armonnoi peremennoi , ved' vse
velichiny Planka, kak my uzhe pokazali vyshe, v skrytom vide soderzhat v sebe chislovoe znachenie Armonnoi
peremennoi ; sledovatel'no, dlya opisaniya dinamiki kosmologii - GchԱ, nado v kosmologicheskom uravnenii
podstavit' peremennoe znachenie , vmesto postoyannogo znacheniya Ա:
,
gde .
Armonnaya peremennaya , vozrastaya ot edinicy do , opisyvaet kosmologicheskoe rasshirenie, a umen'shayas' ot do
edinicy kosmologicheskoe szhatie. Kak my vidim, eti dva processa imeyut konechnye granicy. No interesno to,
chto kak v stacionarnom sostoyanii, tak i v peremennom, kosmomodel' predel'no ustoichiva. V literature chasto
vstrechaetsya nevernoe mnenie, soglasno kotoromu statichnoe (stacionarnoe) i peremennoe sostoyaniya absolyutno
nezavisimy drug ot druga. Oni rassmatrivayutsya kak otdel'nye processy, i, voobshe, ignoriruetsya edinstvo i
dazhe vzaimoobuslovlennost' etih protivopolozhnyh sostoyanii. V odnom sluchae preuvelichivaetsya i
absolyutiziruetsya statichnoe, stacionarnoe sostoyanie, a v drugom - peremennoe, ne statichnoe, evolyucionnoe,
ili degradacionnoe sostoyanie, ne ponimaya, chto v statichnom i stacionarnom polozhenii est' opredelennyi moment
dvizheniya i izmeneniya, a v peremene, evolyucii (ili degradacii i raspade) est' moment pokoya, statichnosti ili
stacionarnosti. Eto ochen' horosho ponimal genial'nyi francuzskii matematik i myslitel' A. Puankare: V
promezhutkah mezhdu etimi skachkami Vselennaya ostaetsya nepodvizhnoi; razlichnye momenty vremeni, v techenie
kotorogo sohranyaetsya eto neizmennoe sostoyanie Vselennoi, ochevidno, ne mogut byt' otlichnymi drug ot druga.
My prihodim, takim obrazom, k preryvnomu techeniyu vremeni, k atomu vremeni. Esli by eto polozhenie Puankare
imel Einshtein i vse ego posledovateli, to segodnya my imeli by gotovuyu kosmomodel', kotoraya smogla by
opisat' i statichnoe i evolyucionnoe sostoyaniya. Mezhdu tem vse kosmomodeli, imeyushiesya na segodnyashnii den',
opisyvayut ili statichnoe, ili evolyucionnoe sostoyanie, chto i pokazyvaet nepolnotu etih teorii.
Nasha kosmomodel' (GchԱ-kosmologiya) opisyvaet i statichnoe sostoyanie nashei Vselennoi i evolyuciyu, vo vremya
kotoroi parametry nashei Vselennoi izmenyayutsya proporcional'no , , i . To est', kak i predvidel
Puankare, hronon - kvant vremeni , i delaya skachok, perehod ot odnogo hronona k drugomu i izmenyayutsya
po zakonu , .
Samoe glavnoe v tom, chto po sravneniyu s promezhutok vremeni mezhdu dvumya hrononami ochen' mal i ne imeet
fizicheskogo smysla, i, sledovatel'no, cherez kazhdyi hronon vremeni nasha Vselennaya skachkoobrazno menyaetsya,
i do prihoda sleduyushego hronona ostaetsya neizmennoi, v statichnom sostoyanii. Takim obrazom, izmenyayas' ot
odnogo statichnogo sostoyaniya i dostigaya sleduyushego, statichnogo i stacionarnogo sostoyaniya, nasha Vselennaya v
techenie etoi evolyucii raza delaet skachki izmeneniya, i stol'ko zhe raz imeet sostoyaniya statichnosti i
stacionarnosti. Vot pochemu nasha kosmologicheskaya model' ustoichiva, stabil'na kak vo vremya statichnosti, tak i
vo vremya evolyucii (izmeneniya). Eto kriterii sovershenstva i simmetrichnosti nashego kosmologicheskogo
uravneniya.
Odnako, i etim eshe ne zavershayutsya voprosy izbavleniya ot neopredelennostei, kotorye bespokoili Einshteina.
