Астрофизика и ее понятия. Нарушение закона Причины и Следствия в космологии

Последовательность событий, приведших к созданию теории Большого взрыва, была такой:

1912 г. Хаббл открывает явление красного смещения - чем дальше галактика, тем больше смещено её излучение в красную сторону. По закону Доплера это могло означать, что галактика удаляется.

1916 г. Создана общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна, содержащая 10 уравнений, описывающих гравитацию.

1922г. А.Фридман нашел нестационарное решение десяти уравнений ОТО. Это означало, что галактики разлетаются.

Дальнейшее развитие научной мысли было таким. Если галактики разлетаются, значит, есть точка, с которой начался разлёт. Разлёт из точки порождён взрывом.

Очень скоро обнаружилась несостоятельность модели точечного взрыва в холодной вселенной и в 1948 году эта модель была "дополнена" моделью о взрыве повсюду в горячей Вселенной. Эти два сценария (холодный взрыв в точке и горячий взрыв повсюду) абсолютно несовместимы. Но это каким-то образом перестали замечать и обе концепции в совокупности сейчас называют Большим взрывом, а дальнейшее развитие теории происходило и происходит на базе ОТО.

В годы становления теории Большого взрыва ещё ничего не было известно о физических несоответствиях в теории Эйнштейна. Сведения об этом появились только в конце 20-го столетия, когда в Международном Ежегоднике "Наука и человечество" за 1988 год было опубликовано исследование академика А.А. Логунова "Новые представления о пространстве, времени и гравитации". Первое физическое несоответствие теории Эйнштейна, замеченное А.А. Логуновым и его коллегами, состояло в том, что законы сохранения (массы, энергии, импульса и др.) каждый в отдельности в общей теории относительности не выполняются. В ОТО постоянное значение могут иметь только некоторые комбинации величин массы, энергии, импульса и т.д., но не каждая из этих величин в отдельности. Второе несоответствие ОТО состоит в том, что основной постулат теории о равенстве тяжелой и инертной масс, на самом деле в этой теории не выполняется. Гравитационная масса тела никогда не равна нулю. Но для инертной массы в ОТО можно получить любые значения, в том числе - нулевые и отрицательные. Дело в том, что в ОТО инертная масса тела зависит от выбора системы координат, а в ОТО система координат криволинейная.

Понятно, что следствия из теории, имеющей такие тяжёлые физические несоответствия, нельзя считать надёжными. В частности, это касается решения Фридмана о расширении Вселенной. И действительно, после того, как Логунов дополнил 10 уравнений Эйнштейна ещё четырьмя уравнениями, обеспечивающими выполнение законов сохранения (каждого в отдельности), выяснилось, что в такой модифицированной системе уравнений неограниченного расширения Вселенной нет. Так же, как нет и чёрных дыр. Таким образом, теорию Большого взрыва, основанную на ОТО, нужно воспринимать с большой долей сомнения.

Но самое главное заключается в том, что принимая концепцию о рождении Вселенной взрывом (безразлично, холодным или горячим), наука отказывается от закона Причины и Следствия. Налицо парадокс: следствие (взрыв) есть, а причины для этого нет. А между тем, вся наука, созданная человечеством за всё время его существования, основана на явном или интуитивном признании причинно-следственных связей между явлениями. Закон Причины и Следствия - самый универсальный и наиболее надежный среди всех научных законов. Там, где игнорируется этот закон, исчезает наука и появляется религия. Именно это и происходит сейчас в современной астрофизике. Теория Большого взрыва, возникшая из попытки объяснить красное смещение спектров галактик, представляет сейчас нечто вроде священного писания для астрофизиков. И отступники от современного священного писания караются так же жёстко, как это делалось с отступниками от религиозных догм в средние века. Подтверждение тому - судьба известного физика Фландерна. Том Ван Фландерн опубликовал результаты своих экспериментов по определению скорости гравитации, отличные от скорости гравитации, принятой в ОТО. Его за это подвергли обструкции и изгнали из научного сообщества. Неизвестно, лишился ли он при этом средств к существованию, но средств для проведения дальнейших экспериментов лишился и вскоре умер (9 января 2009 года).

Отказ от закона Причины и Следствия вызывает у самостоятельно мыслящих учёных неприятие. Поэтому 22 мая 2004г. в Интернете6 и журнале New Scientist7 было опубликовано "Открытое письмо к научному сообществу" за подписями тридцати трёх ученых с мировой известностью. В Письме говорится о фундаментальных проблемах теории Большого взрыва, и о неоправданном ограничении финансирования космологических исследований только в рамках теории Большого взрыва. Русский перевод письма можно посмотреть здесь. К настоящему моменту под письмом имеются уже несколько сотен подписей. Их можно просмотреть в постоянно обновляемом английском варианте письма.

