Сравнение общепринятой космологической модели с моделью Вселенная - частица

УДК 524

Введение

Общепринятая (стандартная) космологическая модельΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter) описывает Вселенную, заполненную помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (материя не взаимодействующая с веществом и излучением, описывается космологической постоянной Λ в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (Cold Dark Matter, гипотетическая форма материи, которая введена для объяснения различного рода эффектов, которые не согласуются с общепринятыми теориями гравитации).

В основу этой модели положено решение уравнений Общей теории относительности (ОТО), полученное А. А. Фридманом для однородной и изотропной Вселенной,теория Большого взрыва (БВ) и теория первичных возмущений плотности. ОТО считается верной теорией гравитации на космологических масштабах. Она стала стандартом после открытия ускорения расширения Вселенной, а для ее согласования с наблюдениями возраст Вселенной должен быть принят равным около 13,8 миллиарда лет.

Общая теория относительности – предложена А. Эйнштейном в 1915-1916 годах и в настоящее время – это самая успешная теория гравитации. В ней гравитационные эффекты обусловлены не взаимодействием тел и их полей, а деформацией пространства-времени, связанного с массой-энергией. В ОТО постулировано постоянство скорости света в качестве единственной фундаментальной скорости взаимодействия и эквивалентность массы и энергии.

В 1922 г. А.А. Фридман нашел решение уравнений гравитационного поля Эйнштейна, связав ускорение и гравитационную постоянную. Он показал семейство решений, в которых вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Из семейства решений А. Фридмана осталось одно, когда Э. Хаббл наблюдал красные смещения в спектрах галактик и в 1929 г. сделал вывод о расширении Вселенной. Так как в теории предполагалась исходная сверхплотная и сверхмалая частица с бесконечной плотностью, то теория эволюции вселенной получила название теории «Большого Взрыва» (БВ).

Большой взрыв предполагает разлёт материи с постоянной скоростью, но ее величину не удавалось согласовать со скоростью разбегания галактик по закону Хаббла. Тогда в 1979 году Алан Гут для момента времени от начала взрыва с 10^-45 до 10^-37 секунды ввел гипотезу, когда под действием антигравитации начинается ускоренное (инфляционное) расширение Вселенной, сопровождающееся рождением материи. Предполагается, что за это время образовалась вся материя Вселенной. Однако после 10^-37 секунды за постулированной инфляцией следовал слишком быстрый разлёт материи и оказалось, что обычной массы для его гравитационного сдерживания не хватает. Поэтому в 30-е годы XX века Ф. Цвикки вводит очередную гипотезу о присутствии невидимой «тёмной материи», компенсирующей разлёт. Физическая природа «темной материи» неизвестна до настоящего времени.

Когда были сопоставлены расстояния до далёких галактик, найденные по закону Хаббла с расстояниями определяемыми стандартными методами астрономии, то оказалось, что расстояния, найденные стандартными методами значительно больше, чем по закону Хаббла и модель холодной темной материи начала терпеть неудачу. Пришлось ввести третью гипотезу о присутствии антигравитирующей «темной энергии» неизвестной природы, разгоняющей галактики с ускоренной скоростью.

В марте 2013 г. космическая обсерватория «Планк» опубликовала данные наблюдений, интерпретированные по стандартной космологической модели ΛCDM, согласно которым общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит из: 4,9% обычной материи, 26,8% тёмной материи и 68,3% тёмной энергии.

Таким образом, трудами теоретиков – релятивистов мы на 95,1% ничего не знаем об окружающей нас вселенной.

Актуальность

Общепринятая космологическая модельΛCDM описывает «бульон» флуктуирующей массы-энергии, что отличает ее от предложенной модели Вселенная – частица, основанной на понятиях заряд – поле. Развитие понятий заряда и поля происходит путем раскрытия исходных условий полученных эмпирических законов.

Космос (и микромир) строго структурирован по массам элементов и расстояниям между ними, поэтому мы наблюдаем дискретное распределение элементов структур по массе и расстояниям. Кроме массы (гравитационного заряда) существуют еще дробные электрические заряды, а носителями полей предполагаются волны, которые как раз и обладают периодическими (дискретными) свойствами и скоростями распространения, независящими от систем отсчета.

Расширение Вселенной при конечной скорости распространения полей (электромагнитного и гравитационного) предоставляет ученым возможность заглядывать в прошлое и изучать эволюцию не только Вселенной в целом, но и каждого его элемента.

Наблюдательная сторона общепринятой космологической модели базируется на теории эволюции звезд (но не всех космических тел) построенной на сиюминутном срезе их характеристик. Поэтому в прошлом не только Вселенная, но и ее элементы могут быть совершенно другими, и постулаты не должны мешать изучению эволюции космических тел.

