Книга: Кара небесная. Космическое миропонимание

2.2. Первородная энергия

2.2. Первородная энергия

Мир разделён на два главных полюса – это материя и энергия. При этом материя есть одна из форм энергии. Известно [3], что вещество не вечно, оно возникает и исчезает, превращаясь в энергию. При высокой концентрации энергии происходит рождение новых частиц вещества. Вещество можно рассматривать как «запертую» энергию. В свете новых данных известно, что материя произошла из «пустого» пространства, из «ничего». Да и сама структура материи, в основном, состоит из пустоты.

Тщательное её изучение показывает её анормальность. Например, под микроскопом горная порода выглядит мозаикой из кристаллов. А электронный микроскоп позволяет увидеть в них отдельные атомы, образующие правильную решётку и разделённые большими промежутками пустого пространства. В свою очередь атомы включают в себя ещё больше пустоты. Крохотное ядро занимает всего лишь 10 – 12 часть объёма атома. Остальное пространство заполняет облако эфемерных электронов – ничтожно малых островков твёрдого вещества в океанах пустоты. Аналогичная картина представляется также на звёздном небе галактик, и, в целом, во Вселенной.

Возможность превращения энергии в вещество показывает, что во Вселенной первоначально вещества вовсе не было. Была великая абсолютная энергия, достаточная для постепенного производства материи и развития материального мира. Так во всё время жизни Вселенной рождается вещество из сгустка колоссальной энергии, сконцентрированной в точечном пространстве. Так было в начале Большого вселенского взрыва, так продолжается и до настоящего времени. Сама Вселенная начала образовываться, когда температура и давление начальной плазмы достигали экстремальных значений [3].

Согласно теории Большого взрыва, всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто – спрессовано в одну-единственную точку. Астрономы назвали такое состояние сингулярность. Предполагается, что в этой точке изначально была сосредоточена вся масса современной Вселенной (по расчётам учёных масса только наблюдаемой части Вселенной более 10⁵¹ кг. [3]), тогда как реально самая большая плотность материи может быть только у электрона и протона (10¹⁷ кг/м3). Следовательно, сингулярность не вещественна, а наполнена всеобъемлющей энергией.

Жорж Леметр был первым, кто поставил вопрос о происхождении наблюдаемой крупномасштабной структуры Вселенной. Им была выдвинута концепция «Большого Взрыва», так называемого «первобытного атома» и последующего превращения его осколков в звезды и галактики. Конечно, с высоты современного астрофизического знания данная концепция представляет лишь исторический интерес, но сама идея первоначального взрыва космической энергии ее последующего эволюционного развития неотъемлемой частью вошла в современную научную картину мира.

Рис. 68. Кинохроника квантования энергии термоядерного взрыва

Принципиально новый этап в развитии современной эволюционной космологии связан с именем американского физика Г.А. Гамова (1904-1968), благодаря которому в науку вошло понятие горячей Вселенной. Согласно предложенной им модели «начала» эволюционирующей Вселенной, в результате взрыва «первоатома» образовался своеобразный космологический котел (микроволновка) с температурой порядка трёх миллиардов градусов, где позже и произошел естественный синтез химических элементов. Осколки первичного яйца – отдельные нейтроны затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов. Все это произошло в первые 30 минут после «Большого Взрыва».

Вспомним, что источником всех видов энергии на Земле в конечном итоге является электромагнитное излучение Солнца. Солнце посылает на Землю лучи, концентрация энергии которых невелика (на поверхности Земли менее 1 квт/м²). Идея об электромагнитной природе элементарных частиц, высказанная А. Эйнштейном, который неоднократно указывал на общность природы поля и вещества: “… элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля, …” (А. Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689).

