Космология. Структура и эволюция Вселенной как единого целого.

Космология - это та общая часть математики, физики, астрономии и философии, в которой изучается структура и эволюция Вселенной как единого целого. Математика дала космологии тензорное исчисление и дифференциальную геометрию многомерных пространств, физика - общую теорию относительности (ОТО), астрономия - объективные характеристики крупномасштабной структуры Вселенной, философия - общие методы научных исследований и мировоззренческие обобщения.

Целостное представление о Вселенной ставит космологию в особое положение по отношению к другим наукам. Действительно, если любая другая наука может исследовать свой предмет со всех сторон и в полном объёме, то космологии доступна только часть Вселенной, т. е. только часть своего предмета исследования (и то только изнутри, поскольку познающего субъекта невозможно отделить от предмета исследования). Так как целое обладает такими качествами, которых нет у его частей, и именно этими качествами оно, собственно говоря, отличается от этих частей - то становится понятным наличие тех затруднений, которые космология испытывала во все времена.

А смысл этих затруднений всегда сводился к одному: никакая физическая теория не могла в полной мере объяснить наблюдаемые свойства Вселенной. Если же теорию каким-либо образом приспосабливали для описания одних свойств Вселенной, то появляющиеся при этом следствия не согласовывались с другими известными её свойствами или выходили за пределы здравого смысла.

Усугубляет ситуацию и тот факт, что четырехмерное пространство-время в ОТО (которая является теоретическим фундаментом современной космологии) описывается десятью переменными, в то время как сама теория предлагает только шесть независимых уравнений. А ведь даже школьники знают, что если число переменных больше числа уравнений, то такая система не имеет однозначного решения. Поэтому неудивительно, что на одних только уравнениях ОТО объективную картину мира никому построить до сих пор не удалось.

Отсутствие однозначности в теории приводило к необходимости выдвижения ряда предположений или гипотез для объяснения тех или иных свойств Вселенной. И здесь хотя бы кратко необходимо сказать о гипотезах вообще.

Несмотря на то, что теоретическая физика использует математические методы исследований, она не является разделом математики и даже более того - коренным образом отличается от математики. Критерием истинности математической теории является соответствие рассуждений автора некоторым законам логики. Критерием же физической теории является эксперимент, наблюдаемые свойства реального мира. Соответственно, с точки зрения логики можно построить бесконечное количество математических теорий, а с точки зрения практики - только такие теории, которые последовательно всё более и более точно описывают объективную реальность, т. е. природу.

Иными словами, физическое знание имеет не индуктивную, а гипотетико-дедуктивную структуру. Законы физики первоначально выступают как некоторые гипотезы о структуре мира, из которых методами дедукции выводятся эмпирически проверяемые следствия. Проверка следствий означает проверку всей теоретической системы.

Таким образом, создание любой фундаментальной физической теории всегда начинается с выдвижения гипотезы. Новаторство же научных гипотез, как подметили сами учёные, находится в обратной зависимости от значимости исследуемого объекта: чем больше значимость, тем консервативнее гипотезы и, наоборот, чем меньше значимость, тем больше смелости и новаторства в предлагаемых гипотезах. Космология как наука обо всей Вселенной олицетворяет собой основы мировоззрения цивилизованного человечества. Поэтому в ней так консервативны гипотезы и с таким большим трудом пробивают себе дорогу новые концепции.

Достаточно вспомнить революционные взгляды Галилея (о вращении Земли), Коперника (о планетной системе с центральным Солнцем), Бруно (о множественности звёздных миров), которые последнему даже стоили жизни. А общепринятая ныне концепция расширяющейся Вселенной пробивала себе дорогу в жизнь с начала 20-х годов и только к концу 60-х годов стала господствующей в космологии. Сколько же времени понадобится, чтобы изменить эту концепцию? И наступит ли когда-либо конец созданию новых моделей Вселенной?

В отличие от частных научных гипотез, научная картина мира не может превратиться в строгую теорию, так как это была бы теория всей действительности, всех мыслимых астрономических, биологических и любых иных явлений. Но действительность неисчерпаема и процесс её познания бесконечен. Поэтому и космология как основная составная часть научной картины мира никогда не сможет перейти в ранг строгой и законченной теории потому, что она является результатом слишком далёких экстраполяций известного на такие обширные (бесконечные) объёмы неизвестного, в которых могут существовать совершенно пока неизвестные нам законы природы и формы самой материи.

Чтобы изучить целое по его части, требуется непрерывная интеграция представлений о предмете исследования с самых разных точек зрения на каждом этапе его изучения и непрерывное согласование следствий разрабатываемой теории с объективной реальностью.

