Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ЭМПИРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Курков А. А.,

4.2. Структура Вселенной, относительность движения

Прежде, чем приступить к рассмотрению крупномасштабной структуре Вселенной с позиции относительности движения, классифицируем иерархию наблюдаемых структур:

- космические тела (звёзды, планеты);

- связанные ассоциации космических тел (планетные системы, звёздные ассоциации, галактики);

- ассоциации галактик (скопления, сверхскопления, вся Вселенная).

Для расширения исходных предпосылок физической теории, математики решили ряд следующих задач.

Первая задача Бертрана. Найти закон сил, зависящих только от положения движущейся точки, и заставляющей её описывать конические сечения, каковы бы ни были начальные условия.

Ж. Дарбу и Ж. Альфан решили первую задачу Бертрана.

Вторая задача Бертрана. Зная, что сила, вызывающая движение планеты вокруг Солнца, зависит только от расстояния и такова, что она заставляет свою точку приложения описывать замкнутую кривую, каковы бы ни были начальные условия, если только скорость меньше некоторого предела, найти закон этой силы.

В 1873 г. Ж. Бертран решил поставленную задачу.

Задача Г. Кенигса. Зная, что сила, вызывающая движение планеты вокруг Солнца, зависит только от расстояния и такова, что она заставляет свою точку приложения описывать алгебраическую кривую, каковы бы ни были начальные условия, найти закон этой силы.

Ответ на все три поставленные задачи: закон силы может быть или законом Всемирного тяготения или законом Гука.

Покажем, что во «Вселенной – частице» работают оба указанных закона силы, но их влияние различно относительно скоростей двух взаимодействий: гравитационного – Vg; электромагнитного – C. Крупномасштабную структуру Вселенной классифицировали в соответствии с тремя классами, приведенными выше: V < Vg – космические тела и связанные ассоциации космических тел; Vg < V < C – ассоциации галактик.

Релятивистские теории А. Эйнштейна в современной науке считаются вершиной понимания относительности движения. В этих теориях для скорости распространения гравитонов отведено только значение скорости света.

Проследим эволюцию теорий относительности движения с позиции взаимодействия:

- Г. Галилей рассматривал относительность движения двух равноправных систем без учёта взаимодействия, так как не знал этого понятия.

- Х.А. Лоренцу и А. Эйнштейну была известна конечная скорость переноса электромагнитного взаимодействия, поэтому относительность движения они рассматривали с учётом этого взаимодействия и конечности скорости света. Согласно эмпирической электромагнитной теории поля Дж. Максвелла свет распространяется с постоянной скоростью независимо от системы отсчёта и А. Эйнштейн дополнительно постулировал скорость света как максимальную.

- Теперь известно, что и гравитационное взаимодействие осуществляется с конечной и очень малой по величине скоростью.

Рассмотрение относительности движения с учётом электромагнитного и гравитационного взаимодействий приводит к многоуровневой структуре всей Вселенной связанной с константой структуры K (равной отношению скоростей электромагнитного и гравитационного взаимодействия).

Каждая из структур Вселенной в макромире выделена, наблюдаема и хорошо классифицирована астрономами. Поскольку элементарные частицы обладают массой, то учёт концепции взаимодействия приводит к иерархии структур не только в макромире, но и в микромире (и к оценке границ Вселенной сверху и снизу).

Как оказалось идеи расширяющейся Вселенной актуальны для Земли, и геологи активно занимаются этой проблемой.

В 1976 г. С.У. Кэри соединил законы И. Ньютона и Э. Хаббла в общее уравнение [13]:

(25)

Здесь GN – гравитационная постоянная И. Ньютона; m1 и m2 – массы двух тел; R – расстояние между телами; H – скорость разбегания галактик Э. Хаббла; C – скорость света; a – безразмерный коэффициент, определяемый эмпирически. Величины H и C взяты в четвертой степени для соблюдения размерности.

Что означает приведённое уравнение?

Если опустить последнее слагаемое в скобках, то уравнение возвратится к закону Ньютона.

Если опустить слагаемое , то остается только разбегание Э. Хаббла.

Дробь очень мала. Возведённая в четвертую степень, эта дробь получается бесконечно малой величиной. Например, когда расстояние R ограничено размерами Солнечной системы, это слагаемое практически невозможно обнаружить, анализируя орбиты планет. В результате остается только закон И. Ньютона в том виде, как он его вывел.

При увеличении расстояния R слагаемое становится все меньше, а единственный изменяющийся сомножитель во втором слагаемом скобок R2 становится все больше и на некотором расстоянии должен сравняться с первым слагаемым. В результате их разность сократится до нуля, и притяжение будет нулевым.

Если подставить в приведённое уравнение числовые значения для Вселенной и принять величину a равной единице, то расстояние R совпадёт с радиусом познаваемой Вселенной. Это замечание С.У. Кэри очень важно, так как показывает, что на границе Вселенной существует строго нулевой потенциал и значит эффект Казимира отсутствует (и это при том, что внутри нашей Вселенной одно пространство, а снаружи Вселенной оно другое).

Выше было показано, что радиус Вселенной определяется фронтом, распространяющимся со скоростью света. В этом случае две точки разбегаются друг от друга со скоростью равной доле скорости света, которая определяется отношением расстояния между точками к радиусу Вселенной. Выше также было показано, что коэффициент расширения Э. Хаббла не является постоянной величиной, а меняется с возрастом Вселенной.

Формула С.У. Кэрри послужит прекрасным образцом для теоретического обоснования физической структуры Вселенной. Напомним некоторые обозначения принятые в монографии и ее исходные положения. Это необходимо сделать, чтобы подвести теоретическую физическую базу для приведенного уравнения, то есть избавиться от механистического понимания пространства и определить взаимосвязь масса – пространство. Необходимо также учесть замечания предыдущего абзаца.