4) Chetvertaya, i imeyushaya dlya fiziki, pozhalui, samoe sushestvennoe znachenie neopredelennost' svyazana s
resheniem problemy ploskogo prostranstva. Nizhe my special'no ostanovimsya na ponyatii ploskogo prostranstva,
kotoroe lezhit v osnove vseh fundamental'nyh fizicheskih teorii. No seichas skazhem, chto ni N'yuton, ni Einshtein
i ego posledovateli ne smogli dat' ob'yasneniya ploskomu prostranstvu, ego glavnomu fizicheskomu svoistvu
inercii, ni fizicheskomu stroeniyu ploskogo prostranstva.
Mezhdu tem, ploskoe prostranstvo imeet slozhnoe fizicheskoe stroenie. Ploskoe prostranstvo ne pustota, ne
vakuum, ne efir, ne bez massy-energii, i, kak pokazyvayut kosmologicheskie uravneniya GchԱ-teorii, ploskoe
prostranstvo - ravnovesnoe obrazovanie iz polozhitel'noi i otricatel'noi massy-energii, kotoroe nikogda ne
narushaetsya, ni v statichnom, ni v evolyucionnom sostoyanii. Pravda, summa mass polozhitel'noi i otricatel'noi
komponent, sostavlyayushih ploskoe prostranstvo (vnutrennyuyu strukturu nashei Vselennoi), ravna nulyu , summa
sil gravitacii i antigravitacii, vyzvannaya etimi komponentami, vsegda ravna nulyu , , (a takzhe , , , i
tak dalee, krome ob'ema i vremeni , poslednee chasto nazyvayut vozrastom Vselennoi). Odnako eto ne
oznachaet, chto ploskoe prostranstvo nashei Vselennoi pusto i chto materiya v nem otsutstvuet.
Tut, ya schitayu, nuzhno eshe raz ostanovit'sya na probleme konechnosti i ogranichennosti ploskogo prostranstva.
Obychno prinyato schitat', chto ploskoe prostranstvo beskonechno i chto radius etogo prostranstva beskonechen,
sledovatel'no, esli prostranstvo nashei Vselennoi strogo ploskoe, togda nasha Vselennaya otkryta,
neogranichena i t. d i t.p. Vot eshe odno zabluzhdenie sovremennoi fiziki i kosmologii, kotoroe sleduet iz
otsutstviya predstavleniya o fizicheskoi sushnosti i strukture ploskogo prostranstva.
Nasha Vselennaya ne priblizhenno, a strogo ploskaya, no eto ne meshaet ei byt' konechnoi i ogranichennoi
fizicheskoi sistemoi.
, gde .
Formula pravil'na, odnako eto ne oznachaet, chto rtot=0, naoborot vsegda . Kak vidno iz nashego
kosmologicheskogo uravneniya, polozhitel'noe iskrivlenie prostranstva, kotoroe ekvivalentno prityazheniyu,
vyzvannomu polozhitel'noi energiei-massoi, uravnoveshivaet, ogranichivaet, rifmuet otricatel'noe iskrivlenie
prostranstva chto ekvivalentno ottalkivaniyu, vyzvannomu otricatel'noi komponentoi antigravitaciei.
Verno i obratnoe otricatel'noe iskrivlenie ogranichivaet, rifmuet polozhitel'noe iskrivlenie. I vsledstvie
etogo poluchaetsya ploskoe prostranstvo s konechnymi parametrami. Eto mozhno pokazat' shematicheski na risunke
K y y
K
x
a b
-K -K
ris. a ris. b
a) na risunke a. izobrazheny po otdel'nosti polozhitel'noe i otricatel'noe iskrivleniya prostranstva vyzvannye
polozhitel'noi i otricatel'noi massoi-energiei, kotorye drug s drugom ne sootnosyatsya.
b) shematichno izobrazhena struktura ploskogo prostranstva otrezok ab pokazyvaet konechnost' i
ogranichennost' ploskogo prostranstva, kotoraya poluchaetsya sopostavleniem, edinstvom i vzaimodeistviem
polozhitel'nogo i otricatel'nogo iskrivlenii.
* * *
Vernemsya k voprosu o fizicheskoi sushnosti temnoi energii, hotya ot nego, v sushnosti, my i ne udalyalis'.