Несоблюдение принципа соответствия (перехода новой или более общей теории в старую или в менее общую теорию при некоторых менее общих условиях), появление внутренних противоречий (нескольких выводов из одной теории, которые исключают друг друга), сингулярностей (нулей и бесконечностей там, где их не может быть в принципе) и парадоксов (абсурдных выводов из, казалось бы, правильной теории) при применении созданной теории к описанию целого указывает на ложность того пути, по которому пошли исследователи.

Именно такая ситуация и сложилась к настоящему времени в космологии, официальная концепция которой базируется на идее Большого Взрыва, т. е. взрыва всей Вселенной, который якобы произошёл 20 млрд. лет тому назад и привёл в движение все её массы.

А с чего начиналось научное исследование Вселенной?

Первый истинно научный подход к изучению Вселенной связан с именем Ньютона. Его закон всемирного тяготения, прекрасно описывающий движение звёзд и планет, столкнулся, однако, с непреодолимыми трудностями, когда был применен ко Вселенной в целом. Если бы Вселенная обладала конечными размерами, то все её массы под действием сил тяготения устремились бы к общему центру и собрались бы в одном месте. Но на практике испокон веков люди видели на небе одни и те же созвездия и, естественно, считали Вселенную статической, неизменной. Чтобы преодолеть разрыв между теорией и наблюдениями, Ньютон постулировал, что Вселенная бесконечна, так что не существует единого центра, на который могло бы всё падать.

Однако и это не спасло космологию Ньютона от внутренних противоречий. Уже в 1744 г. швейцарский астроном Шезо высказал предположение, а в 1826 г. немецкий врач и любитель астрономии Ольберс сформулировал так называемый фотометрический парадокс. Этот парадокс заключается в том, что если допустить бесконечность Вселенной, то в соответствии с теоретическими рассуждениями небо должно было бы сиять так же ярко, как поверхность Солнца, чего на самом деле не наблюдается.

Действительно, если Вселенная бесконечна и равномерно заполнена звёздами, то, в каком бы направлении неба мы ни посмотрели, наш луч зрения, в конце концов, должен будет упереться в поверхность какой-либо звезды, поэтому-то ночное небо и должно сиять необычайно ярко. А несовпадение, казалось бы, правильной теории с очевидным фактом и составляет суть всякого парадокса.

В 1895 г. немецким астрономом Зеелигером был сформулирован гравитационный парадокс, который ещё убедительнее показал полную несостоятельность теории тяготения Ньютона для описания свойств Вселенной в целом. Суть этого парадокса заключается в свойстве сферически-симметричной материальной оболочки - наподобие мыльного пузыря - не создавать во внутренней полости никакого гравитационного поля (в соответствии с законом тяготения Ньютона). С использованием этого свойства можно доказать существование какой угодно по величине и направлению силы, действующей со стороны гравитирующей среды на выделенную точку. Вот эта неоднозначность в доказательстве и породила упомянутый парадокс.

Есть ещё одна проблема, по поводу которой не утихают споры и в настоящее время. Со времён Ньютона известно, что ускоренное движение и сила тяготения создают как бы один и тот же эффект, а равенство инертной и тяжёлой масс проверено с высочайшей точностью. (Для тех, кто забыл, напомним, что инертная масса входит во второй закон Ньютона, а тяжёлая - в закон всемирного тяготения).

Численное равенство двух, казалось бы, различных масс наводило на мысль о существовании какого-то фундаментального закона. Ещё в начале XVII века ирландский философ Беркли высказал предположение, а через сто пятьдесят лет австрийский физик Мах сформулировал гипотезу о том, что никакой инертной массы не существует, а инертные свойства материальных тел обусловливаются их гравитационным взаимодействием со всеми другими массами Вселенной. С лёгкой руки Эйнштейна эта гипотеза получила название принципа Маха.

Принцип Маха сыграл большую эвристическую роль при создании Эйнштейном ОТО, но после создания теории никакие попытки доказать или опровергнуть этот принцип успеха не имели.

Как бы там ни было с принципом Маха, а ОТО все же удовлетворительно объяснила те локальные явления, которые не укладывались в рамки теории Ньютона, и предсказала новые. Однако первая же попытка Эйнштейна в 1917 г. применить свою теорию ко всей Вселенной, считавшейся статической, потребовала модификации уравнений ОТО путём добавления к ним слагаемого с так называемой космологической постоянной - настолько малой, что о необходимости её ведения в теорию нет единого мнения до сих пор.

По физическому смыслу это слагаемое должно было описывать действие неких гипотетических сил отталкивания, препятствующих сжатию Вселенной под действием сил тяготения. Если рассматривать расстояния порядка размеров Солнечной системы или даже Галактики, то это слагаемое практически не играло бы в их судьбе никакой роли. Но в космологических масштабах его влияние должно было быть огромным.