Справедливости ради следует сказать, что после опубликования открытого письма ситуация не изменилась к лучшему. Поэтому сейчас вновь предпринята попытка вернуть астрофизику из религиозного русла в научное. В Австралии вышел документальный фильм "Что было до Большого взрыва", в котором пять известных космологов (Мичио Каку - профессор теоретической физики в университете Нью-Йорка; Андрей Линде - профессор физики в Стэндфордском университете; доктор Сингх - известный исследователь из института Теоретической физики; профессор Смолин - исследователь канадского Института теоретической физики; доктор Нейл Турок - главный директор Института теоретической физики в Канаде; Роджер Пенроуз - профессор математики в Оксфордском университете) попытались наметить выход из такой тупиковой научной ситуации. Однако и в этом случае первопричина тупикового развития научной мысли, а именно природа красного смещения, не анализировалась. Авторы фильма в согласии с установившейся традицией полагают, что красное смещение действительно свидетельствует о расширении Вселенной.

Насколько можно судить по высказываниям различных авторов, иной возможности объяснения красного смещения, кроме расширения Вселенной, сейчас не видят. Иногда упоминают о предпринятой в 1929 году попытке объяснить красное смещение старением фотона (т. е. потерей фотоном энергии за счёт гравитационного взаимодействия с материальными объектами при движении от точки излучения до наблюдателя). Но тут же оговариваются, что "сейчас такие гипотезы представляют только исторический интерес, так как противоречат наблюдениям и не могут объяснить весь комплекс имеющихся данных" (Википедия). Действительно, гипотеза старения фотона объяснить в полной мере наблюдаемое красное смещение галактик не в состоянии.

Ситуация на данный момент сложилась такая. Строение Вселенной было объяснено в 1963 году теорией плазменной космологии, предложенной известным шведским физиком, специалистом по физике плазмы Ханнесом Альфвеном. Причём объяснено в объёме гораздо более полном, чем это под силу сделать теории Большого взрыва. Некоторые верные предсказания теории Альфвена астрофизики начали осмысливать только в 1991 году после открытия предсказанной Альфвеном ячеистой структуры Вселенной. Всё то, что в теории Большого взрыва удавалось с большими натяжками объяснить путём введения гипотетических сущностей (инфляция, тёмная материя, тёмная энергия), плазменная космология объясняет естественными причинами, нигде не нарушая закона Причины и Следствия. Теория плазменной космологии совершенно органична, потому что практически вся материя Вселенной является плазмой (т.е. полностью или частично ионизованным газом). Но Вселенная Альфвена представляет собой нерасширяющуюся вечную Вселенную с постоянно эволюционирующим населением. Следовательно, красное смещение объяснить разбеганием галактик нельзя. Поэтому красное смещение должно получить альтернативное объяснение, не связанное с расширением Вселенной. И такое объяснение природы красного смещения было получено ещё при жизни Альфвена.

В течение 1987-1995 гг. в реферативных журналах "Астрономия" последовательно появлялись сообщения о подтверждении некосмологической природы красного смещения. Разрабатываемая идея принадлежала В.М. Антонову (я участвовала в разработке идеи, оказывая её автору посильную помощь). Когда в конце 2005 года был, наконец, создан наш научный сайт "Некоторые проблемы внегалактической астрономии", почти все работы, о которых сообщалось в реферативном журнале, вошли в первые две главы сайта. К сожалению, это произошло уже после ухода из жизни В.М. Антонова. Но тогда, в 1987-1995 годах, на советском, а затем и постсоветском пространстве свободного выхода в Интернет не имелось. Всю свежую научную информацию приходилось получать из реферативных журналов. Поэтому добросовестные научные работники имели возможность познакомиться с альтернативной точкой зрения на природу красного смещения. Разумеется, последователи ОТО с порога отвергали любые альтернативные взгляды. Как некосмологическую природу красного смещения Антонова, так и плазменную космологию Альфвена.

Для желающих ознакомиться с концепцией Антонова могу добавить, что достаточно простое изложение его результатов сделано во введении к сайту. Ещё проще основная идея о происхождении красного смещения изложена в популярной статье "Красное смещение галактик вызывается фоном ночного неба". В данной же работе об этом будет рассказано совсем коротко. Будут перечислены только выводы теории без объяснения того, как они получены.