Netrudno dogadat'sya, chto srednyaya plotnost' otricatel'noi energii-massy , nahodyashayasya v pravoi storone
nashego kosmologicheskogo uravneniya, otnositsya imenno k temnoi energii. Osnovnym fizicheskim svoistvom etoi
temnoi energii yavlyaetsya antigravitaciya ottalkivanie, kotoroe ekvivalentno otricatel'nomu iskrivleniyu
prostranstva , nastoyashee mesto kotorogo, kak i predpolagal Einshtein, nahoditsya v levoi geometricheskoi
storone uravneniya. Itak, ya utverzhdayu, chto tak nazyvaemaya temnaya energiya, obnaruzhennaya v nablyudeniyah,
yavlyaetsya materiei nashei Vselennoi, kotoraya obladaet otricatel'noi gravitacionnoi massoi-energiei. Ona
vsegda uravnoveshivaet polozhitel'nuyu komponentu nashei Vselennoi materiyu, obladayushuyu polozhitel'noi massoi-
energiei, sovmestno sozdavaya ploskoe prostranstvo struktury nashei Vselennoi . Net bol'she nikakoi
kvintessencii, nikakogo vakuuma i nikakoi fantomnoi energii.
Itak, izbavivshis' ot nedorazumenii i oshibochnyh mnenii, s samogo nachala nado utochnit', chto ya ponimayu pod
otricatel'noi massoi ili otricatel'noi gravitacionnoi massoi.
1)Nado chetko ponyat' snachala, chto dlya gravitacionnoi massy
a) aktivnaya gravitacionnaya massa i
b) passivnaya gravitacionnaya massa,
otnositel'ny i imeyut smysl tol'ko v tom sluchae, kogda my imeem delo s vzaimodeistviyami gravitacionnyh mass
s raznymi razmerami i velichinami, naprimer: . Massa nashei Zemli po sravneniyu s gravitacionnoi massoi
Solnca yavlyaetsya passivnoi gravitacionnoi massoi, a po otnosheniyu k Lune aktivnoi gravitacionnoi massoi.
Odnako, gravitacionnye massy (zaryady) nesvobodnyh fizicheskih sistem ravny drug drugu po absolyutnoi
velichine, net bol'shoi i maloi gravitacionnoi massy (zaryada). Vse oni obladayut libo polozhitel'nymi, libo
otricatel'nymi gravitacionnymi elementarnymi zaryadami, to est' kvantami polozhitel'noi i otricatel'noi massy
.
Sledovatel'no, po otnosheniyu k nesvobodnym fizicheskim sistemam, ne imeet smysla delenie gravitacionnoi massy
na aktivnuyu i passivnuyu, potomu, chto oni obladayut polozhitel'noi i otricatel'noi elementarnoi massoi
(zaryadom) odinakovoi velichiny.
2)Vtoroe; dlya izbavleniya ot ekzoticheskih svoistv otricatel'noi massy, obnaruzhennyh v issledovaniyah G.
Bondi i R. L. Forvarda, neobhodimo schitat', chto fizicheskie sistemy s otricatel'nym gravitacionnym zaryadom,
imeyut i nulevuyu inertnuyu massu. I voobshe, v prirode ne sushestvuet otricatel'noi inertnoi massy
sledovatel'no isklyuchayutsya lozhnye predstavleniya, svyazannye s otricatel'noi inertnoi massoi.
Nado dobavit', chto otsutstvie inertnoi massy, v obshem, eto odno iz glavnyh svoistv Nesvobodnyh fizicheskih
sistem. Tak chto, ne tol'ko nesvobodnye fizicheskie sistemy s otricatel'nym gravitacionnym zaryadom, no i
nesvobodnye fizicheskie sistemy s polozhitel'nym gravitacionnym zaryadom ne imeyut inertnuyu massu. U
nesvobodnyh fizicheskih sistem princip ekvivalentnosti narushen i eto yavlyaetsya ih specifikoi, v otlichie ot
svobodnyh fizicheskih sistem.