Относительно целесообразности введения в ОТО космологической постоянной в учёном мире не было единого мнения в связи с тем, что был неясен смысл гипотетических сил отталкивания и, кроме того, последующие исследования показали, что и введение этой величины (именно в виде константы!) не спасает модель статической Вселенной, поскольку любые флуктуации плотности (которые во Вселенной существуют всегда хотя бы за счёт квантовых эффектов) приводят к самопроизвольному сжатию или расширению всей материи или отдельных её частей. Таким образом, модель статической Вселенной в то время не получилась, но проблема космологической постоянной осталась.

В 1922 г. советский математик и геофизик Фридман нашёл нестационарные решения уравнений ОТО. Согласно этим решениям, Вселенная не может быть статической - она должна эволюционировать: либо сжиматься, либо расширяться. В 1929 г. американский астроном Хаббл обнаружил, что с увеличением расстояний до галактик практически линейно увеличивается и смещение их спектров излучения в красную сторону, что в соответствии с известным эффектом Доплера было истолковано как их взаимное удаление, т. е. расширение Вселенной. С тех пор в космологии фигурирует постоянная Хаббла, характеризующая скорость этого расширения.

В 1948 г. американским физиком Гамовым было предложено для модели расширяющейся Вселенной «горячее начало» - теория Большого Взрыва. Эта теория получила наибольшее признание после открытия в 1965 г. американскими радиоастрономами Пензиасом и Вильсоном микроволнового фонового излучения космоса с эффективной температурой около 3 К. Это излучение приходит к нам со всех точек звёздного неба с одинаковой интенсивностью (за вычетом скорости движения Земли совместно с Солнечной системой и Галактикой). Считают, что оно является реликтом, т. е. спутником Большого Взрыва, выделившимся в раннюю эпоху расширения Вселенной.

Удивительное совпадение решений уравнений ОТО с астрономическими открытиями разных лет послужило причиной того, что в настоящее время общепринята только одна космологическая модель - модель расширяющейся Вселенной. Разновидности проявляются лишь в вопросе о том, сменится ли расширение сжатием и закончится Большим Хлопком или будет продолжаться вечно. Однако более глубокие исследования и в этой модели Вселенной выявляют ряд слабых мест, которые традиционными подходами не удаётся обойти.

Так, теория Большого Взрыва, который произошёл по оценкам специалистов порядка 20 млрд. лет тому назад, приводит к проблеме сингулярности, связанной с тем, что Вселенная начала расширяться из точки с бесконечной плотностью материи, что уже само по себе противоречит здравому смыслу. Неясен и смысл «рождения» Вселенной. Возникает закономерный вопрос: а что было до этого?

С другой стороны, из теории следует, что если бы в первые мгновения после взрыва плотность материи всего лишь на 10-53 % превосходила некоторую критическую, то расширение Вселенной давным-давно сменилось бы сжатием и мы теперь наблюдали бы не удаление галактик друг от друга, а их быстрое сближение. Напротив, если бы плотность взорвавшейся материи была хотя бы на 10-53 % меньше этого критического значения, то современная средняя плотность Вселенной была бы существенно меньше наблюдаемой и зарождение жизни в ней стало бы невозможным.

И, наконец, изотропия (одинаковость по всем направлениям) реликтового излучения привела к проблеме космологического горизонта. Смысл этой проблемы заключается в том, что к нам приходит излучение звёзд из таких отдалённых и противоположно расположенных областей пространства, которые на протяжении всей истории Вселенной (если допустить её рождение) не успели оказать влияние друг на друга даже с помощью самых быстрых, т. е. световых сигналов. Почему же тогда свойства этих областей одинаковы?

К этому следует ещё добавить проблему существования выделенной инерциальной системы отсчёта (связанной с тем же фоновым микроволновым излучением и глобальной системой галактик), которая не вкладывается в рамки ОТО, но проявляется в реальной Вселенной, и многое другое. Но и того, что уже названо, достаточно для возникновения недоверия к современным космологическим моделям, в основе которых лежит идея Большого Взрыва.

Неудачное применение ОТО к описанию Вселенной вызвало в научных кругах недоверие не только к созданной на её основе космологии, но и к самой теории. А недоверие всегда рождает альтернативные варианты.

Так, например, в 80-х годах группой физиков во главе с ректором Московского государственного университета Логуновым разработана релятивистская теория гравитации (РТГ), которая, по мнению самих авторов, должна заменить теорию Эйнштейна. Если ОТО - чисто геометрическая теория, описывающая движение материи на фоне ею же искривлённого пространства-времени, то РТГ представляет собой полевую теорию, наподобие электромагнетизма Максвелла, в которой полевые переменные рассматриваются на фоне плоского мира.