Рис. 69. Модель начала упорядоченного Большого взрыва

Нобелевские лауреаты Пол Дэвис, Дэвид Бом впервые исследовали полное исчезновение материи. Вместе с тем швейцарские ученые из Европейского центра ядерных исследований (CERN) моделировали "момент творения" материи из нематериального мира. Специалисты экспериментально доказали, что квант виртуальных волн при определенных условиях образует некие частицы, а при другом взаимодействии этих же волн частицы полностью исчезают. То есть материя формируется и состоит из энергии электромагнитных волн (ЭМВ), которая проявляется в виде спектра энергии, излучаемого материей. Было доказано, что атомы состоят из энергии конкретного для каждого элемента спектра частот, сформированных в конкретном замкнутом энергетическом пространстве по конкретной для каждого вида атомов программе. Поэтому при расщеплении атома получаются ЭМВ, которые могут тут же преобразовываться в элементарные частицы, но уже по программам формирования этих элементарных частиц. То есть все формирования элементарных частиц происходят из ЭМВ. Аналогично формированию самих атомов.

Для анализа характера изменения «первобытного атома» полезно рассмотреть близкий физический процесс термоядерного взрыва (Рис. 68).

В соответствии с законом сохранения энергии – энергия ЭМВ не исчезает, а преобразуется из электромагнитных волн в замкнутое энергетическое пространство в виде «атомов», то есть превращается в материю. И наоборот. Таким образом, энергия ЭМВ является единственным во Вселенной творцом материального мира, формирующегося из тех же ЭМВ, единственным источником движения. Таким образом энергия электромагнитных волн Вселенной существует изначально, из которой постоянно формируемая новая материя. Все атомы, в том числе и «первоатом», представляют собой вращающуюся энергию ЭМВ в замкнутом энергетическом пространстве, каждый фактически являются своего рода «соленоидами» со своей магнитной осью.

Сингулярная точка, аналогична термоядерному заряду, показанному на рисунке 1, наполнена огромной первородной энергией, которая представляет собой винтовое вихревое кольцо, градиент скорости на его поверхности максимален, а вязкость пограничного слоя минимальна. Сингулярная точка вначале состояла только из сгустка электромагнитной энергии в виде вихря. Розенхед [4] исследовал образование подобного винтового движения тороидальных газовых вихрей. При этом в его опытах поверхность пограничного слоя струи свертывалась, образуя вихри, оси которых перпендикулярны направлению струй и градиенту скорости. Получившиеся вихри самопроизвольно сжимались, уменьшали радиус и увеличивали окружную скорость.

Рассмотрим этот процесс более подробно. Тонкая вихревая нить в сжимаемом вихре неустойчива, устойчивым является винтовой тороидальный вихрь, так как градиент скорости на его поверхности максимален и, значит, вязкость пограничного слоя минимальна. В процессе образования колец из линейных вихрей или из градиентного слоя деформируются вихревые нити как полем скоростей среды около самих искривленных вихревых жгутов, так и турбулентными флуктуациями внутри жгутов, а также турбулентностью окружающей среды. Кроме того, вдоль осей вихревых жгутов развиваются колебания, в результате чего вдоль тела вихря образуются стоячие волны различной длины, способствующие разделению вихревых жгутов на отдельные участки, которые в дальнейшем соединяются попарно, образуя петли [4] (рис. 69). Такое её устройство из градиентного слоя способствует поперечной деформации вихря. В результате сингулярная точка в форме вихревого кольца неустойчива относительно формы. Стремление системы к минимуму энергии создаёт силы, направленные на расширение площади петель. Поскольку в пересекающихся частях петель направление вращения одинаково, эти части сливаются, но тут же петли формируются в самостоятельные вихревые кольца, которые отделяются друг от друга в противоположные стороны. Получившиеся кольца подвергнутся дальнейшему делению. Парное деление продолжалось до тех пор, пока стоячие волны вихрей не могли формировать вихревые петли. В результате с самого начала произошло цепное циклическое деление первородной энергии и была сформирована ячеистая структура (Рис. 69), а форма всех вновь образованных вихревых солитонов приблизилась к шаровой (вихрь Хилла), при этом вся их энергия сосредоточена в стенках шаровых образований.

