Астрофизика и ее понятия. Этапы Большого заблуждения

В статье "Нарушение закона Причины и Следствия в космологии" рассказано о тяжёлых физических ошибках, обнаруженных в общей теории относительности Эйнштейна (ОТО). К сожалению, обнаружение ошибок в ОТО произошло слишком поздно - только в 1988 году, после опубликования работы академика А.А. Логунова по релятивистской теории гравитации (РТГ). К этому времени во всём мировом сообществе ОТО утвердилась уже как единственно верное учение. Причём, в астрофизике сложилась ситуация, когда финансируются только те исследования, которые лежат в русле ОТО. Как следствие, для начинающих учёных научный карьерный рост стал возможным также только в русле ОТО. Таким образом, новые научные кадры практически всех стран автоматически становились последователями ОТО. Сложившуюся ситуацию характеризует замечание зав. кафедрой космологии Мюнхенского университета В.Ф. Муханова: "…очень много ученых, а настоящая наука делалась в нескольких центрах и отдельными людьми где-то в провинции".

Прямым следствием ошибки, содержащейся в уравнениях ОТО, явилось наличие нестационарного решения уравнений. Это нестационарное решение послужило теоретическим основанием для гипотезы Большого взрыва. Открытое Хабблом красное смещение галактик было однозначно истолковано как результат разбегания галактик (т.е. космологическое). Однако красное смещение может иметь и некосмологическую природу, что было обосновано В.М. Антоновым в работах 1987-1995 годов. Ошибка же, допущенная в ОТО, почти на столетие закрыла возможность исследования этого второго варианта. Как следствие, была отвергнута теория плазменной космологии Альфвена, объясняющая многие наблюдаемые свойства Вселенной, над объяснением которых до сих пор безуспешно ломают копья последователи ОТО.

Торжество идеи Большого взрыва означало, что все последующие астрофизические данные будут подгоняться под теорию Большого взрыва. Так и произошло и закономерно привело к возникновению длинной цепочки фантомных "открытий". Цель данной статьи - проследить за появлением этих фантомов в хронологической последовательности.

В 1929 г. Хаббл сформулировал закон зависимости расстояния до галактики от её красного смещения. Начиная с этой даты, стала разрабатываться модель взрыва в одной сингулярной точке Вселенной, характеризующейся бесконечной плотностью и температурой вещества. Предполагалось, что Вселенная вблизи точки Большого взрыва оставалась холодной. Такую модель называют иногда "холодный взрыв в точке". Основная идея холодного взрыва заключалась в том, что Вселенная после взрыва расширяется с гравитационным замедлением и остывает. Исходя из этой модели после многократных корректировок был установлен возраст Вселенной - 13,7 млрд. лет. В отличие от вечной Вселенной Альфвена, хорошо объясняющей состав Вселенной, взрывающаяся Вселенная существует конечное время. Проведенный анализ показал, что при холодном взрыве за время существования Вселенной 13,7 млрд. лет наблюдаемый атомарный состав Вселенной установиться не мог. Поэтому потребовалось ввести представление о взрыве в горячей Вселенной во всех точках сразу.

В 1948 г. выходит работа Гамова о взрыве в горячей Вселенной. Это космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, заполняющей Вселенную повсеместно, и протекает при дальнейшем непрерывном расширении горячей плазмы. Согласно модели холодного взрыва в сингулярной точке, возраст Вселенной равен 13,7 млрд. лет. Непонятно, как этот возраст согласуется с представлением о взрыве в горячей Вселенной во всех точках сразу. Ясно, что при горячем взрыве Вселенная была не точкой, а занимала какой-то объём. Но какова величина этого первоначального объёма Вселенной нигде не обсуждается. И тем не менее, в настоящее время возраст горячей Вселенной также принимается равным 13,7 млрд. лет.

В отличие от холодного взрыва, взрыв в горячей Вселенной позволил полностью объяснить состав наблюдаемой Вселенной. На его основе в 1948-1975 годах была разработана Стандартная Модель, описывающая известные частицы (элементарные и составные) и их свойства. Стандартная Модель была получена комбинацией известных экспериментальных данных и некоторых теоретических представлений своего времени. В период создания Стандартной Модели она подтверждалась экспериментально на все 100%. Но к настоящему времени Стандартная Модель считается уже неполной, поскольку не включает в себя некоторые фантомы, порождённые гипотезой Большого взрыва.

