Л.М. Топтунова

Где стоит искать пропавшую массу Вселенной

 

1.Сравнение космологий Альфвена и Эйнштейна

Физика – наука экспериментальная. То же можно сказать об астрофизике, только роль лабораторных экспериментов там играют астрономические наблюдения. Впрочем, между физикой и астрофизикой граница довольно условна. Шведский астрофизик Х. Альфвен начинал свою научную деятельность как физик, изучая плазму в лабораторных условиях, затем занялся северными сияниями, в процессе изучения которых обнаружил идентичность плазменных структур газового разряда в лаборатории и структур северного сияния в околоземном пространстве. Область его исследований в течение жизни расширилась от масштаба лаборатории до масштаба Вселенной. Научное кредо Альфвена можно представить так: мы должны попытаться выяснить настоящее состоя­ние наших ближайших окрестностей и от этого переходить к более даль­ним областям, учитывая при этом не только гравитацию, но и силы электромагнетизма. В масштабах солнечной системы все предсказания Альфвена получили экспериментальное подтверждение при замерах, выполненных космическими аппаратами. А в ближайшем галактическом окружении предсказанная ячеистая структура была подтверждена фотографиями телескопа Хаббла (рис.1)

 

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/Local_galaxy_filaments_RUS_annotated.gif/300px-Local_galaxy_filaments_RUS_annotated.gif

 

Рис. 1

Научный подход А. Эйнштейна был принципиально иным.  Подход Эйнштейна к вопросам астрофизики был сугубо теоретическим. Никакие силы, кроме гравитации, в расчёт не принимались. Академик В.А. Амбарцумян астрофизиков-теоретиков типа Эйнштейна характеризует так (http://vambartsumian.org/index.php?id=105&cat=contemporary&lang=ru&sec=0): «Многие из этих ученых никогда не бывали в лаборатории или не наблюдали через телескоп, а если даже они это делали, то считали ниже своего достоинства пачкать руки. Они свысока смотрели на физиков-экс­периментаторов и наблюдателей, чья единственная работа заключалась в том, чтобы подтвердить далекие от жизни заключения, достигнутые ими, а тех, которые не были в состоянии подтвердить их, считали не­компетентными. Астрономы-наблюдатели оказались под тяжелым гне­том теоретиков».

При выводе уравнений общей теории относительности (ОТО) материальная среда считалась изотропной. В изотропной среде физические свойства (электрические, оптические и т.д.)  не зависят от направления. Сегодня уже понятно, что Вселенная, раздробленная на ячейки ограниченные непроницаемыми стенками, не может быть изотропной. Уже поэтому трудно ожидать, что ОТО будет адекватно отражать процессы, происходящие в реальной плазменной Вселенной. Астрономические наблюдения показывают, что по мере перехода ко всё большим масштабам приходится наблюдать  всё более крупные ячейки, по границам которых расположены скопления галактик. В целом структура Вселенной напоминает пену. Внутри же этих огромных ячеек расположены огромные пустоты (войды). Объяснить образование такой структуры с помощью только гравитационных сил невозможно. ОТО действительно красиво описывает нечто, но это «нечто» не имеет отношения к реальности. По этому поводу Альфвен в своей Нобелевской лекции сказал следующее (http://ufn.ru/ufn71/ufn71_8/Russian/r718a.pdf):

 

2. Вопрос о рождении Вселенной

Болезненной точкой всех современных космологических теорий является необходимость объяснить акт рождения Вселенной. Уверенность в существовании момента рождения Вселенной диктуется наблюдаемым расширением Вселенной. Уверенность же, что мы действительно наблюдаем расширение Вселенной, следует из эмпирического закона Хаббла: красное  смещение спектров галактик, пропорционально скорости удаления галактик.  В настоящее время уже имеется объяснение красного смещения как явления оптического,  не вызванного  расширением Вселенной  (http://www.red-shift.info/_private/t5_67.htm).  Однако это объяснение ещё не получило широкого признания. Альфвену и, тем более, Эйнштейну такое истолкование красного смещения было неизвестно. Но роль акта рождения Вселенной в космологиях Эйнштейна и Альфвена совершенно несравнима.

В ОТО рождение Вселенной (Большой взрыв) определяет весь дальнейший ход развития теории, начиная с инфляции (почти мгновенное раздувание Вселенной под действием антигравитации) и кончая постулированием тёмной энергии в 1999 году (http://red-shift.info/_private/t5_44.htm). Если наука придёт к заключению, что Большого взрыва не было, то всё здание, построенное на космологии Эйнштейна, мгновенно рухнет.