Научная новизна

Наличие связи заряд-поле не допускает эквивалента массы-энергии или усредненной плотности материи, так как именно поле предоставляет реальные свойства пространству вместо математического, а открытые новые свойства поля позволили создать модель Вселенной – частицы. Найденная вторая компонента гравитационного поля обладает волновыми свойствами и связывает заряд (массу) с занимаемым им пространством (расстоянием), обеспечивая дискретность упаковки.

По техническим причинам только для галактик Хаббл установил связь размера пространства со скоростью его расширения, но это послужило принятию очередного постулата о гравитационной связанности элементов Вселенной массой меньше и равной галактике. Между тем исследования свойств гравитационного поля Солнца позволяют распространить закон расширения на все элементы и пространство Вселенной, в том числе и на космические тела. То есть гравитационное поле включает в себя не только притяжение, но и расширение пространства из-за роста массы.

В ОТО скорость распространения гравитационного поля постулирована равной скорости света, тогда как вычисленное значение скорости передачи гравитационного взаимодействия оказалось существенно меньше скорости света. Новая фундаментальная «Константа структуры», равная отношению скорости света к скорости гравитационного поля, ответственна за иерархию структур разного уровня во Вселенной. Собственно, любое «тело» представляют собой замкнутую структурированную частицу, но с другим соотношением зарядов и полей, чем у Вселенной.

Поскольку модель Вселенной – частицы закономерно вытекает из свойств гравитационного поля, полученных из астрономических наблюдений, то она принципиально отличается от общепринятой модели Вселенной, построенной на постулатах.

Цели, задачи, материалы и методы

Модель Вселенной – частицы основана на свойствах гравитационного заряда, который имеет две компоненты поля. Если первая компонента поля представлена законом всемирного притяжения, то вторая компонента связывает массу тела с периодом его основной гравитационной волны, описывающей пространство, занимаемое этим телом. Константы, входящие в обе компоненты поля, определяют конечную скорость передачи гравитационного взаимодействия. Вторая компонента поля, в силу своей волновой природы и прямой связи массы с периодом волны, диктует дискретность распределения масс элементов в структурах Вселенной. Независимость скорости передачи взаимодействия от систем отсчета (в силу волновой природы поля), приводит к расширению пространства и росту массы.

Таким образом, модель Вселенной – частицы описывает структуру всей Вселенной и каждого из ее элементов, а также их эволюцию.

Если распространить указанные свойства гравитационного поля на электромагнитное, то обозримую вселенную следует представить частицей границы которой расширяются со скоростью света и пропорционально увеличивается ее масса. Именно к такому выводу пришли геологи, на примере изучения эволюции планеты Земля.

Так как в предложенной модели рассматривается эволюция зарядов и их полей, то в ней нет нужды в системах отсчета и теориях относительности. Фотон связывает электромагнитное поле с гравитационным полем, так как при его испускании происходит изменение пространственного положения электрического заряда (но сохраняется степень участия полей). В таком случае эффект Доплера возникает на «стыке» разных по физической природе полей.

Благодаря своей простоте и общему подходу с полевых позиций, предложенная модель Вселенной – частицы обладает исключительной предсказательной способностью.

Во-первых, модель Вселенной – частицы позволяет проследить эволюцию некоторого физического параметра планеты (давление атмосферы на поверхности Земли, например) как функцию ее возраста P = f(T₁). Возраст Вселенной T_U по этой модели вычисляется по удалению тел друг от друга (Луны от Земли). Здесь T₁ текущий возраст Вселенной. Это свойство модели предоставляет возможность исследовать эволюцию любого из элементов Вселенной.

Во-вторых, модель позволяет объяснить крупномасштабную структуру Вселенной, которая связана с конечной скоростью передачи гравитационного взаимодействия при расширении (распаде) Вселенной, а также эволюцию самой Вселенной, наблюдая за ее элементами: галактиками, звездами и планетами.

В статье разобрано соответствие красных смещений в спектрах галактик в модели Вселенная – частицы с общепринятой космологической моделью и показано к каким эффектам приводят постулирование и гипотезы, связывающие общепринятую космологическую теорию с наблюдением.

1.     Природа красных смещений в модели Вселенной - частицы

Красное смещение космологической природы z_c в модели Вселенной – частицы принципиально отличается от современных космологических теорий тем, что оно связано не только с ростом массы и расширением Вселенной, но и с балансом электромагнитного и гравитационного полей в замкнутой Вселенной – с эволюцией космических тел [1]. Кроме того, модель Вселенной – частицы очень динамичная, так как в красном смещении появляется релятивистская составляющая z_r, рассмотренная в статье [1]. Также в статье [2] рассмотрен эффект наблюдателя, связанный с конечной скоростью света в такой динамично расширяющейся Вселенной. Эффект наблюдателя состоит в том, что при истинном возрасте космического объекта (звезды, галактики) T₁, с которым связана эволюция тел, наблюдатель видит его возраст равным T₂ = T₁ + (T₁)²/T_U.