3)Tret'e; hotya polozhitel'nye i otricatel'nye gravitacionnye zaryady nesvobodnyh fizicheskih sistem po
nekotorym svoim svoistvami pohozhi na elektromagnitnye zaryady (elementarny, ne razdelyayutsya na chasti i
yavlyayutsya stabil'nymi velichinami), odnako sushestvenno otlichayutsya ot nih. Polozhitel'nye i otricatel'nye
gravitacionnye zaryady i yavlyayushiesya ih nositelyami nesvobodnye sistemy, stalkivayas' i vzaimodeistvuya drug s
drugom, ne podvergayutsya annigilyacii, kak schitali R. Forvard i drugie Otricatel'naya gravitacionnaya massa, a
takzhe polozhitel'naya, yavlyayutsya substancional'nymi svoistvami (atributami) materii, oni ne mogut unichtozhit'
drug druga i ischeznut'. Eti zaryady mogut menyat' svoi mesta, no ne annigilirovat'. Naprimer, Armon v
polozhenii minimona imeet polozhitel'nyi gravitacionnyi zaryad (g), a iz minimona prevrashaetsya v maksimon pri
izmenenii etogo polozhitel'nogo zaryada na otricatel'nyi ( ) ili naoborot
4) Chetvertoe; nesvobodnye sistemy s otricatel'noi i polozhitel'noi gravitacionnoi massoi yavlyayutsya
gravitacionno izolirovannymi sistemami. Oni drug s drugom ne obmenivayutsya energiei-teplotoi. Naprimer,
polozhitel'nye i otricatel'nye komponenty nashei Vselennoi ne uvelichivayut ili umen'shayut svoyu teplotu odin za
schet drugogo. Eti komponenty izolirovany drug ot druga termodinamicheski, chto oznachaet - eti komponenty
energiei-teplotoi ne obmenivayutsya. Sledovatel'no, oshibochno predpolozhenie Forvarda i Terleckogo, chto v
sisteme, sostavlennoi iz polozhitel'nyh i otricatel'nyh komponent, polozhitel'naya beskonechno uvelichivaet svoyu
teplotu, a otricatel'naya, sootvetstvenno, umen'shaet i etim oni uravnoveshivayut drug druga.
Snova paradoks beskonechno bol'shih i beskonechno malyh, na etot raz v termodinamicheskoi zadache. Vysheukazannye
chetyre punkta dostatochny dlya izbavleniya ot etih termodinamicheskih beskonechnostei. V teorii Armonov kak
polozhitel'naya, tak i otricatel'naya teplota imeyut minimal'nye i maksimal'nye znacheniya, v granicah kotoryh
oni mogut menyat'sya, ne vyhodya za ramki etih granic.
Radi spravedlivosti nado skazat', chto prof. Ya. Terleckii hotya i byl sklonen k tomu mneniyu, chto mezhdu
minus-chasticami i plyus-chasticami vozmozhny esli ne sil'nye, to hotya by slabye i elektromagnitnye
vzaimodeistviya. I v svoei knige on predostavil dostatochnoe mesto dlya etih obsuzhdenii, odnako on schital
vozmozhnym i sushestvovanie tol'ko gravitacionnogo vzaimodeistviya mezhdu polozhitel'nym i otricatel'nym
komponentami. Kvaziravnovesie sistem, sostoyashih iz plyus-chastic, pri nalichii v prirode minus-chastic mozhet
byt', ochevidno, obespecheno, esli dopustit', chto minus-chasticy vzaimodeistvuyut s plyus-chasticami tol'ko
gravitacionno i chto drugie vidy vzaimodeistviya (sil'noe, elektromagnitnoe, slaboe) mezhdu plyus- i minus-
chasticami polnost'yu otsutstvuyut. V etom sluchae lyubaya sistema plyus-chastic mozhet prakticheski schitat'sya
adiabaticheski izolirovannoi ot minus-chastic i potomu mozhet rassmatrivat'sya kak nahodyashayasya v sostoyanii
termodinamicheskogo ravnovesiya. Ravnovesie mozhet narushat'sya lish' vsledstvie obmena gravitonami sistemy plyus-
chastic s sistemoi minus-chastic. Odnako takie processy kraine maloveroyatny i ne mogut privesti k zametnym
effektam.
Esli, v sootvetstvii so sdelannym vyshe dopusheniem, mezhdu minus-chasticami i plyus-chasticami osushestvlyaetsya
tol'ko gravitacionnoe vzaimodeistvie, to minus-chasticy voobshe smogut byt' obnaruzheny lish' v yavleniyah
kosmicheskih masshtabov po gravitacionnym polyam, sozdavaemym bol'shimi skopleniyami etih chastic. .