При высокой концентрации энергии происходило постоянное рождение новых частиц вещества. Они явились носителями энергетических вихрей. Рассмотрим их иерархию в современном космическом пространстве. В 1977 году Стефаном Грегори и Лаярдом А. Томпсоном в национальной обсерватории Китт Пик, а также Я. Эйнасто, М. Йыэвээром и Э. Таго из Тартуской астрофизической обсерватории было сделано величайшее открытие, проливающее свет на начало Большого взрыва. Между галактическими нитями и стенами были обнаружены великие ячейки из скоплений галактик и звёзд (Войды англ. void – пустота). Размеры этих образований составляют порядка 10—30 Мпк. Большие войды (англ. supervoids) могут достигать в размерах 150 Мпк и занимают около 50 % объёма Вселенной. Это было свидетельство цепной упорядоченной реакции деления электромагнитной энергии (в дальнейшем вещества) при Большом взрыве, когда первородная электромагнитная энергия делилась на отдельные ячейки.

Рис. 70. Крупномасштабная современная ячеистая структура Вселенной

Как считают эстонские астрономы М. Йыеваэр и Я. Эйнасто: “… ячеистая структура не может возникнуть путем случайного скучивания. Мы думаем, что структура имеет первичное происхождение и образовалась до того, как сформировались галактики и скопления галактик…” (из сообщения на симпозиуме Международного астрономического союза, Таллин, 1977г.). Галактики и их скопления расположены вдоль стенок огромных пространственных ячеек. И чем ближе к стыкам таких ячеек, тем сильнее сконцентрировано вещество. Суть структуры состоит в том, что практически все галактики располагаются в «стенах», образующих ячеистые соты. Внутри же самих ячеек совсем нет галактик, а имеются гигантские пустоты – войды, в которых практически отсутствует не только привычное для нас вещество, но даже такая разреженная материя, как межзвездный и межгалактический газ.

Это открытие – принципиально. Первородная энергия сама стала той силой, заставившей скопления галактик группироваться именно таким образом. Иначе говоря, ничего случайного не происходило, Вселенная творилась по ранее намеченному естественному проекту.Энергия, заполняющая «войды», – суперэнергетичная, обладает необычными свойствами. Она является для нашей Вселенной тем самым Мировым Архитектором, который единственный придает смысл и направление эволюции новой материи. Таков фундаментальный закон Природы. Космическая эволюция энергии иерархически исходит от первородной энергии «войдов» к галактикам, затем последовательно – в межзвёздное пространство, к звёздам и, наконец, к планетам. Всё в мире состоит из энергии. Материя – это энергия, попавшая в ловушку. Мир вокруг нас буквально наполнен энергиями. Мы говорим о дефиците доступной энергии. Основой всех энергий нашей Вселенной является первородная энергия «первичного атома». Она присутствует во всём, начиная с микромира, она вмещает в себе пространство между ядром атома и электронным облаком и заканчивая макромиром, присутствуя и вмещая в себя всю Вселенную. Это самая большая энергия Вселенной. Первородная энергия – это физическое явление. Она – общий знаменатель всей энергии Вселенной. Слова «общий знаменатель» означают, что все другие энергии во Вселенной начинаются с первородной энергии.

Рис. 71. «Замороженные» вихри глубокого космоса

К впечатляющей делимости объектов Вселенной относится четко выраженное группирование во Вселенной звездных систем – галактик. Я.Б. Зельдовичу принадлежит высказывание, что Вселенная имеет ячеистую структуру и сложена из сот-многоугольников. Галактики размещаются по ребрам сот [5]. Что создает во Вселенной порядок вместо хаоса? Специалисты по теории элементарных частиц давно обращали внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросы, которые казались почти метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему разные ее части, далеко удаленные друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Порядок Вселенной есть самое убедительное доказательство существования движущей силы разделённой первородной энергии. Немецкий физик, лауреат Нобелевской премии Макс Планк так объясняет порядок во Вселенной:

"В любом случае, мы должны сказать, что из всего того, чему учат нас точные науки относительно окружающего нас огромного мира, в котором наша планета играет такую незначительную роль, это то, что в ней превалирует некий порядок, независимый от человеческого разума. Однако, поскольку мы в состоянии убедиться в этом, этот порядок можно назвать объективной реальностью". Все галактики Вселенной являются доказательством существующего порядка и гармонии. Эти удивительные системы, каждая из которых насчитывает в среднем до 300 миллиардов звезд, – часть всеобщего грандиозного плана.

Эйнштейн рассматривал этот порядок как нечто неожиданное и считал, что высокий порядок есть чудо, которое кажется все более и более необыкновенным по мере углубления нашего знания.