Однако, ни холодный, ни горячий взрывы не могли объяснить наблюдаемые астрономами огромные размеры Вселенной. За время 13,7 млрд. лет Вселенная не могла стать такой большой, потому что согласно ОТО максимальная скорость расширения Вселенной не больше скорости света. Для преодоления этого противоречия был изобретён очередной фантом - инфляция, т.е. стадия ускоренного расширения Вселенной.

В 1981 г. был предложен первый вариант Инфляции, согласно которому в сингулярной точке произошёл мгновенный переход огромного количества энергии в материю. Из этой точки Вселенная начала расширяться со скоростью многократно превосходящей скорость света и продолжает расширяться до сих пор. Однако очень скоро выяснилась несостоятельность этой модели и уже через год была предложена вторая модель. Согласно второй модели в момент 10^-43 секунды после взрыва гравитация стала действовать, как антигравитация. Вселенная стала раздуваться со скоростью многократно превышающей скорость света и к моменту 10^-33 секунды размеры Вселенной увеличились в 10³⁵ раз по всем направлениям. Затем Вселенная начинает расширяться нормальным образом.

Замечание. Кстати, стоит напомнить следующее. Физики до сих пор не смогли договориться, чем вызывается физическое явлении "гравитация". Что уж тут говорить о предложенном в 1981г. явлении "антигравитация".

Разумеется, к настоящему моменту времени выяснилась несостоятельность и этой второй модели инфляции. Последовали многократные модификации модели, в результате которых допускались множественные миры со случайными свойствами. В конце концов, была высказана мысль, что мир вообще без инфляции более вероятен, чем мир с какой бы то ни было инфляцией.

Чтобы составить себе представление о современной путанице инфляционных идей, настоятельно рекомендую познакомиться со статьёй лауреата премии им. Дирака за вклад в развитие теории космологической инфляции Пола Стейнхарта "За и против космологической инфляции"

Пока в умах учёных шли многократные смелые видоизменения модели инфляции, рабочая модель инфляции оставалась такой: в момент момент 10^-33 секунды от сотворения мира инфляция прекратилась и дальнейшее расширение Вселенной происходит по инерции с гравитационным замедлением. Но в 1998 г. опять появилось тревожное сообщение: эта рабочая модель несостоятельна. Сверхновые звёзды типа I в самых удалённых галактиках светят слабее, чем того требовали расстояния до этих галактик, вычисленные на основании закона Хаббла. Из этого был сделан вывод, что Вселенная расширяется не с замедлением, а с ускорением. Потребовалось как-то это объяснить. Для объяснения была выдвинута гипотеза темной энергии распихивающей мироздание.

Итак, в 1999г. постулировано существование тёмной энергии. Тёмная энергия - это некая энергетическая субстанция с эффективным отрицательным давлением. Точнее сказать, что это такое, пока не удаётся.

Так что же всё-таки было открыто в 1999 году? А ничего не было открыто. Просто сказалась в очередной раз неадекватность модели Большого Взрыва. Если учесть, что красное смещение вызывается не разбеганием галактик, а сочетанием двух факторов - аккреция + фон ночного неба, то получим объяснение несовпадения расстояния до далёких галактик, вычисленного на основании закона Хаббла и по сверхновым I.

А исходя из аккреционно-фонового механизма красного смещения, было выведено соотношение (2) для каждой отдельно взятой галактики

Из формулы (2) видно, что красное смещение зависит не только от расстояния r до галактики, но и от массы галактики М. Понятно, что при обобщении зависимости (2) на совокупность всех галактик с самыми разнообразными массами и должна в среднем получаться зависимость вида (1).