2. Mikrostruktura i makroskopicheskie svoistva temnoi energii.
Vyyasniv, chto temnaya energiya yavlyaetsya materiei s otricatel'noi gravitacionnoi massoi-energiei, kotoraya
uravnoveshivaet polozhitel'nuyu komponentu nashei Vselennoi, obsudim teper' ee makrosvoistva i sostav
mikrostrukturu.
S samogo nachala nado podcherknut', chto v pervuyu ochered', po nashemu predstavleniyu, temnaya energiya ili materiya
s otricatel'noi massoi-energiei principial'no otlichaetsya ot vakuuma kosmomodeli ΛCDM i ot predlagaemyh
drugih variantov (kvintessencii i t.d.) svoimi makrosvoistvami.
1) V sostave nashei Vselennoi otricatel'naya komponenta temnaya energiya i peremenna i stabil'na. temnaya
energiya peremenna, poskol'ku srednyaya plotnost' ee massy-energii menyaetsya po zakonu i zavisit ot chislovogo
znacheniya .
Temnaya energiya stabil'na, v tom smysle, chto imeet minimal'noe i maksimal'noe chislovoe znachenie, kogda
n=1, to , a esli , to , chto sootvetstvuet dvum statichnym i stacionarnym sostoyaniyam nashei Vselennoi.
Takim obrazom, srednyaya plotnost' massy ili energii temnoi energii ne yavlyaetsya absolyutno neizmennoi ili
absolyutno peremennoi velichinoi.
2) temnaya energiya menyaetsya proporcional'no izmeneniyu radiusa nashei Vselennoi po zakonu a ne (gde
davlenie p=const.). Eto ochen' vazhnoe obstoyatel'stvo. V prirode ne sushestvuyut takie fizicheskie sistemy,
energiya/massa kotoryh izmenyalsya by pryamo proporcional'no izmeneniyu ob'ema, ostavlyaya neizmennoi srednyuyu
plotnost' ili ekvivalentnoe ei davlenie energii-massy.
3) temnaya energiya obladaet svoistvom antigravitacii, potomu chto imeet otricatel'nuyu gravitacionnuyu massu-
energiyu. A uravnenie sostoyaniya nashei Vselennoi opredelyaetsya summoi sootvetstvuyushih parametrov temnoi
energii i polozhitel'noi komponent: ili , ili , poskol'ku , togda .
4) temnaya energiya ne gruppiruetsya, ne skuchivaetsya, potomu chto antigravitaciya i ottalkivanie yavlyayutsya ee
prirozhdennym svoistvom. Tut stoit ostanovit'sya na glavnoi mysli stat'i RAZDUVANIE VSELENNO' I
VAKUUMOPODOBNOE SOSTOYaNIE FIZIChESKO' SREDY E. Glinera opublikovannoi UFN v 2002 g.: Impul's k rasshireniyu
v etom scenarii vakuumopodobnaya sreda soobshaet ne sama sebe (razduvanie), a rozhdayusheisya fridmanovskoi
srede. Osnovatel' teorii vakuumoobraznoi sredy E. Gliner, hotya takzhe postroil svoyu teoriyu na nepravil'noi
osnove (na osnove kosmologii Fridmana s postoyannoi ), s pomosh'yu kotoroi (Gut, Linde, Starobinskii i dr.)
sozdali inflyacionnuyu teoriyu. Odnako, v konce koncov E. Gliner ponyal, chto eta tak nazyvaemaya vakuumopodobnaya
sreda ne mozhet, ottalkivaya rasshirit' samu sebya. Eto ponimayut uzhe mnogie issledovateli. Naprimer, A.
Chernin v svoei izvestnoi stat'e Temnaya energiya i vsemirnoe antityagotenie, napechatannoi v UFN v 2008 godu,
pishet: Govorya na yazyke n'yutonovskoi fiziki, vakuum sozdaet silu, no sam ne podverzhen (kak makroskopicheskaya
sreda) vozdeistviyu ni vneshnih sil tyagoteniya, ni sobstvennogo antityagoteniya..
Esli, kak podcherkivaet Chernin, temnaya energiya - eto vakuumopodobnaya sreda, ili vakuum Einshteina-Glinera,
togda poluchaetsya, chto antigravitaciya i ottalkivanie ne neposredstvennoe svoistvo temnoi energii, a effekt
vyzvannyi eyu. Chernin tak i podcherkivaet: Sozdavaemaya EG vakuumom einshteinovskaya sila antityagoteniya .