ИТАК:

Красное смещение галактик и квазаров - явление оптическое. Вызвано оно двумя факторами:

1. Аккрециецией (падением под действием гравитации) межгалактического газа на ядро галактики. Аккреция газа начинается с расстояния приблизительно в полтора раза большего, чем радиус звёздного диска галактики. Падающий на ядро газ постепенно ускоряется и в глубоких слоях галактики достигает околосветовых скоростей. При падении частицы газа сталкиваются с межзвёздным газом и между собой. При столкновениях атомы газа то ионизуются, то рекомбинируют, вновь становясь нейтральными. От этого рождается излучение, называемое рекомбинационным. В начале аккреции рекомбинационное излучение очень слабое, намного слабее излучения звёзд. Но в глубоких слоях галактики ситуация меняется - интенсивность рекомбинационного излучения многократно превосходит интенсивность излучения звёзд. Особенности красного смещения галактик как раз и определяются тем, из какой области галактики излучение попадает в спектр.

2. Наличием мерцающего ночного излучения даже в безлунную ночь. Мерцающее излучение называется фоном ночного неба. Величина красного смещения определяется по смещению тёмных и светлых линий в спектре галактики (рис.1). Фон ночного неба неустраним при съёмках спектров, как с наземных, так и с космических лабораторий.

Если бы не было фона ночного неба, то для далёкой галактики можно было бы зафиксировать излучение из любой области диска. Для этого нужно было бы сделать достаточно длительную экспозицию. Но наличие хаотического мерцания неба ограничивает длительность экспозиции, так как при слишком большой экспозиции пластинка просто засветится. Поэтому излучение с краёв далёкой галактики, которые светятся слабее, чем центр, в спектр не попадает. Рис.2 иллюстрирует эту ситуацию: по мере увеличения расстояния r до галактики в спектр попадает излучение из всё более глубоких её слоёв (на рисунке r1< r2< r3< r4). Значит, для близких галактик в спектр попадает в основном излучение из внешних слоёв галактики, т.е. излучение звёзд. Для очень далёких галактик в спектр попадает в основном излучение из очень глубоких слоёв, т.е. рекомбинационное излучение. Для галактик, находящихся на промежуточных расстояниях, в спектре будут представлены оба излучения.

При исследовании явления аккреции с учётом фона ночного неба было установлено следующее.

1. Хотя газ аккрецирует на ядро галактики со всех сторон, но в спектр попадает в основном излучение из телесного угла в 60^о (рис.3). Кроме того, заметные линии в спектре создаются только излучением из тонкого сферического слоя, который был назван эмиссионным слоем (на рисунке он выделен цветом). Со стороны, обращённой к наблюдателю, газ от наблюдателя удаляется. Потому смещение спектральных линий из эмиссионного слоя будет красным. С противоположной стороны газ к наблюдателю приближается, и смещение спектральных линий было бы фиолетовым, если бы их удалось зафиксировать. Но фиолетовое смещение никогда не удавалось зафиксировать, потому что эта часть излучения экранируется ярким ядром галактики.

2. Чем дальше от наблюдателя галактика, тем ближе к центру галактики расположен эмиссионный слой.

3. В спектре галактики красное смещение определяют по линиям двух типов - тёмным (линии поглощения) и светлым (линии излучения). Примеры таких линий показаны на рис.1. В спектрах очень близких галактик присутствуют только линии поглощения. В спектрах очень далёких галактик будут преимущественно линии излучения. Но независимо от того, по каким линиям (поглощения или излучения) находят красное смещение, величина красного смещения всегда соответствует скорости аккреции в эмиссионном слое.

Эти три перечисленных выше свойства и объясняют открытое Хабблом явление красного смещения - чем дальше галактика, тем больше смещено её излучение в красную сторону. Действительно, чем дальше галактика, тем глубже её эмиссионный слой. Чем глубже эмиссионный слой, тем больше в нём скорость аккреции. Чем больше скорость аккреции, тем больше будет найденное по этой скорости красное смещение.

Открытый В.М. Антоновым механизм красного смещения был назван автором аккреционно-гравитационным. Разумеется, кроме трёх указанных выше свойств, В.М. Антоновым были установлены и многие другие свойства красного смещения. В частности, было установлено выполнение закона Хаббла, найденного ранее эмпирически.

Подводя итог, можно сделать следующее заключение.

Плазменная космология Альфвена и аккреционно-гравитационный механизм красного смещения Антонова в совокупности дают полное объяснение строения и свойств Вселенной, не вводя никаких гипотетических сущностей и не нарушая закон Причины и Следствия.

В последние годы космические телескопы поставляют всё новые наблюдения, ставящие в тупик теорию Большого взрыва, и подтверждающие справедливость аккреционно-гравитационного механизма красного смещения. Во многих подобных случаях мной писалась популярная статья. Все такого рода статьи размещены в соответствующем разделе сайта Астрогалактика.

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 25 октября 2013 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела