Бесконечна ли вселенная? Правда ли, что вселенная бесконечна Пространство во вселенной бесконечно масса конечна

• была наполнена энергией, присущей самому пространству;
• расширялась в постоянном экспоненциальном порядке;
• создавала новое пространство так быстро, что самая маленькая физическая длина, длина Планка, растягивалась до размеров наблюдаемой сегодня Вселенной каждые 10 -32 секунд.

Верно, в нашем регионе Вселенной инфляция завершилась. Но есть несколько вопросов, на которые мы пока не знаем ответа, которые могут определить истинный размер Вселенной, а также и то, бесконечна она или нет.

Насколько большой была область Вселенной после инфляции, в которой родился наш Большой Взрыв?

Глядя на нашу Вселенную сегодня, на равномерное послесвечение Большого Взрыва и на плоскость Вселенной, мы можем извлечь не так много. Мы можем определить высший предел энергетического масштаба, при котором происходила инфляция; мы можем определить, какая часть Вселенной прошла через инфляцию; мы можем определить нижний предел того, сколько должна была продолжаться инфляция. Но кармашек инфляционной Вселенной, в которой родилась наша собственная, может быть намного, намного больше нижнего предела. Он может быть в сотни, миллионы или гуголы раз больше, чем мы можем наблюдать… или воистину бесконечным. Но пока мы не сможем наблюдать больше Вселенной, чем доступно нам в настоящее время, мы не получим достаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос.

Верна ли идея «вечной инфляции»?

Если вы считаете, что инфляция должна быть квантовым полем, то в любой момент в ходе этой фазы экспоненциального расширения существует вероятность, что инфляция закончится Большим Взрывом, и вероятность, что инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства. Эти расчеты мы вполне можем произвести (при нескольких допущениях) и они приведут к неизбежному выводу: если вам нужна инфляция, которая производит наблюдаемую нами Вселенную, тогда инфляция всегда будет создавать больше пространства, которое продолжает расширяться, по сравнению с регионами, которые уже закончились Большими Взрывами. И если наша наблюдаемая Вселенная могла появиться в результате окончания инфляции в нашем регионе пространства порядка 13,8 миллиарда лет назад, существуют области, в которых инфляция продолжается - создавая все больше и больше пространства и рождая Большие Взрыва - и по сей день. Эта идея носит название «вечной инфляции» и в целом принимается сообществом физиков-теоретиков. И тогда насколько велика вся ненаблюдаемая Вселенная?

Как долго протекала инфляция до своего конца и Большого Взрыва?

Мы можем видеть лишь наблюдаемую Вселенную, созданную в конце инфляции и нашим Большим Взрывом. Мы знаем, что эта инфляция должна была продолжаться по меньшей мере 10 -32 секунд или около то, но вполне могла и дольше. Но насколько дольше? На секунды? Годы? Миллиарды лет? Или бесконечно? Всегда ли протекала инфляция Вселенной? Было ли у нее начало? Возникла ли она из предыдущего состояния, которое было вечно? Или, возможно, все пространство и время возникло из «ничего» какое-то время назад? Возможностей много, но все они непроверяемы и недоказуемы к настоящему времени.

В соответствии с нашими лучшими наблюдениями, мы знаем, что Вселенная намного, намного больше той части, которую мы имеем счастье наблюдать. За пределами того, что мы видим, находится много больше Вселенной, с теми же законами физики, с теми же структурами (звездами, галактиками, скоплениями, нитями, пустотами и т. п.) и с теми же шансами на развитие сложной жизни. Также должны быть конечные размеры «пузырей», в которых заканчивается инфляция, и гигантское количество таких пузырей, заключенных в гигантском, раздувающемся в процессе инфляции пространстве-времени. Но любым большим числам есть предел, они не бесконечны. И только если инфляция не продолжалась на протяжении бесконечно протяженного времени, Вселенная должна быть конечной.

Проблема в этом всем то, что мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной в нашей наблюдаемой Вселенной: к этим 46 миллиардам световых лет во всех направлениях. Ответ на самый большой из всех вопросов, будь Вселенная конечной или бесконечной, может быть закодирован в самой этой Вселенной, но мы слишком связаны по рукам, чтобы узнать это. К сожалению, физика, которая у нас есть, не дает нам других вариантов.

Здравый смысл подсказывает, что люди никогда не узнают наверняка, как образовалась Вселенная. Сама по себе возникла? Или кто-то создал? С трудом верится, что можно получить точные ответы и на другие фундаментальные вопросы. Бесконечна ли она? Или у мироздания все-таки есть край. И вообще — что оно собой представляет?

Однако физиков не смущает неопределенность — регулярно одаривают человечество оригинальными гипотезами. И вот самая поразительная из них: Вселенная — это голограмма. Эдакая проекция.

Первым со столь неожиданной идеей выступил Дэвид Бом (David Bohm) — физик из Лондонского университета. Еще в 80-е годы. После того как его коллега из Парижского университета Элэйн Аспект (Alain Aspect) экспериментально показал: элементарные частицы могут мгновенно обмениваться информацией на любом расстоянии — хоть в миллионы световых лет. То есть вопреки Эйнштейну осуществлять взаимодействия со сверхсветовой скоростью и, по сути, преодолевать временной барьер. Такое, предположил Бом, может быть, если только наш мир — голограмма. И каждый ее участок содержит информацию о целом — о всей Вселенной.

Полный абсурд, казалось бы. Но в 90-е годы его поддержали лауреат Нобелевской премии по физике Герард Хуфт (Gerard ‘t Hooft) из Утрехтского университета (Нидерланды) и Леонард Зусскинд (Leonard Susskind) из Стэнфордского университета (США). Из их объяснений следовало, что Вселенная — это голографическая проекция физических процессов, которые происходят в двумерном пространстве. То есть на некой плоскости. Представить такое можно, взглянув на любую голографическую картинку. Например, размещенную на кредитной карточке. Картинка — плоская, но создает иллюзию трехмерного объекта.

Очень трудно, прямо скажем, невозможно поверить, что мы — иллюзия, фантом, небылица. Или хотя бы матрица, как в одноименном фильме. Но этому недавно нашлось почти материальное подтверждение.

В Германии под Ганновером вот уже седьмой год работает гигантский интерферометр — прибор под названием GEO600. По масштабам он лишь немного уступает скандальному адронному коллайдеру. С помощью интерферометра физики намерены поймать так называемые гравитационные волны — те, которые должны существовать, если верить выводам теории относительности Эйнштейна. Они — эдакая рябь ткани пространства-времени, которая обязана возникать от каких-нибудь катаклизмов во Вселенной вроде взрывов сверхновых. Подобно кругам на воде от камушка.

Суть ловли проста. Два лазерных луча направляют перпендикулярно друг другу по трубам длиной 600 метров. Потом сводят в один. И смотрят на результат — на интерфериционную картину. Если волна придет, то она сожмет пространство в одном направлении и растянет в перпендикулярном. Расстояния, пробегаемые лучами, изменятся. И это будет видно на той самой картинке.

Увы, за семь лет ничего похожего на гравитационные волны заметить не удалось. Зато ученым, возможно, удалось сделать куда более волнующее открытие. А именно обнаружить «зерна», из которых состоит конкретно наше пространство-время. И это, как оказалось, имеет непосредственное отношение к голографическому образу Вселенной.

Да простят меня квантовые физики за грубое объяснение, но из их заумных теорий следует вот что. Ткань пространства-времени зерниста. Словно фотография. Если ее неустанно увеличивать (будто бы на компьютере), то наступит такой момент, когда «изображение» покажется составленным из пикселей — эдаких невообразимо мелких элементиков. И принято считать, что линейный размер такого элементика — так называемая Планковская длина — не может быть меньше, чем 1,6 на 10 в минус 35-й степени метра. Она несравненно меньше протона. Из этих «зерен» якобы и состоит Вселенная. Подтвердить экспериментально не получается — можно только верить.

Есть основания полагать, что эксперименты на GEO600 показали: реально «зерна» гораздо крупнее — в миллиарды миллиардов раз. И представляют собой кубики со стороной 10 в минус 16-й степени метра.

О существовании больших пикселей недавно заявил один из первооткрывателей темной энергии -Крейг Хоган (Craig Hogan), директор центра квантовой астрофизики лаборатории Ферми (Fermilab’s Center for Particle Astrophysics) и по совместительству профессор астрономии и астрофизики университета Чикаго. Предположил, что на них могли натолкнуться в экспериментах по ловле гравитационных волн. Поинтересовался, не наблюдают ли коллеги нечто странное — вроде помех. И получил ответ — наблюдают. И как раз помехи — некий «шум», который мешает дальнейшей работе.

Хоган считает, что исследователи обнаружили те самые крупные пиксели ткани пространства-времени — они-то и «шумят», сотрясаясь.

Хоган представляет Вселенную в виде сферы, поверхность которой покрыта элементиками Планковской длины. И каждый несет в себе единицу информации — бит. А то, что внутри, — созданная ими голограмма.

Тут, конечно, есть парадокс. Согласно голографическому принципу количество информации, которая содержится на поверхности сферы, должно совпадать с количеством внутри. А ее — в объеме — явно больше.

Не беда, полагает ученый. Если «внутренние» пиксели окажутся гораздо крупнее «внешних», то искомое равенство будет соблюдено. А так и вышло. В смысле размеров.

Рассказывая о голограмме, ученые — а их уже много — придали мирозданию еще более затейливую суть, чем можно было представить себе раньше. Тут уж точно не обойтись без вопроса: а кто так постарался? Может быть, и Бог — сущность более высокого порядка, чем мы, — примитивные голограммы. Но тогда вряд ли стоит искать его в нашей Вселенной. Не мог же он сотворить сам себя и теперь находиться внутри в виде голограммы?! А вот снаружи Творец вполне мог бы быть. Но нам этого не видно.

С 2001 года в космосе летает зонд под названием WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Ловит «сигналы» — так называемые флуктации микроволнового фона — излучения, которыми наполнено пространство. На сегодняшний день наловил столько, что удалось создать карту этого излучения — ученые называют его реликтовым. Мол, сохранилось с момента зарождения Вселенной.

Анализируя карту, астрофизики точно, как им кажется, высчитали возраст Вселенной — она была создана ровно 13,7 миллиарда лет назад. Сделали вывод, что Вселенная не бесконечна. И представляет собой шар, как бы замкнутый сам на себя.

Шар, конечно, огромный, — говорит Дуглас Скотт из университета Британской Колумбии (Канада), — но не настолько, чтобы считать его бесконечным.

О шаре толкуют и «голографисты». И это вселяет призрачные надежды. Не исключено, что, создав подходящие инструменты, ученые смогут проникнуть внутрь этой голограммы. И начнут извлекать из нее записанную информацию — картинки прошлого, а то и будущего. Или далеких миров. Вдруг вообще откроется возможность путешествовать туда-сюда по пространству-времени. Раз и мы, и оно — голограммы…

После того как Эйнштейн в основном завершил свой опыт релятивистской теории тяготения, он неоднократно пытался построить, исходя из нее, свою модель вселенной, которую многие почитают едва ли не самой важной частью его работы.

Однако и Эйнштейново уравнение тяготения при том же предположении о равномерном распределении «материи» («однородности и изотропности пространства») не давало избавления от космологических парадоксов: «вселенная» получалась неустойчивой, и, чтобы предотвратить ее стягивание тяготением, Эйнштейн не нашел ничего лучшего, как, подобно Зелигеру, вставить в свое уравнение еще один член - ту же универсальную так называемую космологическую постоянную. Эта константа выражает гипотетическую силу расталкивания звезд. Поэтому-то даже в отсутствие масс в релятивистской модели де Ситтера получается постоянная отрицательная кривизна пространства-времени.

При таких условиях решение гравитационных уравнений дало Эйнштейну конечный мир, замкнутый в себе из-за «кривизны пространства», подобно сфере конечного радиуса, - математическая модель в виде цилиндра, где искривленное трехмерное пространство образует его поверхность, а время - неискривленное измерение, идущее вдоль образующей цилиндра.

Вселенная стала «безгранична»: двигаясь по сферической поверхности, понятно, невозможно натолкнуться на какую-либо границу, - но тем не менее не бесконечна, а конечна, так что свет, словно Магеллан, может обойти ее и вернуться с другой стороны. Таким образом получиться, что обсерватория, наблюдая в фантастически сильный телескоп две разные звезды на противоположных сторонах небосклона, может оказаться, видит одну и ту же звезду с ее противоположных сторон, и тождество их может быть установлено по каким-нибудь особенностям спектра. Вот и получается, что замкнутость мира оказывается доступной экспериментальному наблюдению.

Исходя из подобной модели получается, что и объем мира, так же, как и масса его материи, получается равным вполне определенной конечной величине. Радиус кривизны зависит от количества «материи» (массы) и ее разреженности (плотности) во вселенной.

Космологи занялись великими вычислениями «радиуса мира». Согласно Эйнштейну, он равен 2 миллиардам световых лет! За этот радиус ввиду общей «кривизны пространства» никакие лучи и тела; не могут выйти.

Эта «современная идея» заменить бесконечность безграничной замкнутостью, где упреки в конечности, дескать, «недоразумение», потому что здесь нет «конечных прямых», возникла по меньшей мере в середине позапрошлого века, когда ее проводил Риман 3.

И вот уже полтора столетия она разъясняется притчей о поучительной ограниченности плоских, как тени, существ, ползающих на двумерном шаре: не ведая ни высоты, ни глубины, мудрые «плоскатики» с изумлением обнаруживают, что их мир не имеет ни начала, ни конца и все же конечен.

На этом основании на сам вопрос: а что находится за границами замкнутой вселенной? - по позитивистскому обыкновению отвечают лишь снисходительной иронией -- как на «бессмысленный», потому что у сферы границ нет.

Что касается фотометрического парадокса Ольберса, то статическая модель Эйнштейна не дала даже подобия его разрешения, поскольку свет должен вечно крутиться в ней.

Противостояние притяжения и расталкивания означало неустойчивость вселенной: малейший толчок - и модель начнет либо расширяться - и тогда наш остров звезд и света рассеивается в бесконечном океане, мир опустошается. Либо сжиматься - смотря что перевесит, какова плотность материи в мире.

В 1922 году ленинградский математик А. А. Фридман решил уравнения Эйнштейна без космологического члена и нашел, что вселенная должна расширяться, если плотность материи в пространстве больше 2 х 10 в минус 29 степени г/см3. Эйнштейн не сразу согласился с выводами Фридмана, но в 1931 - 1932 годах отметил их большое принципиальное значение. А когда в 1920-е годы де Ситтер отыскал в работах Слайфера указания на «красное смещение» в спектрах спиральных туманностей, подтвержденное исследованиями Хаббла, а бельгийский астроном аббат Леметр предположил по Доплеру причину в их разбегании, некоторые физики, в их числе и Эйнштейн, увидели в этом неожиданное опытное подтверждение теории «расширяющейся вселенной».

Подмена бесконечности «безграничной» замкнутостью - софизм. Выражение же «кривизна пространства - времени» физически означает изменение в пространстве («искривление») поля тяготения; это прямо или косвенно признают крупнейшие знатоки эйнштейновской теории. Компоненты метрического тензора или других измерений «кривизны» играют в ней роль ньютоновых потенциалов. Таким образом, «пространством» здесь именуется просто вид материи - гравитационное поле.

Это обычная у позитивистов путаница понятий, которая идет еще от Платона, Юма, Мопертьюи, Клиффорда и Пуанкаре, и ведет к абсурдам. Во-первых, к отрыву пространства от материи: если гравитация не материя, а только форма ее существования - «пространство», то получается, что «форма материи» простирается далеко от «материи» (как позитивисты называют только массу) и там искривляется и замыкается. Во-вторых, это ведет к представлению «пространства» особой субстанцией - в дополнение к материи: «пространство» несет энергию и причинно взаимодействует с материей. В-третьих, это ведет к абсурду «пространства в пространстве» - обычной у позитивистов двусмысленности в употреблении этого слова: геометрия «пространства» определяется распределением в пространстве материи, - в таком-то месте пространства («вблизи масс») «пространство» искривилось.

Между тем эйнштейновская «замкнутость вселенной» в действительности может означать замкнутость лишь ее отдельного образования, в чем ничего чрезвычайного нет: замкнуты и звездные системы, и планеты, и организмы, и молекулы, и атомы, и элементарные частицы. Ядерные силы не распространяются дальше области 3 х 10 в минус 13 степени см, но это пространство открыто для электромагнитных и гравитационных сил.

Астрономы предполагают существование «черных дыр» - сколлапсировавших звезд со столь сильным полем тяготения, что оно не «выпускает» свет. Можно допустить, что есть где-то предел распространению и гравитационных сил, открытый для каких-то других сил. Подобным образом относительно замкнутой может быть и доступная нашим телескопам черная и сверкающая метель галактик - какая-то часть мира, в которую входит известный нам мир.

Если б космологи ясно сознавали, что речь идет об относительной замкнутости какой-то части вселенной, тогда вычисления радиуса этой части не пользовались бы таким возбужденным вниманием мистиков.

При постулировании разных дополнительных условий и в Ньютоновой, и в эйнштейновской, и в других теориях тяготения получается много возможных космологических моделей. Но каждая из них, по-видимому, описывает только какую-то ограниченную область вселенной. Как бы ни окрыляли нас успехи познания, упрощенно и ошибочно представлять весь мир по образцу познанного - однообразным нагромождением одинакового, абсолютизируя свойства и законы его отдельной части.

Бесконечность принципиально непознаваема конечными средствами. Ни космология, ни какая-либо другая из частных наук не может быть наукой о всем бесконечном мире. А вдобавок такая экстраполяция еще и дает пищу разным мистическим спекуляциям.

Показана возможность избежания сингулярности Большого Взрыва а, следовательно, и гарантирования вечности Вселенной не только в будущем, но и в прошлом. Реальность вечности Вселенной подтверждается результатами наблюдений далеких сверхновых звезд и основывается на отсчете космологического времени в несопутствующей веществу системе отсчета, в которой по гипотезе Вейля галактики расширяющейся Вселенной квазинеподвижны.

Is Universe Eternal?

The possibility to avoid the singularity of Big Bang of the Universe in general theory of relativity, and thereby – the possibility to guarantee Universe eternity not only in future, but also in the past, is shown. The reality of Universe eternity is confirmed by the results of observations of distant supernovas and is based on the counting of cosmological time in the frame of reference not co-moving with matter, in which by the Weyl hypothesis galaxies of expanding Universe are quasimotionless.

Введение

1. Анализ исследований и публикаций.

2. Постановка задачи.

3. О невозможности прямого отсчета космологического времени в СО мира людей.

4. Выбор и верификация системы отсчета космологического времени.

5. Обоснование результатов астрономических наблюдений сверхновых.

Реферат

Космогонические вопросы «вечности» и «бесконечности» Вселенной будоражили умы философов и астрономов (астрологов) издревле. Обращение к ним можно найти в древнеиндийских «Ведах», «Махабхарате», «Авесте» и в произведениях античных авторов. Наиболее важную роль в истории философии и космологии все же сыграли «антиномии», сформулированные Кантом в своем главном труде – «Критике чистого разума»:

Тезис. Мир имеет начало во времени и ограничен также в пространстве.

Антитезис. Мир не имеет начала во времени и границ в пространстве; он бесконечен и во времени и в пространстве .

Нестационарные решения уравнений гравитационного поля общей теории относительности (ОТО), найденные Фридманом , а также гипотеза Большого Взрыва Вселенной, выдвинутая Гамовым, казалось бы «сдвинули чашу весов» в пользу конечности «возраста» Вселенной. Тем более что обнаруженное астрономами смещение длин волн излучения далеких галактик в красную область спектра и установленная Хабблом линейная зависимость от расстояния скорости удаления от наблюдателя галактик расширяющейся Вселенной, казалось бы, тоже подтверждали это. Однако сразу же возникли принципиально не имеющие ответа философские вопросы: «А что же было до этого Большого Взрыва?» и «В чем же размещалось до этого и расширяется сейчас изначально сжатое в точку пространство?»

Анализ исследований и публикаций

Философскими проблемами пространства и времени занимались многие философы, как за рубежом, так и в СССР. Особо следует отметить Венский и Берлинский кружки так называемых «аналитических философов», слишком огрубленно зачисляемых у нас целиком по ведомству «неопозитивизма» . Это представители «левого» (Шлик, Нейрат и др.) и «правого» (Крафт и др.) крыла, а также «центристы» (Карнат, Рейхенбах). Одним из самых обстоятельных исследований философских проблем пространства и времени, не утратившим актуальности и сейчас (особенно в части топологических свойств пространства и времени) является исследование Рейхенбаха .

Результаты обобщения исследований по вопросам «вечности» и «бесконечности» Вселенной изложены в работах . Однако все они преимущественно базируются на теории Большого Взрыва Вселенной. Среди оригинальных идей, развивающих теорию Большого Взрыва, следует отметить гипотезу колебательного режима приближения к особой точке (космологической сингулярности) , а также нефридмановские космологические модели с замкнутым мировым временем . Однако эти модели ведут к отступлению от принципа причинности и к нарушению аксиом временного порядка.

Из альтернативных теорий наибольшего внимания заслуживает теория Голда–Бонди–Хойла , согласно которой вблизи горизонта видимости любого астрономического тела происходит непрерывное зарождение вещества. Если под «зарождением вещества» понимать лишь «актуализацию» виртуального состояния элементарных частиц (переход физического вакуума от хаотического возбужденного состояния, в котором в нем содержались лишь плотно «упакованные» виртуальные проточастицы) и рассматривать этот процесс не в космологическом времени, а в собственном времени какого-либо астрономического тела, то это будет формально соответствовать рассмотренному в и обосновываемому здесь эволюционному процессу расширения Вселенной. Ведь в соответствии с этим процессом с каждым событием, произошедшим в ближайшей окрестности наблюдателя, одновременным по его часам всегда является на горизонте видимости лишь бесконечно далекое космологическое прошлое Вселенной. И это связано с несоблюдением в собственном времени самосжимающегося вещества одновременности в разных точках его собственного пространства событий, одновременных в космологическом времени.

Из результатов астрономических исследований, способствующих решению исследуемой проблемы, следует отметить обнаружение у сверхновых с умеренно и чрезвычайно высоким красным смещением спектра излучения более тусклого свечения, чем это ожидалось при гораздо меньшей дальности, определяемой до них согласно линейной зависимости Хаббла . Такой результат заставил астрономов и астрофизиков перейти от концепции замедляющегося расширения к концепции ускоряющегося расширения Вселенной. А это в свою очередь привело к необходимости обязательного введения в уравнения гравитационного поля ОТО космологического λ-члена, ответственного за «антигравитацию». При не нулевом же значении космологической постоянной λ в жесткой системе отсчета пространственных координат и времени (СО), соответствующей решению Шварцшильда, возникает статический горизонт видимости, на котором несобственное (координатное) значение скорости света равно нулю .

Независимость же от времени радиуса этого горизонта указывает на то, что он не может быть горизонтом событий а, следовательно, и не может соответствовать теории Большого Взрыва Вселенной. При этом гравитационное поле, заставляющее далекие астрономические объекты свободно (инерциально) падать на горизонт видимости, однако и не позволяющее им никогда достичь его, является принципиально устранимым соответствующими преобразованиями координат и времени. И, следовательно, этот горизонт может быть сформирован лишь за счет неравномерных лоренцевых сокращений радиальных отрезков в мировом пространстве и бесконечно большого на нем лоренцева замедления времени, что вызвано самосжатием в этом пространстве, как самого астрономического тела, так и жестко связанного с ним его собственного пространства .

Важную роль в физической трактовке кривизны и в конформной трактовке бесконечности пространства и времени сыграли работы Пуанкаре (так называемая сфера Пуанкаре ) и Пенроуза . Для решения рассматриваемой здесь проблемы чрезвычайно важны, как исследования Вейля по калибровочной инвариантности мира людей к масштабным преобразованиям пространства, приводящим к его метрической неоднородности (анизометрии) для вещества , так и гипотеза Вейля о существовании несопутствующей веществу СО, в которой галактики расширяющейся Вселенной квазинеподвижны, то есть совершают лишь малые пекулярные движения . В этой СО Вейля вместо явления расширения Вселенной имеет место принципиально ненаблюдаемое в СО вещества явление калибровочного для мира людей самосжатия этого вещества в мировом пространстве (абсолютном пространстве Ньютона – Вейля ). К СО Вейля, ввиду отсутствия в ней явления расширения Вселенной, могут быть адаптированы теории стационарной Вселенной многих авторов. Хотя эти теории базируются и на ином (не связанном с калибровочным постепенным самосжатием вещества в мировом пространстве) механизме эволюционного уменьшения частоты излучения, космологические возрасты событий в далеком прошлом Вселенной, предсказываемые некоторыми из них, более соответствуют результатам астрономических наблюдений, нежели возрасты, предсказываемые теорией Большого Взрыва.

Постановка задачи

Ковариантность уравнений гравитационного поля ОТО относительно преобразований пространственных координат и времени а, следовательно, и их независимость от формирования пространственно-временных континуумов (ПВК) и соответствующих им СО создают проблемы выбора этих ПВК и СО и их верификации (установления соответствия выбранных ПВК и СО какой-либо физической реальности). В соответствии с этим основной задачей, которую необходимо решить для получения ответа на вопрос: «Вечна ли Вселенная?», является поиск и обоснование фундаментального ПВК, в СО которого следует отсчитывать космологическое время.

О невозможности прямого отсчета космологического времени в СО мира людей

Если, основываясь на антропоцентризме (благодаря которому человечество в течение многих тысячелетий считало, что Земля абсолютно неподвижна, а Солнце и звёзды перемещаются по небосводу), мы будем отсчитывать космологическое время в мире людей, то неизбежно придём к концепции Большого Взрыва и к конечности возраста Вселенной. Тем самым будет констатироваться возможность зарождения Вселенной «неизвестно где и в чём» (из гипотетического её «точечного» состояния) а, следовательно, неизбежно возникнет и принципиально не имеющий ответа философский вопрос: «А что же всё-таки было до этого?». К тому же мы придем и к выводу, что все физические процессы, и в том числе эволюционные, в галактиках, удаляющихся от нас со скоростью Хаббла, протекают в космологическом времени значительно медленнее, чем на Земле. Ведь в них происходит релятивистское (лоренцево) замедление хода времени. Поэтому прямое (без дополнительных преобразований показаний часов) использование времени, отсчитываемого в сопутствующей веществу СО мира людей, неприемлемо для определения промежутков космологического времени между событиями на далеких объектах Вселенной.

Выбор и верификация системы отсчета космологического времени

Расширение Вселенной, аналогично ежедневному перемещению Солнца по небосводу, можно рассматривать лишь как вторичное явление, наблюдаемое в некоторой избранной СО – СО мира людей и являющееся следствием какого-либо первичного процесса, происходящего в фундаментальной СО – СО неувлекаемого движущимся веществом физического вакуума . Эта фундаментальная СО ПВК физического вакуума является тождественной СО Вейля и в ней идентичные физические процессы протекают с одинаковой скоростью во всех точках с пренебрежительно малыми или же одинаковыми потенциалами принципиально неустранимого гравитационного поля. Поэтому отсчитываемое в СО Вейля время T (r, t ) = T i + (t – t i ) – F (r, r b )H /c , темп течения которого не отличается от темпа течения собственного координатного (астрономического) времени t , отсчитываемого в СО вещества (в СО мира людей), вполне может претендовать на роль космологического времени. Здесь: F (r, r b ) – функция, зависящая лишь от значений фотометрического радиуса r в собственном пространстве вещества и определяющая взаимную десинхронизацию космологического времени и собственного времени вещества в точках пространства, удаленных от точки i синхронизации отсчетов этих времен; H = c (λ/ 3) 1/2 и c – соответственно постоянная Хаббла и постоянная (собственное значение) скорости света.

Чтобы это претендование соответствовало физической реальности, мы должны исходить из псевдодиссипативности среды эволюционирующего («стареющего») физического вакуума. В соответствии с синергетикой лишь только тогда и обеспечивается возможность непрерывной самоорганизации в физическом вакууме самоподдерживающихся автоволновых структурных элементов (виртуальных элементарных частиц), регистрируемых в ядерных исследованиях. Принципиально ненаблюдаемая в СО вещества эволюционная самостягиваемость в СО Вейля сходящихся спиральноволновых образований, соответствующих элементарным частицам вещества , и является ответственной за калибровочное для мира людей непрерывное уменьшение размеров вещества в мировом пространстве СО Вейля, а следовательно, и за явление расширения Вселенной в СО мира людей.

Поэтому расстояния между квазинеподвижными в СО Вейля галактиками постепенно удлиняются в СО, сопутствующих эволюционно самосжимающемуся веществу, не из-за расширения космического пространства в «никуда», а из-за монотонного сокращения в СО Вейля вещественного эталона длины. Обусловленность же процесса, который имеет место в мегамире, процессами, которые происходят в микромире, хорошо согласуется с наличием многих соответствий в соотношениях между атомными, гравитационными и космологическими характеристиками – «большими числами» Эддингтона–Дирака . При этом она гарантирует вечное существование Вселенной, как в прошлом, так и в будущем и не противоречит современным физическим представлениям.

Такое калибровочное (для собственного наблюдателя) самосжатие вещества, которое проявляется в релятивистском сокращении размеров движущегося тела, впервые было признано физически реальным в специальной теории относительности. В ОТО оно вызвано влиянием гравитационного поля на вещество и может быть довольно значительным при релятивистском гравитационном коллапсе. Однако, если при перемещении вещества вдоль силовых линий гравитационного поля происходит калибровочное самодеформирование его в мировом пространстве, то тогда почему оно не может быть возможным и при «перемещении» тела лишь во времени? Ведь, благодаря объединению пространства и времени в единый ПВК (четырехмерное пространство-время Минковского) координатное время в ОТО равноценно пространственным координатам.

Таким образом, если исходить из познаваемости не только наблюдаемых, но и принципиально скрытых от наблюдения (калибровочных) физических процессов, то проблема выбора между антропоцентрической СО, соответствующей Большому Взрыву Вселенной, и СО Вейля, соответствующей эволюционному процессу калибровочного самосжатия вещества в мировом пространстве, может быть решена в пользу последней (как не ставящей на пути познания природы принципиально неразрешимых вопросов и, поэтому, гносеологически более приемлемой).

Обоснование результатов астрономических наблюдений сверхновых

В пределах горизонта видимости собственного метрического пространства эволюционно самосжимающегося в СО Вейля тела заключено все бесконечное пространство СО Вейля, так что из-за горизонта видимости не могут появиться, как и скрыться за ним, никакие астрономические объекты . С любым событием (где бы и когда бы оно ни произошло) на горизонте видимости одновременным всегда является бесконечно далекое прошлое. Поэтому устанавливаемый уравнениями гравитационного поля горизонт видимости собственного пространства любого астрономического тела фактически является псевдогоризонтом прошлого. Ввиду, как неподвижности горизонта видимости в собственном метрическом пространстве любого астрономического тела, так и неизменности (при неизменном гравитационном радиусе r g = const (t ) тела) его фотометрического радиуса r c разбегание от наблюдателя далеких галактик нельзя рассматривать буквально как расширение Вселенной в этом пространстве. Эти галактики свободно «падают» на неподвижный горизонт видимости, однако, не в состоянии никогда его достичь, ввиду принадлежности его лишь бесконечно далекому космологическому прошлому. Более высокая концентрация астрономических объектов возле горизонта видимости, обусловленная этим, и конечность собственного пространства физического тела, однако, не обнаруживаются в процессе астрономических наблюдений. Это связано с определением расстояний до далеких звезд непосредственно по их концентрации в определенном телесном угле, исходя из предположения о равномерном распределении их в пространстве, а также по их светимости L ν (Φ ν , r A , r i ), оцениваемой количеством квантов энергии в потоке Φ ν , исходя из предположения об изотропности их светимости. Однако же, это справедливо лишь для евклидова пространства СО Вейля, а не для собственного пространства вещества, имеющего кривизну. И, следовательно, в процессе любых наблюдений определяется не фотометрическое радиальное расстояние r A до далекого объекта A в конечном неевклидовом собственном пространстве тела, из точки i которого ведутся наблюдения. На самом деле, определяется непрерывно перенормируемое радиальное расстояние до объекта A в бесконечном евклидовом пространстве СО Вейля:

R A * = R A R i " * / R i = R A r i / R i " =
= r A (c – Hr i ) / (c – Hr A ) ≈ r A (r c – r i ) / (r c – r A ) >> r A ,

где при r i >> r g : r c ≈ c /H . Это расстояние до объекта A имеет место в момент космологического времени, в который объект A испустил излучение. Определяется же оно с помощью метрической шкалы, откалиброванной по вещественному эталону длины у наблюдателя, однако, не в момент испускания, а в момент регистрации излучения в точке i (R i " * = r i ). Поэтому то расстояния R A *, определяемые по светимости в максимуме блеска сверхновых с умеренно (0,3 z z > 1) высокими значениями смещения z = Δλ c / i i λ c ≈ HR A */c длины волны излучения λ с в красную область спектра, значительно и превышают хаббловы фотометрические расстояния r A ≈ v AH / H до этих сверхновых в собственном пространстве наблюдателя . И, следовательно, «несоответствие» зависимости Хаббла расстояний до сверхновых с умеренно и чрезвычайно высоким длинноволновым смещением спектра излучения никоим образом не вызвано постепенным увеличением значения постоянной Хаббла, предусматриваемым гипотезой «ускоряющегося расширения Вселенной» . Оно лишь подтверждает обоснованность отсчета космологического времени в СО Вейля.

К тому же из-за несоблюдения одновременности в собственном времени вещества событий, имеющих одинаковый космологический возраст, при нестабильности значения постоянной Хаббла в космологическом времени ее величина была бы неодинаковой в разных точках пространства в один и тот же момент собственного времени любого астрономического объекта расширяющейся Вселенной. Это же, как и следовало ожидать, в астрономических наблюдениях отсутствует. Однако, несмотря на строго экспоненциальное ускорение расширения Вселенной, вызванная самосжатием вещества в СО Вейля «антигравитация» в собственной СО любого астрономического тела конечно присутствует. При этом космологическая постоянная уравнений гравитационного поля однозначно определяется постоянной Хаббла, значение которой неизменно не только в пространстве, но и во времени.

Наблюдаемое в точке i уменьшение частоты j i ν c A излучения источника A , условно неподвижного в мировом пространстве СО Вейля и движущегося в точке j в собственной СО наблюдателя со скоростью Хаббла, определяется при пренебрежении слабой напряженностью собственного гравитационного поля на излучающей поверхности источника следующим образом :

j i β ν A = j i ν c A / i i ν c = 1/(1 + z ) =
= exp [H (T j – T i )] ≈ 1 – Hr A / c ≈ (1 + HR A */c ) –1 ,

где: r A = r j , r g r i r j r c . Совершенно такая же зависимость смещения z спектра излучения далекого астрономического объекта от длительности космологического времени ΔT = T i – T j распространения этого излучения к наблюдателю имеет место и в большинстве теорий стационарной Вселенной. Статистический анализ результатов наблюдения сверхновых звезд , выполненный в работе , подтверждает хорошее соответствие этой зависимости результатам наблюдений сверхновых.

При не слишком большом расстоянии до источника излучения это уменьшение мало отличается от псевдодоплеровского уменьшения частоты, не учитывающего связанной с явлением расширения Вселенной физической неоднородности собственного пространства наблюдателя (эта неоднородность заключается в неодинаковости наблюдаемых из точки i несобственных значений скорости света j i ν c в других точках этого пространства). На больших же расстояниях влияние на него физической неоднородности собственного пространства наблюдателя очень существенно. Поэтому используемое в космологии нормированное по скорости света псевдодоплеровское значение скорости удаления объектов расширяющейся Вселенной является немного завышенным по сравнению с его истинным значением

j i ν AH / j i ν c ≈ Hr A / c ≈ HR A * / (c + HR A *).

Однако оно является существенно меньшим его псевдохабблова значения

j i v APH / j i v c ≈ HR A * / c >> Hr 7 / c .

В соответствии с этим при использовании псевдодоплеровского смещения частоты излучения (не учитывающего физической неоднородности собственного пространства эволюционно самосжимающегося тела, в СО которого ведется наблюдение) также определяется значение расстояния, более близкое к непрерывно перенормируемому значению расстояния в мировом пространстве СО Вейля, а не к фотометрическому значению расстояния в собственном пространстве наблюдателя.

Выводы

Рассмотренный здесь гносеологический подход к формированию СО в ОТО и определяемая им верификация этих СО позволяют уйти от константирования физической реальности такого псевдособытия как Большой Взрыв Вселенной. Космологическая сингулярность ОТО соответствует бесконечно далекому космологическому прошлому Вселенной и, поэтому, на самом деле она физически не реализуется. Процесс расширения вечной Вселенной является бесконечно долгим эволюционным процессом, не имеющим ни начала, ни конца. Вызван этот процесс эволюционной изменчивостью свойств физического вакуума и непрерывной «адаптацией» элементарных частиц вещества к постоянно обновляемым условиям их взаимодействия. Все это хорошо согласуется, как с ОТО и с синергетикой, так и с результатами астрономических наблюдений.

Источники информации:

1. Кант И. Сочинения в шести томах, т. 3.
2. Фридман А.А. О кривизне пространства // УФН, 1967, т. 93, №2, С. 280.
3. Акчурин И.А. Методологический анализ концепций пространства и времени Рейхенбаха // Г. Рейхенбах. Философия пространства и времени – М.: Прогресс, 1985. – С. 323...334.
4. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. – М.: Прогресс, 1985. – 313 с.
5. Мелюхин С.Т. Проблема конечного и бесконечного. – М.: Госполитиздат, 1958. – 262 с.
6. Мостепаненко А.М. Пространство и время в макро-, мега- и микромире. – М.: Политиздат, 1974. – 240 с.
7. Чудинов Э.М. Теория относительности и философия. – М.: Политиздат, 1974. – 304 с.
8. Турсунов А. Философия и современная космология. – М.: Политиздат, 1977. – 191 с.
9. Кармин А.С. Познание бесконечного. – М.: Мысль, 1981. – 214 с.
10. Белинский В.А., Лифшиц Е.М., Халатников И.М. Колебательный режим приближения к особой точке в релятивистской космологии // УФН, 1970, т. 102, №3.
11. Уитроу Дж.Дж. Естественная философия времени. – М., 1964.
12. Иваненко Д.Д. Актуальность теории гравитации Эйнштейна // Проблемы физики: классика и современность / ред. Г.-Ю. Тредер – М.: Мир, 1982. С. 127...154.
13. Bondi H. Cosmology. – Cambridge, 2nd Ed., 1960.
14. Даныльченко П.И. Основы калибровочно-эволюционной теории Мироздания (пространства, времени, тяготения и расширения Вселенной). – Винница, 1994. – 78 с.; . Интернет-издание , 2005.
15. Даныльченко П.И. О возможностях физической нереализуемости космологической и гравитационной сингулярностей в ОТО // Калибровочно-эволюционная интерпретация специальной и общей теорий относительности . – Вінниця: О. Власюк, 2004. – С. 35...81.
16. Даныльченко П.И. Пространство-время: физическая сущность и заблуждения // Sententiae, спецвипуск №3, Філософія і космологія. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2004. – С. 47...55.
17. Даныльченко П.И. Гносеологический подход к формированию систем отсчета в ОТО // Сборник материалов научно-практического семинара «Проблемы верификации в электоральном процессе». – Керчь, 2004. – С. 56...61.
18. Perlmutter S. et al. Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae // Astrophys. J. – 1999, v. 517, – P. 565...586.
19. Даныльченко П.И. Физическая сущность сингулярностей в шварцшильдовом решении уравнений гравитационного поля ОТО // Sententiae, спецвипуск №1, Філософія і космологія. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2005. – С. 95...104.
20. Пуанкаре А. О науке. – М.: Наука, 1983. – С. 5...152.
21. Сойер У. Прелюдия к математике. – М.: Просвещение, 1972. – С. 72...75.
22. Пенроуз Р. Конформная трактовка бесконечности // Гравитация и топология. Актуальные проблемы / ред. Д. Иваненко. – М.: Мир, 1966. – С. 152...181.
23. Пенроуз Р. Структура пространства-времени. – М.: Мир, 1972. – С. 183.
24. Утияма Р. К чему пришла физика? (От теории относительности к теории калибровочных полей). – М.: Знание, 1986. – С. 153...177.
25. Weyl H. Raum-Zeit-Materie, 5-th ed. – Berlin, 1923.
26. Weyl H. Phys. Z., 1923, b. 24, S. 230.
27. Weyl H. Philos. Mag., 1930, v. 9, P. 936.
28. Мёллер К. Теория относительности. – М.: Атомиздат, 1975. – С. 400.
29. Даныльченко П.И. Спиральноволновая природа элементарных частиц // Матеріали Міжнародної наукової конференції «Д.Д. Іваненко – видатний фізик-теоретик, педагог». (23...24 вересня 2004 р.) – Полтава, 2004. – С. 44...55.
30. Дирак П.А.М. Космология и гравитационная постоянная // Воспоминания о необычайной эпохе / ред. Я. Смородинский. – М.: Нака, 1990. – С. 178...188.
31. Горелик Г.Е. История релятивистской космологии и совпадение больших чисел // Эйнштейновский сборник 1982...1983 / ред. И. Кобзарев. – М.: Наука, 1986. – С. 302.
32. Riess A. et al. Type Ia Supernova Discoveries at z>1 From the Hubble Space Telescope: Evidence for Past Deceleration and Constraints on Dark Energy Evolution // Astrophysical Journal, 2004, v. 607. – P. 665...687.
33. Цветков Д.Ю., Павлюк Н.Н., Братунов О.С., Псковский Ю.П.