В модели Вселенная – частица красное космологическое смещение в спектрах звезд (и галактик) z_c = T₁/T_U получено из баланса электромагнитного и гравитационного взаимодействий в замкнутой, расширяющейся Вселенной, поэтому их красное смещение прямо зависит от возраста Вселенной T₁. Из-за динамичного расширения Вселенной возникает релятивистское красное смещение z_r = ((1 + T₁/T_U)/(1 – T₁/T_U))^1/2 – 1, также прямо связано с возрастом T₁. Эти причины красного смещения сочетаются, тогда наблюдаемое красное смещение в итоге составит:

               1 + z = (1 + z_c)(1 + z_r) = (1 + T₁/T_U)^3/2(1 – T₁/T_U)^–1/2 – 1.                                                                                         (1)

На рисунке 1 для сравнения представлены функции T₂ = f(z) для обеих рассматриваемых моделей.

Рисунок 1. Точки – общепринятая модель; сплошная кривая – модель Вселенной – частицы.

Природа красного смещения в общепринятой космологии связана со «старением» света за время движения от объекта к его наблюдателю. Так как в этих моделях массы космических тел предполагаются стационарными и тела формируются из газопылевых облаков в течении всего существования Вселенной, то возраст Вселенной не влияет на эволюцию тел и их красные смещения, а связан со старением света за время движения (расстояния) от тела к наблюдателю. В этом случае для адекватного сравнения моделей для модели Вселенная – частица следует построить функцию T₂ = f(z), а для общепринятой космологической модели T₂ – T₁ = f(z). Здесь z берется для соответствующей модели (рисунок 2).

Кроме того, эволюция звезд построена на основании наблюдений за ближайшими звездами, а полученные свойства распространены на все звезды Вселенной. В эволюции звезд не учитывается рост массы космических тел, рождение звезд в результате распада исходного вещества и баланс гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

2.     Сравнение стандартной космологической модели с моделью Вселенная - частица

Если общепринятая космологическая модель не соответствует действительности, то должны наблюдаться различного рода «эффекты», явления и парадоксы, противоречащие здравому смыслу. Некоторые из них рассмотрены и получили объяснения в модели Вселенная – частица в предыдущей статье [2]. В данной статье выше было получено объяснение почему астрономы наблюдают галактики и космические тела из всего набора элементов структур Вселенной и объяснена вся структура Вселенной благодаря новой фундаментальной константе «структуры» K = c/V_g.

Рисунок 2. Точки – функция T₂ – T₁ = f(z) (общепринятая модель); сплошная кривая – функция T₂ = f(z) (модель Вселенной – частицы). Здесь точки нормированы к сплошной кривой при больших z (коэффициент 5).

Из рисунка 2 видно, что функция T₂ – T₁ = f(z) (общепринятая модель) имеет максимум в области z = 2.5, что хорошо совпадает с функцией распределения количества квазаров от z [3].

Таким образом, функция распределения количества квазаров от z связана с неадекватностью общепринятой космологической модели, в которой не учтен «эффект наблюдателя».

После сравнения двух моделей по z, сравним их по T₂, чтобы понять причину разногласий двух моделей. Для этого, при одинаковых значениях соответствующих z, подгоним общепринятую модель под модель Вселенная – частица и получим зависимость, представленную рисунком 3.

Рисунок 3. Точки – общепринятая модель, T₂^* = f(z); сплошная кривая – модель Вселенной – частицы, T₂ = f(z).

Для модели Вселенная – частица обозначим T₂ через (T₂)^* и вычислим отношение T₂/(T₂)^* при одинаковых значениях z для обеих моделей. Результат вычислений представлен на рисунке 4 как функция T₂/(T₂)^* = f(T₂).

Рисунок 4. Точки – функция T₂/(T₂)^* = f(T₂); сплошная прямая – тренд по точкам, равный T₂/(T₂)^* = 2.9077 – 0.164T₂.

Как видно из рисунка 4 общепринятая космологическая модель по сравнению с моделью Вселенная – частица на «близких» расстояниях почти в 3 раза завышает расстояние до объекта наблюдения, затем это превышение линейно спадает до «нормы» на больших расстояниях, но при T₂ > 13 (z > 12) снова намечается некоторое отклонение. Такое поведение оценок расстояний в общепринятой космологической модели приводит к «эффектам» разного рода, наподобие рассмотренного выше распределения квазаров, а также к фантастическим оценкам свойств квазаров (светимость, размеры). Кроме того, это свидетельствует о неверном описании эволюции звезд и их свойств, так как именно они положены в основу оценки космических расстояний.