Но астрономические наблюдения ведутся всегда за конкретной галактикой, а не за совокупностью всех галактик. Поэтому каждый раз наблюдатель имеет дело с зависимостью(2), а не с зависимостью (1). А из зависимости (2) следует, что чем больше масса галактики М, тем меньше будет её красное смещение z при том же расстоянии r. Вот с этим-то и столкнулись открыватели "тёмной энергии" в 1998-1999 годах. Резко увеличившиеся к этому времени возможности инструментария астрономов позволили заглянуть гораздо дальше, чем это было возможно за 10-20 лет до того. Горизонт Вселенной отодвинулся почти на порядок. На таких больших расстояниях галактики малых и средних масс уже не были видны, а фиксировались только самые большие галактики с большими массами. Для таких галактик измеренное красное смещение z оказалось меньше, чем это предполагается по формуле Хаббла для того же расстояния. Но расстояние вычислили по формуле Хаббла на основании измеренного z. Естественно, что вычисленное расстояние получилось меньше истинного расстояния. А сверхновые I показали правильное расстояние, т.е. большее, чем вычисленное по закону (1). Вот и вся коллизия, приведшая к открытию ускоренного расширения Вселенной и тёмной энергии.

К фантомам современной космологии относится также небарионная тёмная материя (барионная материя - это та обычная материя, из которой состоим мы сами и окружающий нас мир). Появление этого фантома не является прямым следствием Большого взрыва. Ещё в 30-е годы XX века американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки ввёл понятие скрытой массы галактик и тёмной материи для гало галактик. Но тогда тёмная материя предполагалась обычной неизлучающей барионной материей (пыль, холодный газ, чёрные и коричневые карлики, и т.п.). По мере совершенствования инструментария астрономов, доступными для наблюдения стали не только галактики и их скопления, но и рентгеновское излучение из галактик и их скоплений и эксперименты по микролинзированию. Вот тут-то среди астрономов и физиков возникла идея о небарионной природе темной материи. Датой рождения тёмной материи в современном космологическом понимании можно считать 1975г. Начиная с этого года, регулярно стали проводиться конференции, посвящённые данной теме и публиковаться научно-популярные статьи. К 2000 году идея тёмной материи сформировалась окончательно. Стали проводиться эксперименты для подтверждения её реального существования. Но все эксперименты оказались неудачными - подтвердить существование тёмной материи не удалось. Результаты последнего неудачного эксперимента опубликованы 30.10.2013. Сейчас планируется дальнейшее усиление экспериментальных поисков. Массы детекторов, работающих на инертных газах, предполагают довести до нескольких тонн (сегодня их массы достигают сотен килограммов).

Однако имеются опытные данные, которые дают основание утверждать, что никакие усилия по поиску небарионной тёмной материи успехом не увенчаются. По той причине, что такого объекта, как тёмная материя, в природе просто нет.

В официальной космологии утверждается, что тёмная материя - это такая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Проявляется тёмная материя только по создаваемым ею гравитационным эффектам. Причём, расклад различных форм материи предлагается такой: 4% - барионы, 22% - тёмная материя, 74% - тёмная энергия. О том, насколько реально существование открытой в 1999 году тёмной энергии, мы уже поговорили. Теперь поговорим, насколько реально существование постулированной в 1975 году тёмной материи.

24 июня 1999 года был запущен орбитальный космический телескоп FUSE, работавший в ультрафиолетовом диапазоне. Это был первый космический телескоп, позволяющий получать спектры в ультрафиолете. Так вот, с помощью этого первого маленького ультрафиолетового телескопа было установлено, что в нашей галактике Млечный Путь практически все 100% материи - это обычная барионная материя. Почему же ранее она не была зафиксирована?

Дело в том, что недостающая барионная материя оказалась газом с очень высокой степенью ионизации. Например, атомы кислорода ионизованы пятикратно. Такая высокая степень ионизации объясняется тем, что газ нагрет ударными процессами до температур от сотен тысяч до десятков миллионов градусов. Высоко ионизованный газ обладает очень малой интенсивностью излучения, причём излучает в ультрафиолете. К тому же земная атмосфера полностью поглощает излучение такого газа, а до запуска уф-телескопа FUSE все прочие космические телескопы работали в других диапазонах электромагнитного излучения. Подробнее о результатах, полученных на FUSE, можно прочесть в статье "Скрытая масса. Что это такое".

После опубликования результатов, полученных на FUSE, активизировалась работа по созданию уф-телескопов, см. например "Всемирная космическая обсерватория - ультрафиолет".

В заключение стоит сказать, что кроме перечисленных в данной статье фантомов, уже появились и другие фантомы - путь по пути Большого взрыва пока не пройден до конца.

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

Главная страница раздела