 

В астрофизике Альфвена описание акта рождения Вселенной стоит как-бы в стороне от обоснованного эмпирически факта существования плазменной Вселенной. Скорее это не описание акта рождения, а объяснение того как в громадном облаке очень разреженной плазмы, состоящей из материи и антиматерии, произойдёт самопроизвольное разделение материи и антиматерии по отдельным изолированным ячейкам, которое и приведёт к современному состоянию Вселенной (http://thelib.ru/books/neizvesten_avtor/rasskazyvayut_uchenye-read-5.html). Если в дальнейшем выяснится, что расширения Вселенной нет, то это никак не скажется на космологии Альфвена.  Современное состояние Вселенной, описанное Алфвеном, надёжно подкреплено астрофизическими наблюдениями. А часть его учения, связанная с процессом самопроизвольного построения ячеистой структуры, тоже не пропадёт. И в настоящее время есть основание предполагать наличие громадных очень разреженных облаков плазмы (например в войдах).

 

 

3. Тёмная материя и тёмная энергия

Тёмная материя и тёмная энергия – это качественно совершенно разные понятия.

Понятие «тёмная материя» появилось в 1930 г. когда было замечено, что объяснение движения отдельных звёзд галактики и вращения самой галактики в целом требуют большей массы, чем та, которая следует из наблюдаемого количества звёзд и межзвёздного газа. То есть недостающая часть массы галактики обеспечивается чем-то невидимым. Когда с развитием наблюдательных возможностей астрономы перешли от наблюдений отдельных галактик к наблюдениям галактических скоплений, то выяснилось, что для скоплений массы недостаёт в ещё большей степени, чем для отдельных галактик.  А для сверхскоплений дефицит массы ещё больше, чем для скоплений. Таким образом, тёмная материя – это ненаблюдаемое вещество, существование которого во Вселенной проявляется в гравитационных воздействиях тем сильнее, чем больший объём пространства рассматривается. Понятие «тёмная материя» не зависит от того, какая модель Вселенной выбрана исследователем. И для модели Вселенной Эйнштейна и для плазменной Вселенной Альфвена это будет одно и то же понятие. К вопросу о том, что есть тёмная материя на самом деле, мы ещё вернёмся.

 

С понятием «Тёмная энергия» ситуация иная. Это понятие модельно зависимое. Оно является порождением именно релятивистской теории Вселенной Эйнштейна, расширяющейся после Большого взрыва. Если отбросить наслоения терминологий, то тёмная энергия это антигравитация. В модели Эйнштейна к понятию антигравитации впервые прибегли в 1981 г. для объяснения инфляции. Повторно использованное в 1991 понятие антигравитации было названо тёмной энергией. Видимо, для разнообразия. При этом ни в первом, ни во втором случае не было высказано никаких соображений о природе антигравитации. Есть только термин, за которым не стоит никаких физических представлений. Более подробно об этом рассказано в статье «Что такое тёмная энергия» (http://red-shift.info/_private/T5_28.htm), а более популярно в статье «Тёмная энергия - это мираж» (http://www.red-shift.info/_private/t5_59.htm).

 

 

4. Попытка объяснить ячеистую структуру с позиций ОТО

Общая теория относительности целое столетие считалась единственно верной и всё объясняющей теорией. К тому же в современной официальной космологии подход ко всем проблемам признаётся только с позиций ОТО.  Отрицать ячеистую структуру Вселенной невозможно, так как она подтверждена экспериментами и астрономическими наблюдениями. Поэтому была предпринята попытка объяснить эту структуру с позиций ОТО. С этой целью с середины 2008 года в рамках широко известного Слоановского цифрового обзора неба был реализован проект BOSS (http://cien.com.ua/news/kvazary.html), в процессе выполнения которого пытались зафиксировать аку­стические волны, образовавшиеся вскоре после рождения Вселенной. Предполагалось, что они отвечают за неравномерное распределение материи в космосе, а также анизотропию реликтового излу­чения. К настоящему времени проанализированы спектры более чем миллиона галактик с красными смещениями от 0,2 до 0,7  и  48640 квазаров. Предполагалось, что полученная информация позволит получить сведения об изменениях тёмной энергии. Таких сведений получить не удалось. Вместо этого были получены неожиданные свидетельства в пользу того, что Вселенная бесконечна и обладает нулевой кривизной (т. е. плоская) (http://www.energia.ru/ru/archive/snews/2014/snews_01-13.html). Хотя, согласно ОТО пространство Вселенной должно быть ограниченным и обладать положительной кривизной.

