Помоги проекту - поделись книгой:
дает количество энергии, заключенной в тонком слое толщиной ;r. Разделив эту величину на объем слоя, мы получаем содержание гравитационной энергии черной дыры в единице объема
(1.6.7)
Следовательно, плотность вакуумной энергии недеформированного пространства
(1.6.8)
Полученные формулы содержат радиус. Чем меньше радиус, тем больше гравитационная энергия черной дыры. Каков может быть минимальный радиус черной дыры? Будем рассуждать следующим образом. Черные дыры состоят из обычного вещества, которое в свою очередь состоит из протонов, нейтронов и электронов. Любой кусок вещества по своим размерам не может быть меньше размера самой маленькой частицы, составляющей это вещество, то есть электрона. Следовательно, манимальный радиус, до которого может сжаться вещество под собственной гравитацией, это радиус электрона re = 1.41;10(-15)м. В этом случае энергия гравполя будет максимальна. Поэтому радиус в формуле (1.6.8) — это радиус электрона и окончательно
(1.6.9)
или численно ;S = 2.45;10(72) дж/м; (или 2.45;10(63) дж/мм;). Для сравнения, при взрыве сверхновой звезды выделяется энергия порядка 10(53) ;10(54) дж, что примерно в миллиард раз меньше вакуумной энергии, содержащейся в одном кубическом миллиметре пустого пространства. Как видим, даже самые мощные астрофизические процессы, известные сегодня ученым, не могут по своему энерговыделению сравниться с тем, что содержит в себе вакуум.
Можно предложить иной ход рассуждений относительно радиуса в формулах энергии. Если пространство состоит из квантов, тогда минимальный размер черной дыры не может быть меньше размера кванта. Физики считают, что размер кванта пространства определяется планковской длиной, равной 4;10(-35)м. Тогда минимально возможный радиус черной дыры будет равен 2;10(-35)м. Подставляя это значение в формулу, получаем 1.2;10(112) дж/м;. Такой плотности энергии соответствует плотность вещества 1.33;10(92) г/мм;.
Какой вариант выбрать: электронный радиус или планковский? Практически все физики, работающие в этой и смежной областях, получают плотности вещества порядка 10(92) г/мм;. И все же у меня есть достаточно веские основания не согласиться с общим мнением и использовать в дальнейшем в качестве определяющей величины электронный радиус. Причина такого несогласия с общим мнением будет обоснована в следующем разделе, когда мы перейдем к теоретическому расчету фундаментальных констант.
Наличие столь огромных количеств энергии в пространстве ведет к созданию внутренних сил давления, заставляющих пространство расширяться. Нашу Вселенную можно уподобить воздушному шарику, который содержит в себе энергию сжатого воздуха. Данная энергия создает внутренние силы давления, под действием которых шарик раздувается. До тех пор, пока давление не спало до нуля, воздух внутри шарика остается сжатым, то есть деформированным, и продолжает содержать в себе энергию. Физический вакуум нашей Вселенной также сжат и деформирован, а будучи сжатым, он создает внутренние силы давления.
Формула силы внутреннего давления вакуума легко получается из уравнения (1.6.5). Учитывая, что работа и изменение энергии определяются как произведение силы на расстояние, а вакуумная энергия в два раза превосходит максимальную энергию гравполя черной дыры, мы из уравнения (1.6.5) получаем
(1.6.10)
Формула силы расширения пространства может быть получена другим способом без привлечения концепции вакуумной энергии. Для этого обратим внимание на следующие факты. Во-первых, радиус Вселенной подозрительно близок радиусу черной дыры с массой, равной массе Вселенной. В настоящее время масса Вселенной оценивается величиной 1.67;10(53) кг, а ее радиус 2;10(26) м. Черная дыра с такой массой имела бы радиус 2.5;10(26) м. Во-вторых, измерения интенсивности реликтового излучения показали его слабую неравномерность по небесной сфере, что заставило астрономов придти к выводу о конечности размеров Вселенной (для бесконечно огромных размеров интенсивность реликтового излучения будет одинакова по всем направлениям от Земли). В-третьих, из астрономических наблюдений следует, что самые удаленные космические объекты, находящиеся на периферии Вселенной, удаляются от нас со скоростями, близкими к световым. Самая большая скорость, зафиксированная астрономами, составляет 270 000 км/сек, что всего на 10% меньше световой. Подобные совпадения не могут быть простой случайностью. Поэтому мы можем предположить, что наблюдаемая Вселенная является гигантской черной дырой, расширяющейся со скоростью света.
Если концепция о форме существования Вселенной в виде черной дыры соответствует истине, тогда можно легко найти среднюю плотность барионного вещества: она равна 0.2375;10(-29) г/см;. А расчеты астрономов показывают, что средняя плотность барионного вещества в наблюдаемом объеме Метагалактики в несколько раз меньше значения 10(-29) г/см;. Такое качественное совпадение свидетельствует в пользу сделанного предположения о форме существования Вселенной в виде черной дыры.