Взглянем с этой точки зрения на космическое пространство. Космос (греч. – порядок) означает также строение, мир, Вселенная, мироздание, материальный мир. Мобилизационные структуры космического пространства – сложный естественный феномен, который, как и все сложные феномены, имеет множество разнообразных определений и проявлений, выражаемых разными словесными формулировками. Самое простое из них таково. Мобилизационные структуры – это структуры, которые первородной энергией организуют и упорядочивают всякое движение материи и тем самым мобилизуют материю на эволюцию. Здесь необходим целый ряд уточнений. Во-первых, она всеобща, охватывает всё существующее. Мобилизационные структуры же возникают спонтанно в ходе многократного деления первородной энергии и эволюции в широком смысле, проходят определённый путь развития, направляя в то же время развитие, обеспечивая предпосылки для формирования новых структур. Во-вторых, материя мобилизуется на эволюцию в узком смысле, на создание и распространение порядка, формирование и развитие организационных упорядоченностей, что характеризует и обеспечивает созидательную сторону.

Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокой температурой. Отсюда следует, что в предельном случае площадь орбит S первородной электромагнитной энергии в это время приближалась к нулю. При этом, чтобы в точечном пространстве была сосредоточена бесконечно большая первородная энергия W, необходимо практически бесконечная частота колебаний ?. Первородная энергия, вначале сосредоточенная в точечном космическом пространстве, являлась движущей силой всей Вселенной. Эта энергия будет до конца материального мира из-за её деления источником новой материи, всех новых материальных объектов и других известных энергий. С самого начала её существования она обладала абсолютной полнотой для обеспечения эволюции Вселенной. Её главной функцией было постоянное производство новых полей и материи. Анализ добытых наукой сведений об эволюции Метагалактики позволяет предположить, что она развивается по определённой «программе», выработанной, по-видимому, в процессе досингулярного этапа развития и обусловленной закономерностями «космической инженерии». Развитием материального мира управляет мобилизационная структура электромагнитной энергии, развёрнутая в период упорядоченного Большого Взрыва. Всеобщность эволюции складывается на базе структурно-материальных эволюционных процессов, которые охватывают всё мироздание, от самого малого атома и до огромного мегамира и всего множества разнообразных миров.

Рис. 72. Вихревые галактики, вырвавшиеся из ячеистых структур

В самом общем виде материя представляет собой бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все то, что не дано нам в ощущениях. Весь окружающий нас мир – это движущаяся материя в ее бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми свойствами, связями и отношениями (Рис. 72). В этом мире все объекты, благодаря действию широко представленной первородной энергии, обладают внутренней упорядоченностью и системной организацией. Упорядоченность проявляется в закономерном движении и взаимодействии всех элементов материи, благодаря чему они объединяются в системы. Весь мир, таким образом, предстает как иерархически организованная совокупность систем, где любой объект одновременно является самостоятельной системой и элементом другой, более сложной системы. Согласно современной естественнонаучной картине мира все природные объекты также представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.

Посредством астрофизических измерений Р. Дикке и его сотрудники нашли подтверждение существования космического теплового излучения. Это эпохальное открытие позволило получить важную, ранее недоступную информацию о начальных этапах эволюции Вселенной. Зарегистрированное реликтовое излучение есть не что иное, как прямой радиорепортаж об уникальных вселенских событиях, имевших место вскоре после упорядоченного «Большого Взрыва» – самого грандиозного по своим масштабам и последствиям процесса в обозримой истории Вселенной. Таким образом, в результате астрономических наблюдений последнего времени удалось однозначно решить принципиальный вопрос о характере физических условий, господствовавших на ранних стадиях космической эволюции: подтвердилась горячая модель «начала». Подтвердились теоретические утверждения о горячем состоянии молодой Вселенной, указывающая на количественное преобладание излучения у истоков ныне наблюдаемого космологического расширения.

Рис. 73. Сравнительные размеры звезд.