Правда другая группа московских физиков утверждала - и похоже на законных основаниях, - что ОТО также имеет полевую формулировку и что принцип получения полевых уравнений в ней такой же, как и в РТГ. Более того, эта группа была уверена, что сама РТГ является полевой формулировкой ОТО.

Полемика между указанными группами достигла в то время такого накала страстей, что их работы печатались рядом в одних и тех же номерах журналов, а обсуждение основных разногласий выплеснулось на страницы даже научно-популярных изданий .

Не вдаваясь в полемику между приверженцами и противниками той или иной теории, следует отметить их общую закономерность: в одном из своих вариантов каждая из них приводит к одному и тому же результату - обобщённому уравнению Клейна-Гордона, которое больше характерно для квантовой механики, чем для космологии.

К сожалению, этот случай малоизучен в рамках РТГ и практически не изучен в ОТО. Над авторами РТГ довлела концепция расширяющейся Вселенной, которую они «постарались» подтвердить. А если получен результат, в общих чертах совпадающий с общепринятой концепцией, то это успокаивает. Такова уж психология человека. Позиция же сторонников ОТО тем более была непоколебима, и они больше были заняты исследованием гравитационных волн, чем выдвижением новых гипотез в космологии.

Уравнение Клейна-Гордона (имеет нулевую правую часть в отличие от обобщённого уравнения Клейна-Гордона) впервые было предложено в 1926 г. независимо Клейном, Гордоном, Шрёдингером и Фоком как релятивистское волновое уравнение квантовой механики. Каким же образом подобное уравнение перекочевало и в космологию? И как всё это нужно понимать?

Наиболее понятные ответы на данные вопросы можно найти в рамках ОТО. Но, прежде чем искать ответы, следует отметить, что для однозначного решения уравнении ОТО необходимо найти ещё четыре уравнения (для полноты системы). И такие уравнения в космологии имеются!

Итак, что мы знаем о Вселенной достоверно? Астрономические наблюдения свидетельствуют, что в глобальных масштабах геометрия Вселенной евклидова (это следует также и из факта существования в физике десяти законов сохранения и из других предпосылок)), а распределение материи в ней однородно. Эти два обстоятельства и дают ключи к однозначному решению уравнений ОТО.

Во-первых, условие евклидовости Вселенной однозначно приводит к выводу о том, что из двух видов уравнений Эйнштейна правильными являются только те из них, которые содержат космологическую постоянную (хотя на самом деле она и не является постоянной величиной). Это же условие предполагает возможность полевой формулировки ОТО в виде разложения геометрии пространства-времени на плоский фон и отклонения относительно этого фона точно так же, как пульсирующий электрический ток можно представить в виде суммы постоянного и переменного токов.

Во-вторых, условие однородности четырёхмерного пространства-времени Вселенной по своему математическому смыслу эквивалентно добавлению четырёх недостающим для полноты ОТО уравнений. Таким образом, система уравнений становится замкнутой, а задача описания свойств Вселенной - разрешимой без дополнительных допущений.

Более того, она не только становится разрешимой, но и значительно упрощается, так как её сферическая симметрия позволяет перейти от десяти переменных к одной - характеризующей гравитационное поле любой материальной точки Вселенной как функцию расстояния. С учётом всего вышеизложенного и получается обобщённое уравнение Клейна-Гордона.

Вне сферически-симметричного материального тела обобщенное уравнение Клейна-Гордона преобразуется в обычное уравнение Клейна-Гордона, которое описывает распространение гравитационных волн в свободном пространстве, т. е. за пределами тела. Гравитационные волны, в свою очередь, могут возникать при резкой деформации тела, взрыве, коллапсе и т. п. Но, нас здесь интересуют не способы генерации гравитационных волн, а их закон распространения.

В статическом случае для того же тела уравнение Клейна-Гордона преобразуется в уравнение Юкавы, решением которого является, соответственно, потенциал Юкавы. Данное уравнение было предложено в 1935 г. японским физиком Юкавой для описания действия ядерных сил, а теперь оно естественным образом появилось и в космологии, но уже для описания действия сил тяготения.

Характерной особенностью уравнения Юкавы и упомянутого выше уравнения Клейна-Гордона является то, что они описывают короткодействующие физические процессы и содержат в качестве характеристики затухания процесса постоянную величину, которая применительно ко всей Вселенной названа радиусом гравитационных взаимодействий.

Скорость затухания этих процессов можно показать на примере сравнения потенциала Юкавы с потенциалом Ньютона, описывающем привычные для нас силы тяготения. Так, если на расстоянии одного радиуса гравитационных взаимодействий от материального тела потенциал Юкавы составляет 37 % от потенциала Ньютона, то на утроенном расстоянии - уже только 5 %, а на удесятерённом - всего лишь 0,005 %.

Радиус гравитационных взаимодействий прямо пропорционален скорости света и обратно пропорционален корню квадратному из плотности среды. Для реальной Вселенной с её исчезающе малой плотностью он равен примерно 20 млрд. световых лет. Поэтому на тех расстояниях, с которыми обычно имеет дело человек, заметить разницу между реальными силами тяготения и силами, вычисленными по формуле Ньютона, практически невозможно. Действительно, даже на расстоянии в 1000 км относительная разница между ними составляет всего 10-40. Разве эту разницу можно измерить экспериментально?

В совершенно же пустой Вселенной уравнение Клейна-Гордона переходит в привычное для нас волновое уравнение Даламбера, описывающее распространение гравитационных волн в свободном пространстве при отсутствии материи, а юкавовский закон тяготения преобразуется в известный закон тяготения Ньютона. Таким образом соблюдается принцип соответствия в физических теориях и показывается, что известные законы физики являются всего лишь приближениями более общих физических законов Вселенной.

До сих пор мы рассматривали в среднем неподвижное относительно всех масс Вселенной материальное тело. Если же тело разогнать до некоторой скорости, то его взаимодействие с окружающей средой изменится: ослабнет гравитационная связь с массами позади себя и усилится впереди по ходу движения.

При определении характера и величины этих изменений однозначно доказывается тождество инертной и гравитационной масс и показывается, что инертные свойства материальных тел обусловлены их гравитационным взаимодействием со всеми массами Вселенной в духе принципа Маха. Воистину именно в этом ощущается наибольшее соответствие между названием ОТО и её физическим содержанием!

Чрезвычайно интересен и сам механизм взаимодействия материального тела со Вселенной. Скорость света постоянна только в инерциальных системах отсчёта (системах координат, движущихся равномерно, прямолинейно и имеющих свой собственный масштаб пространства и времени). Именно в таких системах справедливы все основные законы физики в наиболее простом виде. И именно в своей собственной инерциальной системе отсчёта по этим законам осуществляется взаимодействие любого данного тела с другими материальными телами Вселенной.

Но, как оказалось, скорость света в системе отсчёта, движущейся относительно наблюдателя, измеренная по масштабам пространства и времени этого наблюдателя, подчиняется обыкновенному закону сложения скоростей так, что она может быть значительно больше или меньше 300 тыс.км/с. Указанное утверждение эквивалентно рассмотрению всех процессов Вселенной в одной единственной системе отсчёта, жёстко связанной с наблюдателем (что и исключает всякие недоразумения). Вот эта особенность в совокупности с выявленным ограничением радиуса гравитационных взаимодействий и обеспечивает уникальные закономерности взаимодействия материального тела со всеми массами Вселенной.

Так, при движении материального тела относительно Вселенной на него должна действовать тормозящая сила за счёт тех масс, от которых оно удаляется. Поскольку её величина оказалась пропорциональна скорости движения, а не квадрату скорости, как это бывает с лобовым сопротивлением в аэродинамике, то такое свойство Вселенной названо гравитационной вязкостью (по аналогии с вязкостью любой другой среды). Иными словами, Вселенная не является консервативной системой в прямом смысле этого слова. В ней постоянно происходит обмен между механической энергией отдельных её компонентов и гравитационным полем. Поэтому, отказавшись от модели расширяющейся Вселенной, мы не вернулись к статической Вселенной Ньютона, а создали новую, стационарную модель.

Торможение от действия гравитационной вязкости чрезвычайно мало. Оно пропорционально скорости движения тела, а коэффициент пропорциональности равен примерно 10-18. И что интересно - не зависит от массы тела. Но, невзирая на такую малую величину, гравитационная вязкость приводит к весьма интересным явлениям во Вселенной.

Например, силы сопротивления, обусловленные гравитационной вязкостью, становятся сравнимыми с силами притяжения средней галактики на расстоянии в 500 кпс от её центра. А это - половина среднего расстояния между галактиками. Значит, во Вселенной идёт постоянная борьба между локальными и глобальными взаимодействиями и граница этой борьбы сравнима со средним расстоянием между галактиками. Можно сказать, что именно гравитационная вязкость ответственна за среднемасштабную структуру Вселенной, связанную со скучиванием вещества в галактики.

Сюда следует добавить и тот факт, что поскольку реальные силы тяготения отличаются от ньютоновских, то становится несправедливым и свойство сферически-симметричной материальной оболочки не создавать во внутренней полости сил тяготения. Напротив, в реальной Вселенной всякое уплотнение материи в виде оболочки ведёт к дальнейшему наращиванию её плотности, в том числе и из внутренней полости. И именно в этом заключается секрет эффекта «мыльной пены» в крупномасштабной структуре Вселенной, связанной с образованием пустот и стенок этой "пены" из скоплений галактик.

Материальная среда Вселенной, взятая в глобальном масштабе, влияет не только на движение материальных тел, но и на распространение полей. Мы уже видели, как это влияние сказываются на гравитационном поле любого материального тела. И как гравитационные поля всех тел складываются и формируют структуру самой Вселенной. Они, как оказалось, влияют также и на распространение света, уменьшая его энергию с расстоянием. А это изменение, в свою очередь, сопровождается уменьшением его частоты. В линейном приближении эффект от действия такого закона легко спутать с эффектом Доплера, что и было сделано при объяснении красного смещения в спектрах излучения других галактик.

На основе стационарной модели Вселенной удалось найти взаимосвязь и между такими, казалось бы, не связанными между собой частями, как специальная теория относительности (СТО) и ОТО. Так, замедление течения времени в СТО при движении объекта с большой скоростью никак не связывалось с наличием других масс во Вселенной. В ОТО же подобное замедление существует только при нахождении вблизи массивного тела. В действительности оба эти эффекта идентичны друг другу по своей природе, так как на движущийся в однородной изотропной среде объект также действует гравитационный потенциал, зависящий от скорости движения. Одним словом, СТО является частным случаем ОТО для однородного изотропного пространства, заполненного материей. Пространство и время в СТО стали теперь так же, как и в ОТО, неотделимы от материи.

Есть и другое направление, где можно говорить об идентичности, и другие масштабы, на которых действуют подобные законы, - это микромир. Поэтому полученные автором результаты могут вести к определённому пересмотру всех наших представлений о свойствах мироздания: от макро к микромиру.

Действительно, открывшаяся аналогия между гравитацией и ядерным взаимодействием, между макро и микромиром, между Вселенной и атомом заставляет задуматься. Оказывается, гравитация и ядерные взаимодействия не только описываются одинаковыми уравнениями, но и энергия связи материального тела со всеми массами Вселенной, вычисленная с использованием реального закона тяготения, с точностью до знака равна внутренней (т. е. ядерной) энергии этого же тела .

Более того, имеются веские аргументы в пользу того, что гравитационное и ядерное взаимодействия - это вообще один вид физических взаимодействий, проявления которого мы наблюдаем либо в чудовищно разреженной (Вселенная), либо в чудовищно уплотнённой (атомное ядро) среде. Причём первое проявление мы наблюдаем изнутри, а второе - снаружи той среды, где это взаимодействие «работает».

Действительно, ядерные взаимодействия сильнее гравитационных примерно на 40 порядков. Причем это сравнение осуществляется по энергии взаимодействия mc2. Следовательно, исходя из эквивалентности взаимодействий, для скоростей света это соотношение уменьшается до 20 порядков, т. е. в атомном ядре скорость распространения взаимодействий по расчётам должна быть равна 10-12 м/с. Время «пересечения» протона или нейтрона на такой скорости будет составлять 0,001 с, что сравнимо со скоростями протекания ядерных реакций.

Если теперь воспользоваться формулой для определения радиуса гравитационных взаимодействий, то при указанной скорости получается величина 10 -15 м, которая в точности соответствует размеру нуклона.

На этой же основе совсем неожиданное объяснение получило и явление, известное в ядерной физике как «дефект масс». Оказывается, в соответствии с реальным (а не ньютоновским) законом тяготения материя с большой плотностью способна создавать экранирующий эффект и чем больше этой материи, тем большая её часть из внутренних областей перестаёт взаимодействовать с окружающим миром.

А можно ли из космологии извлечь практические выгоды? По всей видимости, до сих пор эти выгоды представлялись весьма туманно и связывались в основном с уточнением знаний по отдельным вопросах той или иной модели Вселенной в рамках концепции Большого Взрыва, т. е. мыслились выгоды не вещественные, а познавательные. Новый подход в изучении Вселенной также даёт определённые возможности, позволяющие уточнить численные значения некоторых её параметров и подтвердить или опровергнуть правомочность самого подхода.

Так, уменьшение частоты света при его распространении в пространстве можно использовать для определения средней плотности Вселенной. Принцип действия установки для этого эксперимента основан на сравнении частот двух лучей света, излученных одним квантовым генератором непрерывного действия, причём один луч света должен поступать на измерительное устройство непосредственно с генератора, а второй - после прохождения определённого расстояния по световодному волокну, намотанному для удобства экспериментатора на катушку

Для осуществления эксперимента необходимо, чтобы длина световода была порядка нескольких сот километров, а удлинение за счёт всяких помех не превышало нескольких десятых длины волны используемого света. При этом одно биение частот света придется регистрировать в течение примерно месяца. Как видно, эксперимент очень трудный, но осуществимый.