Если представить всю Вселенную в виде концентрических сферических оболочек, расширяющихся со скоростью v каждая, тогда уравнение движения каждой оболочки будет выглядеть как
(1.6.11)
где dm — масса сферической оболочки. Для равномерного распределения массы Вселенной по ее объему
(1.6.12)
Тогда
(1.6.13)
Из астрономических наблюдений известно, что скорость разбегания галактик (иначе скорость расширения пространства) пропорциональна удалению от Земли, то есть v = cr/R. Подстановка данной зависимости в уравнение (1.6.13) и последующее интегрирование от 0 до r дает формулу
(1.6.14)
или
(1.6.15)
Настоящее выражение отличается от ранее полученной формулы численным множителем и наличием зависимости от текущего радиуса. Но появление радиуса нельзя считать ошибкой или недостатком. С этой точки зрения формула (1.6.15) является уточнением предыдущей формулы (1.6.10). А другой численный множитель объясняется сделанным предположением о равномерном распределении вещества по объему Вселенной. Если вещество распределяется по Вселенной неравномерно, тогда численный множитель в формуле (1.6.15) будет иным.
Например, если мы предполагаем, что в центре Вселенной плотность вещества в 4/3 раза больше средней и затем она линейно снижается к периферии, тогда численный множитель будет 1/2. С другой стороны, формула (1.6.10) получена без всяких допущений о равномерности или неравномерности распределения вещества. Поэтому окончательная формула расчета силы расталкивания должна иметь вид
(1.6.16)
Максимальное значение расталкивающей силы 6.05;10(43) н наблюдается на границе Вселенной при r=R. Там же наблюдается максимальный градиент силы 9.69;10(17) н/м. Ясно, что ни одно материальное тело не в состоянии выдержать подобные градиенты сил. Поэтому любой объект, приблизившийся к границе Вселенной за счет случайно полученной высокой скорости, будет разрушаться космическими силами буквально до атомарного состояния и вся его тепловая, гравитационная и ядерная энергия будет переходить в жесткое гамма-излучение. Возможно, именно этим объясняется существование квазаров. Вспомним, что именно квазары являются наиболее удаленными от Земли космическими объектами, они практически все находятся на самом краю наблюдаемой Метагалактики.
Следует также заметить, что разумная жизнь во Вселенной вследствие этой особенности возможна только вблизи ее центра. Чем дальше от центра, тем хуже условия для сохранения материальных объектов типа звезд и планет, тем менее вероятно возникновение жизни. Поэтому неудивительно, что видимая Метагалактика чисто визуально наблюдается нами в виде сферы, центром которой является Земля. Мы действительно находимся вблизи от центра Вселенной, в противном случае мы не могли бы существовать.
В свое время А.Эйнштейн предложил идею космических сил всеобщего расталкивания, чтобы получить картину стационарной Вселенной, казавшейся тогда ему наиболее правильной (он сделал это, введя в свои формулы космологическую константу — энергию, своейственную пространству как таковому). И хотя уже давно ясно, что Вселенная нестационарна, ученые не торопились отказываться от идеи сил расталкивания. И правильно сделали.
Космическая сила расталкивания является максимальной силой, существующей в нашей Вселенной. Той силой, которая формирует пространство. Если некоторый объект под действием собственного тяготения коллапсирует к состоянию черной дыры и сила его гравитации на поверхности превысит космическую силу расталкивания (а это рано или поздно происходит), пространство в этом месте разрывается и данный объект вываливается в ….. А вот куда он вываливается, остается только гадать. Можно предположить, что такой вываливающийся из нашей Вселенной объект создает собственную Вселенную со своими законами и отношениями. Но можно предложить и другую альтернативу: образовавшаяся в нашем мире черная дыра прорывает все слои пространства Вселенной и переносится в самый ее центр, в самое начало, питая своей энергией вечно работающий Большой Взрыв. Описанный эффект можно назвать проколом пространства (примерно как игла прокалывает ткань).
Если подобные процессы прокола пространства иногда происходят в нашей Вселенной, тогда мы можем объяснить некоторые факты, давно известные астрономам, но до сих пор не имеющие приемлемой трактовки. Речь идет о так называемых гамма-вспышках (Gamma Ray Bursts), пустотах Вселенной и ее сотовой структуре. Гамма-вспышки представляют собой разряды жесткого гамма-излучения такой мощности, будто энергия целой звезды, излучаемая ею за все время своей жизни, выделилась в течение менее одной секунды. Длительность таких вспышек не очень велика, поэтому установить точное местоположение источника астрономам весьма трудно: не хватает времени. Но иногда это удается сделать. А когда местоположение установлено и туда направляют оптические и радиотелескопы, то ничего там не находят. То есть последствия взрыва есть, а источника взрыва нет. Некоторые ученые полагают, что источником гамма-вспышек являются процессы аннигиляции материи и антиматерии в глубинах Вселенной. Если энергия вакуума есть одновременно энергия аннигиляции, то в некоторой степени они правы. Чуть ниже я дам собственное объяснение этому феномену.