Как первородная энергия «творила» упорядоченную Вселенную? Как видно из рисунка 68 все вихревые кольца после своего образования в отличие от неупорядоченного «Большого взрыва» разлетаются в разные стороны, что и является упорядоченной силой взрыва. При этом они, постоянно производя материю, увеличивались в размерах до тех пор, пока их прочность обеспечивала сохранность сферической формы. С момента разрыва ячеек первородная энергия разлеталась многими вихрями, в которых последовательно образовывались звёзды, содержащие первородную энергию внутри. Скорость разлёта энерговихрей была различной. По этой причине форма галактик была разнообразной. Так образовались системы из звезд, звездных скоплений.

Существует несколько основных типов классификации галактик: эллиптические, спиральные, линзовидные и неправильные галактики. Иногда вылетевшие вихри из ячеек сталкивались между собой и сохранились в тесном сочетании до сего времени как неправильные. Процесс созидания Космической Материи происходил в течении бесконечных веков. Когда эволюция материалов на поверхности звёзд достаточно продвинулась, тогда из него вырывались Великие Космические Волны. Это та сила космического вихря, которая быстро соединяет и комбинирует химические элементы. Новые формы строились из всевозможных комбинаций.

Рис. 74. Классификация звёзд. Диаграмма Герцшпрунга–Рассела.

Среди всех форм космической материи особое место занимают звёзды. Звезда – небесное тело, как часть галактик по своей природе похожа на Солнце, является массивным, самосветящимся плазменным шаром. Масса звезд образуется из отдельных частей первородной энергии в результате гравитационного сжатия. Каждую звезду до конца её светимости питает изнутри первородная энергия. Звезды рождаются, живут и умирают. Продолжительность жизни звезд настолько велика (до десятков миллиардов лет), что астрономы не могут проследить жизнь хотя бы одной из них от начала до конца. Зато они могут наблюдать за звездами, находящимися на разных стадиях развития.

Главная последовательность – это последовательность звезд разной массы. Самые большие по массе звезды располагаются в верхней части главной последовательности и являются голубыми гигантами. Самые маленькие по массе звезды – карлики. Они располагаются в нижней части главной последовательности. В связи с тем, что исходным этапом развития являются энергетические вихри, звезды всегда рождаются группами (скоплениями, комплексами). По достижению температуры в несколько миллионов кельвинов в их центре начинались термоядерные реакции.

В процессе термоядерных реакций синтеза силы гравитационного сжатия уравновешиваются силами внутреннего давления плазмы. Первоначально в центре звезды водород превращается в гелий, затем термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Когда всё возрастающая масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; при этом сверхвысокая температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы. С образованием ядер железа, никеля и более тяжёлых элементов, гравитационное сжатие звезды заканчивается огромным взрывом. В результате взрыва часть массы звезды разлетается в пространстве. Этот взрыв сопровождается столь мощным излучением, что некогда тусклую звезду становится иногда видно на небе даже днем.

Важнейшим параметром звезд является масса. Изучая свечение звезд, их спектры, установлено, что атмосферы звезд состоят из водорода, гелия и примеси некоторых других элементов. Именно в звездах имеются условия для формирования более тяжелых элементов, чем гелий. Температуры и светимости звезд заключены в очень широких пределах, но эти параметры не являются независимыми. Светимость звезд сравнивают со светимостью Солнца. Существуют звезды, в сотни тысяч раз более яркие и в сотни тысяч раз более слабые, чем Солнце. Звезды главной последовательности – это нормальные звезды, похожие на Солнце, в которых происходит сгорание водорода в термоядерных реакциях под воздействием первородной энергии. Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее массы.

Рис. 75. Основные стадии эволюции звезд

Красные сверхгиганты и гиганты – это стадия звездной эволюции после образования протяженной конвективной оболочки, при которой растет светимость звезды. При этом звезда уходит с главной последовательности вправо. Начинается рост температуры в центре звезды.

Нейтронные звезды образуются при некоторых вспышках сверхновых звезд, если первоначальная масса звезды была 10–40 солнечных масс. Они быстро вращаются вокруг своей оси и обладают сильным магнитным полем. Движущиеся заряженные частицы генерируют электромагнитные волны, которые излучаются узким быстровращающимся пучком. Нейтронные звезды отождествляются с пульсарами.