Если гравитационное взаимодействие осуществляется с помощью квантов, обладающих конечной скоростью Vg, то в соответствии с преобразованием Г. Кориолиса закон Всемирного тяготения И. Ньютона необходимо дополнить «магнитной» составляющей поля и соответствующей константой GK.

Например, если массу Солнца разделить на такую константу, то получим линейную размерность пространства . С другой стороны, эта величина является периодом основной гравитационной волны Солнца. Скорость этой волны можно вычислить с учётом константы Ньютона – Кавендиша GN и «магнитной» гравитационной константы GK:

Очевидно, что орбита планеты, находящейся в основном состоянии, стационарна благодаря равенству двух составляющих скоростей движения (притяжения и касательной) и однозначно определяется массой Солнца. Переносчиком гравитационного взаимодействия выступает двухкомпонентная волна, имеющая структуру аналогичную фотону. В отличие от фотона, гравитон не распространяется в пространстве, а сам является пространством.

Следовательно, всё пространство Вселенной представляет собой квантово-волновую суперпозицию гравитонов тесно взаимосвязанную с массами тел.

Учитывая приведённые обозначения и соотношения, перепишем уравнение С.У. Кэри:

или

(26)

Здесь в качестве коэффициента a принято отношение:

В нашей Вселенной существует две фундаментальные скорости: скорость распространения света C (максимально возможная скорость), и скорость распространения гравитонов Vg.

Рассмотрим скорость V в промежутке между этими скоростями и напомним о наличие структурного фактора . На границе Вселенной в скобках приведённого уравнения имеем:

.

Самый высший уровень структуры – вся Вселенная наблюдается при V = C (уровень 1, табл. 9).

Теперь заменим в одной из дробей скорость C на скорость Vg и тем самым перейдём к следующему уровню структуры Вселенной – Сверхскоплению галактик (уровень 2, табл. 9).

В результате такой замены для соблюдения равенства нулю всей скобки необходимо заменить числитель дроби с R (характерный размер Вселенной) на  – характерный размер Сверхскопления галактик. Характерной массой Сверхскопления галактик будет (здесь M – масса Вселенной). Если длина гравитационной волны для этой массы окажется больше соответствующего характерного размера Сверхскопления, то это означает, что Сверхскопления не взаимодействуют между собой (не связаны гравитацией), так как скорость гравитонов меньше скорости разбегания.

Результаты расчёты характерных размеров и масс соответствующих структур (уровней) представлены в табл. 9 для следующих замен скорости V (до уровня 5 включительно) [14].

Таблица 9

Характерные массы и размеры структур Вселенной

Уровень		Масса, кг	Размер, м	Длина волны, м
1	Вселенная	1,3*1053	9,6*1025	4,8*1034
2	Сверхскопление	5,8*1048	7,8*1024	2,1*1030
3	Скопление галактик	2,6*1044	6,4*1023	9,6*1025
4	Галактика	1,2*1039	5,2*1022	4,3*1021
5	Ассоциация звёзд	5,2*1035	4,3*1021	1,9*1017
6	Звезда	2,3*1031	5,3*1015	8,6*1012
7	Планета	1,0*1027	6,5*109	3,8*108
8	Спутник планеты	4,6*1022	8,1*103	1,7*104
9	Космическое тело	2,1*1018	0	0,77

Из табл. 9 видно, что уже для галактики (уровень 4) характерный размер больше длины гравитационной волны галактики. Это значит, что на границах не очень крупных галактик могут располагаться мелкие галактики – сателлиты, взаимодействующие с основной галактикой. Следует отметить, что именно галактики являются основным элементом Вселенной: они не связаны между собой гравитацией (за исключением гало из галактик – сателлитов), но внутри представляют собой гравитационно-связанную систему. Критерием существования первых четырёх структур служит преобладание расширения Вселенной над скоростью гравитонов, поэтому они представляют собой ассоциации галактик.

Галактики и все последующие структуры связаны гравитацией. Уровень 5 также представляет собой гравитационно-связанную ассоциацию звёзд внутри галактик. На этом уровне заканчивается замена скорости света C скоростью гравитонов Vg в дробях, поэтому дальше следуют «космические тела» (звезды, планеты, спутники планет), а не ассоциации «космических тел».

Эффективные размеры последующих уровней получаются заменой каждой последующей дроби на единицу (поскольку радиус космического тела линейно растёт пропорционально отношению его радиуса к радиусу Вселенной). При замене всех четырёх дробей скобка в уравнении обращается в ноль. Это значит, что космические тела массой менее Mmin = 2,1*1018 кг не связаны гравитацией и со временем распадаются.

На уровнях 6 и 7 эффективные радиусы превышают соответствующие длины гравитационных волн, поэтому они образуют сложные трёх – (вокруг звёзд) или двухуровневые (вокруг планет) гравитационные системы. В системах космические тела движутся по строго заданным орбитам и имеют строгую иерархию масс, поэтому их следует отличать от ассоциаций. Связанные структуры и тела в процессе расширения сохраняются, но тела размером r << ?o со временем рассыпаются (уровень 9).

В рассматриваемой теории Вселенной отсутствует расходимость потенциала в нуле и неопределённость на бесконечности. Сейчас уже ясно, что закон И. Ньютона не точен. Релятивистские поправки также мало изменяют наше понимание гравитации.

В рассмотренной теории Вселенной электромагнитное и гравитационное взаимодействия всесторонне описывают свойства, структуру и эволюцию всех составляющих физического объекта под названием Вселенная. Остальные взаимодействия (ядерное и слабое) не относятся к фундаментальным взаимодействиям.