 

 

5. Где стоит искать тёмную материю

Обычную (барионную) материю обнаруживают по испускаемому ею электромагнитному излучению. Тёмная материя электромагнитного излучения не испускает и обнаруживается только по гравитационным эффектам. В стенограмме лекции старшего научного сотрудника отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН
С.Г. Горбунова (
http://www.znanie-sila.su/?issue=projects/issue_177.html&r=1),  рассказывается о том, почему физикам пришлось ввести понятие тёмной материи,  какими свойствами должны обладать её частицы и как физики эти частицы пытались найти. Лекция заканчивается словами: «На сегодняшний момент проводятся поиски частиц тёмной материи или другого рода объяснений явлений тёмной материи в разных направлениях с той или иной интенсивностью, но, к сожалению, везде пока с одинаковым результатом, а именно, отрицательным. Частиц тёмной материи нет».

Впрочем, для галактики Млечный Путь тёмная материя благополучно нашлась. Об этом сообщается в конце статьи чл.-кор. РАН   Б.М. Шустова «Скрытая масса. Что это такое?» (http://www.den-za-dnem.ru/page.php?article=1132). Тёмной материей оказалась обычная барионная материя, но излучающая в дальнем ультрафиолетовом участке спектра, недоступном для обычных космических телескопов. Излучение шло из большого числа поглощающих облаков высокоионизованного газа.   Поскольку с нашей галактикой в смысле наличия в ней массы всё благополучно разрешилось, то и для всех остальных галактик следует ожидать того же.

Однако, как быть со скоплениями галактик и, тем более, со сверхскоплениями? Там дефицит массы гораздо больше, чем в галактиках, а наличия большого числа поглощающих облаков высокоионизованного газа ожидать не приходится.

Между тем, выход из затруднительной ситуации находится довольно легко. И в роли тёмной материи выступает обычное барионное вещество. Только его невозможно обнаружить не потому, что оно излучает в недоступном телескопам диапазоне, а потому что оно вовсе не излучает.

Пропавшую массу нужно искать в войдах. Войды это громадные, с виду пустые пространства. Недавно появились сведения, что пространство войдов не является вакуумом, оно заполнено очень разреженным веществом (http://spacegid.com/voydyi-ogromnyie-pustotyi-vselennoy.html): «… в 2014 году, астрономами был обнаружен интересный факт: свет, исходящий от далеких галактик и звёзд, проходящий сквозь войды, – искажается». Это свидетельствует о наличии в войдах массы. Попытаемся оценить плотность газа в войдах.  Известно, что средняя плотность межзёздной среды в галактиках 109 атомов в м3, а средняя плотность межгалактического газа  103 в м3. Следовательно, при переходе от галактики к межгалактическому пространству плотность газа уменьшается на 6 порядков. Естественно ожидать, что при переходе от скопления галактик к войду, плотность газа уменьшится ещё на 6 порядков, т. е. станет равной 10-3 в м3 (одна частица на 1000 м3). Но даже несмотря на такую низкую плотность, этот газ сможет обеспечить недостающую тёмную материю, потому что основной объём мирового пространства заполнен не галактиками, скоплениями и сверхскоплениями, а огромными пустотами-войдами. Чтобы почувствовать это, достаточно взглянуть на карту ближайших к нам скоплений (рис.2)

 

Карта ближайших стен, войдов и сверхскоплений

Рис. 2

 

и карту сверхскопления Девы (рис. 3)

 

 

Сверхскопление Девы

Рис. 3

 

Объём войда сверхскопления Девы превышает объём галактики Млечный Путь в 1012 раз.

Но если газа в войдах много, почему он до сих пор никем не зафиксирован? Ответ: потому что этот газ не способен ничего излучать. Чтобы объяснить причину этого, вспомним, что вещество Вселенной на 88,6 % состоит из водорода. Это значит, что практически весь газ в войдах  водород. Межгалактический газ имеет температуру в пределах 107-108 градусов кельвина.   При таких температурах газ полностью ионизован. Следовательно, войды  заполнены чрезвычайно разреженной водородной плазмой. Из-за сильной разреженности процессы рекомбинации практически невозможны. Именно поэтому такая плазма излучать не может: электромагнитный квант излучается при переходе электрона с одного атомного уровня на другой. Но весь газ войдов ионизован и потому электронных оболочек лишён.