Sila antityagoteniya imeet znak, protivopolozhnyi znaku n'yutonovskoi sily i ona ne umen'shaetsya s uvelicheniem
rasstoyaniya, a lineino vozrastaet Hotya temnaya energiya eto sugubo relyativistskii ob'ekt, tem ne menee,
n'yutonovskii podhod daet (kak i v relyativistskom sluchae) uravnenie dlya effektivnoi sily Effekt
antityagoteniya usilivaetsya (udvaivaetsya) eshe i blagodarya tomu, chto effektivnaya gravitacionnaya plotnost'
temnoi energii vyrazhaetsya v vide .
Tak, v otlichie ot rasprostranennogo mneniya, v teorii Armonov otricatel'nyi komponent nashei Vselennoi
(temnaya energiya), po svoei fizicheskoi prirode obladaet ottalkivaniem. Antigravitaciya yavlyaetsya ne tol'ko
makroskopicheskim svoistvom temnoi energii, no i mikroskopicheskim - kvantami temnoi energii yavlyayutsya
antigravitony , kotorye yavlyayutsya nesvobodnymi sistemami fiziki, to est', oni ne imeyut inertnoi massy, a
imeyut tol'ko otricatel'nuyu gravitacionnuyu massu (otricatel'nyi gravitacionnyi zaryad) V otlichie ot
gravitonov, antigravitony ne gruppiruyutsya, tak kak ottalkivayutsya drug ot druga. Takim obrazom, po nashemu
mneniyu, temnaya energiya (antigravitony) ottalkivaet ne tol'ko polozhitel'nyi komponent nashei Vselennoi, no i
sebya samoe, potomu chto antigravitony , yavlyayushiesya ee komponentom, obladayut ottalkivaniem, to est' yavlyayutsya
elementarnymi zaryadami antigravitacii.
Eto oznachaet, chto esli by v sostave nashei Vselennoi preobladala temnaya energiya (otricatel'nyi komponent),
to prostranstvo beskonechno rasshirilos' by, i ego materiya, beskonechno rasseivayas', ischezla. A eto, to est'
antikollaps, kak i absolyutnyi kollaps, principial'no zapreshaetsya zakonom sohraneniya energii, ili zakonom
vechnosti. Vot pochemu temnaya energiya ne mozhet preobladat' v nashei Vselennoi, ni segodnya, ni v proshlom. Takzhe
ne mozhet preobladat' i polozhitel'nyi komponent (polozhitel'naya massa-energiya), ni v nachale rasshireniya nashei
Vselennoi, ni potom, a eti dve komponenty vsegda uravnoveshivayut drug druga, chto privodit k ploskomu
prostranstvu struktury nashei Vselennoi. No oni uravnoveshivayut drug druga s opredelennym odnorodnym
raspredeleniem. Prosto temnaya energiya raspredelena melkozernisto odnorodno, tak kak antigravitony ,
ottalkivaya drug druga, ne gruppiruyutsya. A polozhitel'naya komponenta raspredelena krupnozernisto odnorodno,
"zerna" ee yavlyayutsya pervichnymi chernymi dyrami.
Takim obrazom, govorya tem zhe yazykom fiziki N'yutona, prityazhenie polozhitel'noi komponenty i ottalkivanie
otricatel'noi - temnoi energii nashei Vselennoi, vsegda uravnoveshivayut drug druga: , ,
, ,
Sila ottalkivaniya i sila prityazheniya vsegda ostayutsya ravnymi drug drugu po modulyu (i raznymi po znaku) na
protyazhenii vsei evolyucii nashei Vselennoi.
5) Sleduyushei vazhnoi osobennost'yu temnoi energii yavlyaetsya to, chto ona vzaimodeistvuet s polozhitel'noi
komponentoi tol'ko substancional'nym vzaimodeistviem, t. e. s pomosh'yu svoei gravitacionnoi massy-energii,
ili s pomosh'yu svoei otricatel'noi krivizny prostranstva. Eto ne podrazumevaet, a isklyuchaet obmen energii-
tepla s polozhitel'noi komponentoi. Eto oznachaet, chto temnaya energii, termodinamicheski izolirovana ot
polozhitel'noi komponenty nashei Vselennoi. Vot blagodarya etoi vazhnoi osobennosti, temnaya energiya ne
pogloshaet i ne izluchaet obyknovennye elementarni zaryazhennye chasticy, ne podvergaetsya sil'nym, slabym i
elektromagnitnym vzaimodeistviyam.