Зависимость же радиуса гравитационных взаимодействий от средней плотности среды, в которой эти взаимодействия осуществляются, ставит на повестку дня вопрос о принципиальной возможности создания гравитационного экрана из материи с очень большой плотностью и, соответственно, очень маленьким радиусом гравитационных взаимодействии в ней. Пока трудно придумать механизм создания такого экрана (хотя и есть масса экспериментальных проектов), но если он будет создан, то у человечества появится принципиально новое средство передвижения.

Действительно, если корпус летательного аппарата окружить гравитационным экраном и соответствующим образом подобрать размеры самого аппарата и толщину экрана, то этот аппарат сможет парить в воздухе, как стратостат, поскольку его многотонная «начинка» практически полностью перестанет взаимодействовать с гравитационным полем Земли. Таким образом, летательный аппарат будущего может представлять собой своего рода огромное искусственное атомное ядро со своеобразной начинкой (оборудованием, экипажем, пассажирами) и управляемой оболочкой.

Этот аппарат и разгонять было бы не трудно, так как он почти полностью перестал бы взаимодействовать и со всеми другими массами Вселенной. А мы теперь знаем, что инертные свойства материальных тел проявляются через их гравитационное взаимодействие со всеми массами Вселенной. Иными словами, фактически произошло бы уменьшение гравитационной массы аппарата на несколько порядков.

Так, например, при толщине экрана в 10 радиусов взаимодействий проявляемая масса аппарата уменьшится в 2000 раз. А это значит, во-первых, что такой аппарат можно было бы разгонять с большими ускорениями с помощью даже маломощного (например, фотонного) двигателя, а во-вторых, что ускорение, которое будут ощущать пассажиры этого аппарата, также будет ослаблено во столько же раз, во сколько уменьшена масса. Следовательно, можно будет не опасаться за их безопасность даже при самых резких маневрах. Если верить очевидцам, то такие свойства имеют только «летающие тарелки».

Многочисленные наблюдения подтверждают необычность полетов неопознанных летающих объектов (НЛО) и свойств их внешних оболочек. Отмечается, что после закрытия люков и включения каких-то внутренних агрегатов полностью исчезают все щели между люками и корпусами НЛО, а также появляется свечение окружающей атмосферы, что свидетельствует о возникновении на их поверхностях каких-то сплошных экранов с огромной напряженностью поля. Хрональные явления, т. е. замедление хода времени по часам и ощущениям лиц, попавших по каким-либо причинам в ближайшее окружение НЛО при их посадках, свидетельствуют, что это поле является гравитационным. Наблюдаются также исходящие от НЛО конусы света, характерные для работы фотонных двигателей. А вертикальное направление этого излучения свидетельствует о его цели - компенсировать остаточную силу тяжести летательных аппаратов.

Свойства уравнений ОТО таковы, что они допускают существование не только гравитационных волн, но и гравитационных образований в виде вихрей. В отличие от гравитационных волн, скорость распространения которых равна скорости света, гравитационные вихри могут перемещаться в пространстве с самыми маленькими скоростями. На своём пути они деформируют четырёхмерное пространствовремя так, что образуются своего рода пространственные каналы, скорость света вдоль которых существенно больше, а в поперечном меньше обычных 300 тыс. км/с. (естественно, по фоновой метрике, а не по собственным масштабам пространства и времени).

Гравитационные вихри должны вызывать изменение темпа хода времени, искривление лучей света и связанные с ними эффекты наблюдения вторых солнц, лун, других предметов и источников света, а также их фокусировок и рассеяний. Кроме того, они могут быть причиной телепортации различных объектов на малые и большие расстояния, внезапных исчезновений и появлений как бы ниоткуда предметов, воды, огня - в общем, всего того, что мы понимаем под термином «полтергейст».

Гравитационные вихри могут возникать при несимметричном коллапсе (сжатии) или взрыве звёзд. При катастрофах же галактического масштаба должны возникать целые гравитационные циклоны. Это даёт основание полагать, что в природе существует естественный способ быстрого перемещения материальных объектов в пространстве и во времени между звёздными системами и даже галактиками по каналам, образованным указанными явлениями природы. А это, в свою очередь, вселяет надежду на возможность контактов с инопланетными братьями по разуму...