Если конечная масса звезды слишком велика, то звезда становится черной дырой. Гравитационное поле столь массивной звезды так сильно сдавливает ее вещество, что звезда не может остановиться на стадии нейтронной звезды и продолжает сжиматься вплоть до гравитационного радиуса. Предполагают, что количество черных дыр в нашей Галактике около десяти миллионов.

Особый научный интерес представляет сверхновая звезда или вспышка сверхновой – феномен, в ходе которого звезда резко меняет свою яркость на 4—8 порядков (на десяток звёздных величин) с последующим сравнительно медленным затуханием вспышки. Этот феномен является результатом катаклизма, возникающего при взрыве поверхности звёзд и сопровождающегося выделением огромной энергии. Как правило, сверхновые звезды наблюдаются, когда событие уже произошло и его излучение достигло Земли. Поэтому природа сверхновых долго была неясна. Но сейчас предлагается довольно много сценариев, приводящих к подобного рода вспышкам.

Взрыв сопровождается выбросом значительной массы вещества из внешней оболочки звезды в межзвёздное пространство, а из оставшейся части вещества ядра взорвавшейся звезды, как правило, образуется компактный объект – нейтронная звезда, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс (M?), либо черная дыра при массе звезды свыше 20 M? (масса оставшегося после взрыва ядра – свыше 5 M?). При массах звёзд менее 5 M? происходит критическое накопление нового вещества, вызывающего взрыв поверхности и их обновление. Тогда они образуют остаток сверхновой. Выбрасываемое в ходе вспышки вещество в значительной части содержит продукты термоядерного синтеза. Именно благодаря сверхновым Вселенная в целом и каждая галактика в частности, химически эволюционирует. Разновидности остатка следующие:

1. Возможный компактный остаток; обычно это пульсар, но возможно и чёрная дыра.

2. Внешняя ударная волна, распространяющаяся в межзвёздном веществе.

3. Возвратная волна, распространяющаяся в веществе выброса сверхновой.

4. Вторичная, распространяющаяся в сгустках межзвёздной среды и в плотных выбросах сверхновой.

Вместе они образуют следующую картину: за фронтом внешней ударной волны газ нагрет до температур TS ? 10⁷ К и излучает в рентгеновском диапазоне с энергией фотонов в 0,1—20 кэВ, аналогично газ за фронтом возвратной волны образует вторую область рентгеновского излучения. Линии высоко ионизированных Fe, Si, S и т. п. указывают на тепловую природу излучения из обоих слоев. Оптическое излучение молодого остатка создает газ в сгустках за фронтом вторичной волны. Так как в них скорость распространении выше, а значит газ остывает быстрее и излучение переходит из рентгеновского диапазона в оптический. Ударное происхождение оптического излучения подтверждает относительная интенсивность линий.

Обычно взрыв сверхновой сопровождается вихревыми выбросами в виде волокон. Волокна сами по себе свидетельствуют, что происхождение сгустков вещества может быть двояким. Так называемые быстрые волокна разлетаются со скоростью 5000—9000 км/с и излучают только в линиях O, S, Si – то есть это сгустки, сформированные в момент взрыва сверхновой. Стационарные конденсации же имеют скорость 100—400 км/с, и в них наблюдается нормальная концентрация H, N, O. Вместе это свидетельствуют, что это вещество было выброшено задолго до вспышки сверхновой и позже было нагрето внешней ударной волной. Вот некоторые примеры.

Движение космических тел [45] под действием центральной силы, обратно пропорциональной квадрату расстояния от центра силы F и равно:

F = -а/r ²; (2)

Потенциальная энергия системы Wп равна

Wп = – а/r;

(3)

где а – постоянная величина.

r – расстояние от центра периферийного объекта, ?– – его угловая скорость движения.

Как известно, гармоническим осциллятором называется система, способная совершать гармонические колебания. В физике модель гармонического осциллятора играет важную роль, особенно при исследовании малых колебаний систем около положения устойчивого равновесия. Примером таких колебаний в квантовой механике являются колебания атомов в твердых телах, молекулах и т.д. Рассмотрим одномерный гармонический осциллятор в космическом масштабе, совершающий колебания вдоль оси ординат под действием возвращающей квазиупругой силы. Потенциальная энергия такого осциллятора имеет вид

где w₀– собственная частота классического гармонического осциллятора. Таким образом, квантово-механическая задача о гармоническом осцилляторе сводится к задаче о движении космического тела в параболической потенциальной яме.