Chto mozhno skazat' o mikrostrukture temnoi energii? Kak uzhe otmechalos', ona sostoit iz antigravitonov . Ih,
kak i gravitony g, nikak nel'zya putat' s elementarnimi chasticami, izuchaemymi v kvantovoi fizike, i, v
chastnosti, s kvantom gravitacionnogo polya Einshteina s "klassicheskim" gravitonom. Chtoby ne pridumyvat'
novye terminy i priderzhivat'sya k tradicii, my eti nashi nesvobodnye sistemy, to est' elementarnye zaryady
polozhitel'noi i otricatel'noi gravitacionnoi massy prosto nazvali gravitonami i antigravitonami, chtoby
podcherknut' ih osnovnye fizicheskie osobennosti prityazhenie i ottalkivanie. Nashi gravitony i antigravitony
yavlyayutsya predel'nymi kvantami energii i tepla gravitacionno- i termodinamicheski izolirovannymi kvantami
(zaryadami).
Povtoryayu, esli gravitony ne vstrechayutsya v svobodnom sostoyanii, a vsegda sgruppirovany v svobodnyh
fizicheskih sistemah v obyknovennyh chasticah i v chernyh dyrah, to antigravitony nikogda ne gruppiruyutsya,
a vsegda, ottalkivaya drug druga, ravnomerno raspredelyayutsya v prostranstve.
Iz nashih kosmologicheskih uravnenii my uzhe znaem, chto temnaya energiya (otricatel'naya komponenta) sostoyashaya iz
antigravitonov i polozhitel'naya komponenta (kotoraya v osnovnom sostoit iz pervichnyh chernyh dyr - PChD )
sostoyashaya iz gravitonov, v sostave nashei Vselennoi vsegda ravny drug drugu po svoim absolyutnym chislennym
znacheniem srednei plotnosti energii-massy Odnako, kak uzhe govorilos' vyshe, polozhitel'naya komponenta
glavnym obrazom skoncentrirovana v PChD , a temnaya energiya - v antigravitonah , kotorye v nashei Vselennoi
"pronikayut" porciyami po , no ne otdel'no, a s takoi zhe polozhitel'noi massoi, to est' v sostave
psevdominimona, tak kak imenno psevdominimon imeet takoi sostav. Itak, nasha Vselennaya sostoit iz Ա chisla
psevdominimonov. Eto oznachaet, chto massa temnoi energii sostoit iz Ա chisla porcii otricatel'noi
gravitacionnoi massy, znachit vo vremya evolyucii nashei Vselennoi, a k koncu evolyucii po zakonu , i k
koncu rasshireniya . Takim obrazom, okazyvaetsya, chto chislo antigravitonov menyaetsya po zakonu , a v sluchai
, .
K koncu kosmologicheskoi evolyucii temnaya energiya sostoit iz Ա2 shtuk antigravitonov.
Temnaya energiya, ee komponenty, antigravitony, nevozmozhno obnaruzhit' v laboratornyh usloviyah, tak kak oni
vzaimodeistvuyut s polozhitel'noi energiei-massoi tol'ko gravitacionnym obrazom. Kak v svoe vremya otmetili
Einshtein i Terleckii, materiya s plotnost'yu massy s otricatel'nym znakom, fizicheski sebya proyavlyaet v
kosmologicheskih masshtabah. Antigravitaciya temnoi energii tak nikogda i ne obnaruzhilas' astronomami.