Исследование Солнечной системы с полевых представлений изменило понимание гравитационного поля заряда и вообще поля. Выяснилось, что гравитационное поле обладает второй компонентой, причем период основной волны которой строго определен массой тела, вокруг которого это волновое поле проявляется. При этом массы космических тел линейно увеличиваются с возрастом и, следовательно, увеличивается и пространство. Из этих свойств поля следует, что притяжение присуще только первой компоненте поля (которая описывается законом всемирного притяжения), а при увеличении массы происходит расширение пространства. Сочетание притяжения и расширения при постоянной (и довольно малой по величине) скорости передачи взаимодействия приводит к пониманию эволюции космического тела как процесса распада.

Если применить эти свойства гравитации к электромагнитному полю, то наблюдаемую Вселенную следует признать частицей, размеры которой увеличиваются со скоростью передачи электромагнитного поля (скоростью света), масса увеличивается линейно с ее возрастом, а распад происходит в соответствии с балансом между фотоном и барионом (о нейтрино пока умолчим).

Заключение

Для того чтобы получить зависимость красного смещения от возраста объекта наблюдения (расстояния до него), была проделана большая работа по созданию эмпирической модели Вселенной.

Теория гравитации, включающая закон Всемирного притяжения дополнена найденной второй компонентой поля, что сделало ее не только полноценной полевой теорией, но и соединило вместе классическую и квантовую механику. Вторая компонента поля разрешила известные парадоксы теории Ньютона и послужила основой для эмпирической модели Вселенной как частицы, так как установила связь массы космического тела с волновым пространством, которое занимает заряд (масса).

Математическая тождественность теории электромагнитного поля и гравитации позволила в модели Вселенная – частица определить границу в виде фронта, расширяющегося со скоростью света, а также установить баланс между этими двумя взаимодействиями в виде отношения количества фотонов к количеству барионов в единице пространства.

Расширение границы Вселенной со скоростью света соответствует закону космологического расширения, который благодаря второй компоненте гравитационного поля эквивалентен частице из-за ее замкнутости и однородности. Этот закон позволяет количественно вычислить не только скорость расширения пространства между телами, но и расширение самих тел. Это эмпирический закон, так как подтвержден наблюдениями.

Баланс двух взаимодействий и замкнутость Вселенной этими полями позволил на основании данных о звездах ГП установить эмпирические законы их эволюции и распространить их на все космические тела.

В результате установлено, что красное смещение в спектрах звезд есть следствие их эволюции, в результате которой происходит линейный рост массы звезд, их радиусов и, соответственно, их эффективной температуры от возраста.

Хаббл обнаружил корреляцию между красным смещением в спектрах звезд с расстоянием только потому, что и смещение спектров, и расстояние до звезд меняется линейно от возраста. Закон Хаббла не распространяется на все космические тела только потому, что малые тела не видимы с достаточно больших расстояний, чтобы измерить скорость их разбегания. В статье показано, что «ускоренное расширение» ранней Вселенной связано с тем, что расширение Вселенной и законы эволюции звезд – это разные законы.

Так как в модели Вселенной – частицы установлено, что не только звезды, но и все космические тела излучают свет, то реликтовое излучение связано именно с этими телами. Максимум в спектре излучения связан с распределением космических тел не только по массам, но в пространстве и от возраста.

Предложенная и эмпирически обоснованная модель Вселенной - частицы позволяет не только представить все мироздание в виде частиц «Вселенных», но и количественно проследить эволюцию каждого космического тела в нашей Вселенной, например, Венеры, Земли и Марса.

Выводы

Новые, эмпирически подтвержденные свойства гравитации позволили сформулировать модель Вселенной – частицы, которая не только хорошо описывает устройство мироздания (как совокупности частиц, подобных Вселенной), но и позволила получить ряд эмпирических законов Вселенной:

1. Закон космологического расширения;
2. Законы эволюции космических тел;
3. Закон увеличения (смешения) эффективной температуры в спектре звезд от возраста;
4. «Реликтовое излучение» обязано светимости космических тел малой массы.

При этом разрешены парадоксы теории притяжения Ньютона, но утрачена привычная стационарность и бесконечность мира: постоянство массы и абсолютность пространства.

В статье показана высокая динамичность мироздания. Для ранней стадии Вселенной характерны компактные, плотные, очень яркие объекты со спектрами излучения, сильно сдвинутыми в красную область.

Рецензии:

17.08.2023, 9:19 Чуев Анатолий Степанович
Рецензия: В статье правильно описывается наблюдаемое расширение пространства и рост вещества космических тел. Эти новые взгляды указывают на органичность строения Вселенной. Материал хороший и рекомендуются для опубликования. На мой взгляд, в статье автора рост материи космических тел ошибочно считается первичным относительно расширения пространства. В действительности - "видимость сущности в противоположном". Однако данное замечание не требует исправления статьи.