Каждая упругая волна в космическом пространстве является гармоническим линейным осциллятором (Рис 74), который описывается выражениями:

Q = Asin (?t + ?), p = m?A cos (?t + ?),

где A – амплитуда, ? – начальная фаза колебаний, ? – частота колебаний,

? = 2?? = ?a/m

где а – коэффициент упругости волны.

Исключая время, находим фазовую траекторию:

Фазовой траекторией является эллипс с полуосями А и m?A. Фазовым пространством является плоскость (p, q) (Рис. 76).

Важной характеристикой системы является их площадь S орбит [45].

S = ? p dq = ?ab = ?m?A²;

Полная механическая энергия упругой волны равна

W = ?S / 2? = ? ? p dq

(5)

Откуда следует S = W • T, что эта зависимость имеет размерность: [действие] = [энергия] • [время], то есть площадь орбит – это энергия, умноженная на орбитальный период.

Рис. 76. Схема фазового пространства

Теория Большого взрыва гласит, что Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Отсюда следует, что в предельном случае площадь орбит S в это время приближалась к нулю. При этом, чтобы в точечном пространстве была сосредоточена бесконечно большая первородная энергия W, необходимо практически бесконечная частота колебаний ?.

Первородная энергия, вначале сосредоточенная в точечном космическом пространстве, являлась движущей силой всей Вселенной. Эта энергия является до конца материального мира источником всех материальных объектов и других известных энергий. С самого начала её существования она обладала абсолютной полнотой для обеспечения эволюции Вселенной. Её главной функцией было производство полей и материи. Вновь образованные поля вокруг первородной энергии формировали прочную оболочку. Прочная связь оболочки внешних слоёв с первичным веществом осуществлялась посредством проникновения новых полей и нового вещества в промежутки первичного. При этом важным фактором взаимного проникновения являлось структурное родство и шероховатость поверхности.

Механическое зацепление оболочки на первых стадиях Большого взрыва весьма велико. Оболочка стремилась остановить процесс рождения нового вещества, что приводило к Большому и последующим взрывам. Каждая разлетающаяся часть содержала в себе определённую величину первородной энергии, освобождённую для дальнейшего производства полей и вещества. После их предельного накопления возникал новый взрыв, и это продолжалось многократно.

В последнее время в космологии стал широко применяться термин «темная энергия», вызывающий, по меньшей мере, легкое недоумение. Часто в паре с ним выступает и другой «мрачный» термин – «темная материя», а также упоминается, что, по данным наблюдений, эти две субстанции составляют 95% полной плотности Вселенной. Прольем же луч света на это «царство мрака».

Предыстория вопроса начинается в 1917 году, когда создатель общей теории относительности Альберт Эйнштейн, публикуя решение задачи об эволюции Вселенной, ввел в научный оборот понятие космологической постоянной. В своих уравнениях, описывающих свойства гравитации, он обозначил ее греческой буквой «лямбда» (?). Так она получила свое второе название – лямбда-член. Назначение космологической постоянной состояло в том, чтобы сделать Вселенную стационарной, то есть неизменной и вечной. Без лямбда-члена уравнения общей теории относительности предсказывали, что Вселенная должна быть неустойчивой, как воздушный шарик, из которого вдруг исчез весь воздух. Всерьез изучать такую неустойчивую Вселенную Эйнштейн не стал, а ограничился тем, что восстановил равновесие введением космологической постоянной.

Однако позднее, в 1922—1924 годах Александр Фридман рискнул рассмотреть неустойчивые модели Вселенной. В результате ему удалось найти еще не известные к тому времени нестационарные решения уравнений Эйнштейна, в которых Вселенная как целое сжималась или расширялась.Решения Фридмана поначалу были восприняты – в том числе и самим Эйнштейном – как математическое упражнение. Вспомнили о нем после открытия разбегания галактик в 1929 году. Фридмановские решения прекрасно подошли для описания наблюдений и стали важнейшей и широко используемой космологической моделью. А Эйнштейн позднее назвал космологическую постоянную своей «самой большой научной ошибкой».