К сожалению, гравитационные вихри в космологии менее всего изучены. Отсутствует теоретический фундамент и фактический материал. И в первую очередь этот недостаток нужно связывать с определённой ограниченностью ОТО в геометрической форме. Как уже указывалось выше, скорость света есть величина относительная. Она зависит от системы отсчёта, скорости перемещения систем отсчёта друг относительно друга, напряжённости гравитационного поля и т. п. Было бы точнее представить эту величину в виде тензора (в ОТО она является скаляром) и перейти к шестимерному пространству-времени, три координаты которого были бы пространственными и три - временными.

Есть и ещё более дальние перспективы. Совсем недавно были открыты поляризационные волны (Р-волны) . Они могут распространяться как в веществе, так и в вакууме (межатомной среде). Причём вакуумные Р-волны имеют две компоненты, скорость распространения одной из которых равна скорости света, а второй - на 12 порядков выше скорости света (по предварительным оценкам).

Противоречий с теорией относительности, как может показаться на первый взгляд, в этом случае не возникает, так как ограничение скорости перемещения скоростью света относится только к атомам обычного вещества. Вакуум же (или эфир, как его называли ранее) представляет собой как минимум двухкомпонентную физическую среду, состоящую из полярных электрически заряженных частиц – поляров – и более тонких нейтральных компонентов – амеров. Даже большие из них, т. е. поляры, имеют массу 10-73 кг, что на много порядков меньше массы обычных атомов. Следовательно, вещество в виде атомов для высокоскоростной компоненты вакуумных Р-волн явно должно быть практически прозрачным. (Кстати, из исследований автора также следует существование некоторой среды с частицами массы 10-68 кг, которые являются переносчиком и гравитационных, и электромагнитных взаимодействий одновременно).

Радиус взаимодействий в среде поляров оказывается на много порядков больше радиуса гравитационных взаимодействий в веществе Вселенной. Таким образом, с учётом вышеизложенного напрашивается вывод о многоуровневости основ мироздания, в каждом из которых действуют подобные физические законы: атомное ядро, Вселенная из обычного вещества, Вселенная из физического вакуума и т. д. в обе стороны. Указанные же три физических уровня - это то, что доступно человеку на сегодняшний день.

Разбиение мироздания на уровни позволяет выявить закономерности информационного отражения одного уровня в другом, понять взаимное проникновение и влияние уровней друг на друга, а также ответить на вопрос, где нужно искать Бога...

В целом же в заключение следует отметить, что в настоящее время разработан только эскиз новой космологии (см. законченную модель). Требуется провести многочисленные исследования, которые позволили бы снять вопросы со многих теоретических затруднений, к которым привёл новый подход автора. Зачастую такие затруднения связаны с тем, что в геометрической трактовке ОТО многие определения прямо исключают правильные решения той или иной задачи.

Так, определение геодезической прямо исключает диссипацию энергии при движении тел или распространении полей. А определения секунды и метра в соответствии с Генеральной конвенцией по мерам и весам исключают геодезическую кривизну Вселенной в принципе. Иными словами, по этому определению в принципе невозможна скорость света, отличная от константы 300 тыс.км/с.

Нужно будет чётко уяснить, что собой представляет тензор энергии-импульса материи в правой части уравнений Эйнштейна, поскольку в новой космологии ему должно соответствовать сверхжёсткое состояние материи. Возможно, что это состояние как раз и характерно для тонкой материи, посредством которой осуществляется передача гравитационных и электромагнитных взаимодействий.

И, безусловно, нужно будет постепенно смиряться с мыслью о том, что:

- не существует никакой инертной массы, а инертные свойства материальных тел обусловлены изменением их гравитационного взаимодействия со всеми другими массами Вселенной;
- не существует никакой кинетической энергии, а есть только энергия взаимодействия со Вселенной;
- взаимодействия зависят от местной скорости света;
- местная скорость света зависит от наличия гравитирующих масс и от скорости движения материальных тел;
- в локальных масштабах не соблюдаются законы сохранения, что приводит к гравитационной вязкости и геодезической кривизны Вселенной.

Космология прошла длинный путь своего становления как подлинно естественной науки - такой же, как физика, математика, биология. Преодолевая мистические философские взгляды, средневековые религиозные догмы и всяческие заблуждения, она только теперь приблизилась к чёткой формулировке своих азов. Но, в отличие от тех же физики, математики, биологии, чьи азы останутся справедливыми и через тысячу лет, космология больше похожа на капризную барышню, от которой в любое время можно ожидать такого сюрприза, который способен перевернуть все наши предыдущие представления о Вселенной. И очень хотелось бы надеяться, что кое-что из того главного, что нам известно сегодня о ней, останется незыблемым и в будущем.

автор Жук Н. А.© 2000