Teper' proyasnim izmenenie srednei plotnosti massy antigravitona kosmoevolyucii. S samogo nachala my
prinyali, chto antigraviton yavlyaetsya elementarnym gravitacionnym zaryadom, ego ves ostaetsya neizmennym Eta
neizmennost' sleduet iz uravneniya
Odnako, ne oznachaet, chto srednyaya plotnost' antigravitona tozhe yavlyaetsya neizmennoi velichinoi. Naprotiv,
eto oznachaet, chto prostranstvennyi ob'em ee lokalizacii - peremennyi. Tak kak temnaya energiya yavlyaetsya
odnorodnoi i ravnomerno raspredelennoi v nashei Vselennoi (v ob'eme ), to , tak kak odnorodnost' temnoi
energii melkozernista i obuslovlena ravnoi raspredelennost'yu antigravitonov . Znachit, v sluchae , . Zdes'
nuzhno otmetit' sleduyushee: v nashi dni mnogo govoryat "o probleme kosmicheskih sovpadenii". A. Chernin ob etom
pishet: "Kosmologiya ne vpervye stalkivaetsya s problemoi chislennyh sovpadenii, u etoi temy davnyaya istoriya,
voshodyashaya k obnaruzhennomu Dirakom sovpadeniyu" bol'shih chisel ". No sovpadenie kosmicheskih plotnostei
predstavlyaet soboi sovsem novuyu stranicu etoi istorii, hotya i v etom variante problema pereklikaetsya s tem,
chto obsuzhdalos' na temu sovpadenii ranee " .
V svoe vremya Stanyukovich zametil, chto fizicheskaya sreda diktuet i zastavlyaet fizicheskie sistemy nahodyashiesya v
etoi srede, skazhem, elementarnih chastic, izmenyat'sya tak, kak izmenyaetsya sreda, chtoby ostavat'sya v
termodinamicheskom ravnovesii so sredoi. Vot poetomu, kak schital Stanyukovich, parallel'no s rasshireniem nashei
Vselennoi, elementarnie chasticy dolzhny izmenyatsya sootvetstvuyushim obrazom. Kak budet pokazano nizhe, my
govorim ob odnom iz velikih zakonov Prirody, zakon, kotoryi yavlyaetsya istinoi dlya lyubogo etapa evolyucii
nashei Vselennoi.
1) Vo-pervyh, srednie plotnosti mass-energii temnoi energii i polozhitel'noi komponenty vsegda ravny drug
drugu po absolyutnym cifrovym znacheniyam , ;
2) Krome togo, srednyaya plotnost' massy-energii odnogo antigravitona vsegda , ;
3) parametry ρ ili ε polozhitel'nyh komponent PChD,harakternyh elementarnyh chastic, D tel v hode evolyucii
vsegda stremyatsya sravnit'sya s parametrami ili polozhitel'nogo komponenta ;
4) Vo vremya rasshireniya nashei Vselennoi, Metagalaktika vsegda sostoit iz D tel sootvetstvuyushego urovnya (iz
faz rasshireniya), i dobavlyaet svoyu massu s do (t.e. dobavlyaet v Ա raz), a v sluchae , vsegda; i
segodnya .
To est', , gde yavlyaetsya srednei plotnost'yu polnomasshtabnogo sostoyaniya sverhskopleniya galaktik .
No vernemsya k , izmeneniyu antigravitonov : Dlya togo, chtoby obespechit' sohranenie zakona ,
prostranstvennyi ob'em lokalizacii antigravitona dolzhen byt' izmenen. Izvestno, chto v sluchae , ,
poskol'ku , znachit v etom sluchae . Esli uchityvat', chto antigraviton, tem ne menee, yavlyaetsya kvantom, to k
nemu mozhno primenit' formulu dlya dliny volny Komptona . Rassmatrivaya etu velichinu, kak prostranstvennyi
parametr antigravitona, my mozhem opredelit', polozhit', chto . Otsyuda .
Eto osobenno interesno dlya teorii strun.
Trudno predstavit' sebe kvant, kotoryi imeet komptonovskuyu dlinu volny i poperechnoe sechenie . Esli
prinyat' neizmennym, to , ostaetsya sdelat' vyvod, chto izmenyaetsya po zakonu: , gde eto kvantovaya,
gravitacionnaya popravka ili ne imeyushii razmernosti koefficient kompaktifikacii-dekompaktifikacii. Tol'ko v
etom sluchae , v lyuboi stadii kosmologicheskoi evolyucii. Ostaetsya dobavit', chto temperatura antigravitona ne
menyaetsya v processe rasshireniya
Antigraviton yavlyaetsya kvantom otricatel'noi energii-tepla, a graviton - kvantom polozhitel'noi energii-
tepla. Nash graviton otlichaetsya ot gravitona obshei teorii otnositel'nosti takzhe i etim.
Avtor: Samvel Pogosyan
Veb: http://www.armonpogosyan.com
E-mail. Armon-1954@mail.ru
|
|