Рис. 77. Схема взаимного удаления гравитационно-связанных звёзд под воздействием космического ветра

Постепенно наблюдательная база космологии становилась все более мощной, а исследователи учились не только задавать вопросы природе, но и получать на них ответы. И вместе с новыми результатами росло и число аргументов в пользу реального существования «самой большой научной ошибки» Эйнштейна. В полный голос об этом заговорили в 1998 году после наблюдения далеких сверхновых звезд, которые указывали, что расширение Вселенной ускоряется. Это означало, что во Вселенной действует некая расталкивающая сила, а значит, и соответствующая ей энергия, похожая по своим проявлениям на эффект от лямбда-члена в уравнениях Эйнштейна.

Согласно наблюдениям, космологическое расширение подчиняется закону Хаббла: чем больше расстояние между двумя галактиками, тем быстрее они удаляются друг от друга, причем скорость, определяемая по красному смещению в спектрах галактик, прямо пропорциональна расстоянию. Описывая темную энергию, космологи считают, что ее главное свойство – отрицательное давление. Оно приводит к появлению отталкивающих гравитационных сил. В этом утверждении содержатся сразу два парадокса. Разберем их последовательно. Как давление может быть отрицательным? Давление обычного вещества, как известно, связано с движением молекул. Ударяясь о стенку сосуда, молекулы газа передают ей свой импульс, отталкивают ее, давят на нее. Свободные частицы не могут создать отрицательное давление, не могут «тянуть одеяло на себя».

Анализируя результаты наблюдений галактик, астрономы пришли к выводу, что Вселенная расширяется. Однако многие из них для себя оставили ряд космических областей, в которых, по их мнению, расширения не существует. Они утверждают, что в пределах звёздных систем, галактик, скоплений и сверхскоплений галактик расширения не происходит. По их мнению, гравитационно-связанные системы обособлены от общего расширения Вселенной. Ученые уже давно научились измерять расстояние от нашей планеты до светила. Сейчас оно считается равным 149 597 870 километрам. Раньше полагали, будто оно неизменно. Но в 2004 году российские астрономы обнаружили, что Земля удаляется от Солнца примерно на 15 сантиметров в год – это в 100 раз больше, чем погрешность измерений. Происходит то, что раньше описывали лишь в фантастических романах: планета отправилась в «свободное плавание»? Конечно, пройдут еще сотни миллионов лет, прежде чем мы отойдем от Солнца настолько, что планета замерзнет. Луна удаляется от Земли со скоростью 3,8 сантиметров в год. Такие измерения были совершены с помощью лазерного отражателя, установленного на Луне американскими астронавтами. Мы полагаем, что все другие планеты Солнечной системы удаляются от Солнца каждая своим темпом. Отсюда следует важнейший вывод: расширение Вселенной всеобъемлющее.

«Трудно найти черную кошку (тёмную материю и тёмную энергию) в темной комнате, особенно если ее там нет» – так сказал китайский философ Кун Фу-Цзы. Афоризм Конфуция звучит так: «Не делай ничего дурного даже в темноте», и обычно трактуется как требование устранять дурные мысли прежде, чем они проявятся в уме. Высказывание Конфуция надо понимать в переносном смысли, так как это метафора. Так он говорил об ученых того времени, которые ищут, не зная, что и не зная где.

Как известно, гравитационно-связанные звёзды уравновешиваются центробежными силами при их относительном вращении около общего центра тяжести. Кроме того, все горячие космические тела истекают плазмой, тем самым создают всесторонний космический ветер, от которого возникают реактивные силы отталкивания звёзд друг от друга, как бы далеко они не находились (Рис. 77). Таким образом, все звёзды представляют собой реактивные двигатели. Вот в этом и заключается механизм расширения Вселенной. Звёзды, истекая плазмой, имеют своеобразный реактивный двигатель, чтобы отталкиваться от соседних космических тел, образуя тем самым в космическом пространстве связанную среду. Так происходит ускоренное расширение Вселенной из-за преобладающего ослабления сил гравитации при удалении звёзд друг от друга.