Пустоты Вселенной и ее сотовая структура уже понятны из названия: в глобальных масштабах наша Вселенная представляет набор пустых пузырей, разделенных прослойками вещества, состоящими из туманностей, галактик и их скоплений. Такая структура напоминает пчелиные соты или мыльную пену. Средняя плотность вещества в прослойках на несколько порядков превосходит плотность вещества в пустотах.
Допустим, на ранних стадиях развития Вселенной, когда сотовой структуры еще не было и Вселенная была заполнена веществом более-менее равномерно, где-то произошел прокол пространства: небольшой космический объект сжался под действием собственной гравитации до состояния черной дыры, прорвал пространство нашей Вселенной и покинул ее, унося с собой часть вакуумной энергии того объема пространства, который он занимал. Такой беглец уносит с собой не только энергию, он уносит также импульс движения. Согласно законам сохранения, должен возникнуть вторичный импульс, направленный противоположно первому, так что общее количество движения останется равным нулю.
Если в ходе прокола отдельные части черной дыры стягиваются к ее центру равномерно с одинаковой скоростью (идеализированный вариант, обычно такое реализуется с некоторым приближением), возникающий вторичный импульс будет направлен от поверхности дыры наружу также равномерно по всем направлениям. Общая энергия импульса равна mc;/2 (половина от того, что выделится при аннигиляции вещества и антивещества соответствующей массы и столько же, сколько уносит с собой черная дыра). Скорее всего, вторичный импульс будет проявлять себя как фронт жесткого гамма-излучения. Когда такой фронт достигнет Земли, мы зафиксируем его в форме Gamma Ray Burst, вспышках гамма-излучения чрезвычайно огромной мощности и малой длительности.
Учитывая тот факт, что свет оказывает давление на материальные предметы, а энергия гамма-вспышки колоссальна, все находящиеся поблизости от места прокола космические объекты от атома до галактики приобретают мощный толчок и разлетаются в стороны (конечно, если они не разрушились под действием энергии взрыва). На месте прокола и рядом с ним образуется постоянно расширяющаяся пустота, своеобразный космический пузырь. И если в это место навести телескоп, он ничего не увидит. По мере расширения пузыря плотность вещества на его границе будет расти по следующей причине: то вещество, которое находилось ближе к месту прокола, приобретает более высокую скорость из-за повышенной плотности энергии гамма-вспышки на единицу телесного угла и постепенно догоняет другое вещество, которое было дальше от места прокола. Размеры образующихся космических пустот будут зависеть от времени прокола: чем раньше случился прокол, тем больших размеров достигнет космический пузырь. Максимальная из известных астрономам пустот занимает сегодня около 3% объема всей нашей Вселенной.
Если затем в стороне другая черная дыра проколет пространство, образуется новый гамма-взрыв и фронт разлетающегося вещества. Когда два таких фронта столкнутся, импульсы их движения взаимно гасятся и возникает тонкая прослойка уплотненного вещества между двумя пустотами (прослойка будет тонкая по сравнению с размерами Вселенной, естественно). Так как подобные гамма-взрывы должны происходить регулярно по Вселенной, она постепенно приобретает сотовую структуру.
Данный эффект формирования сотовой структуры оказывается невозможным, если скорость света постоянна и не меняется во времени. Пусть даже прослойка уплотненного вещества образовалась, новый прокол пространства уже внутри прослойки будет ее разрушать. Но как будет показано в разделе 1.9, скорость света со временем падает. Сегодня она составляет 3;10(8) м/сек, а в самый начальный момент рождения Вселенной была 5.3;10(49) м/сек. Когда происходил прокол пространства черными дырами на ранних стадиях жизни Вселенной, характеризующихся высокими скоростями света, тогда и скорости расширения пузырей были огромны. Но скорость света быстро падала и вместе с ней падала скорость расширения пузырей, которая не может превышать световую скорость. И вот когда прослойки уплотненного вещества уже образовались и в них происходил новый прокол пространства, скорость света оказывалась настолько меньше, что новый космиический пузырь был уже не в состоянии разрушить образованную прослойку.
И вот что интересно. Ученые обнаружили такую особенность в тех редких случаях, когда удается замерить распределение энергии по спектру гамма-вспышки: распределение энергии оказывается неравномерным уже на уровне десятых или даже сотых долей миллисекунды. Это означает, что поперечные размеры объекта, дающего гамма-вспышку, исчисляются всего несколькими десятками километров. Для Вселенной размер в десятки километров — это ничтожно мало. Но именно такие размеры характерны для черных дыр.
Например, если Солнце сожмется до размеров черной дыры, его диаметр будет равен шести километрам. Но Солнце относится к разряду карликов. А во Вселенной имеется огромное количество звезд с массами в десятки и сотни раз больше солнечной. Будучи сжатой до уровня черной дыры, такая звезда будет иметь поперечный размер как раз в несколько десятков километров. Вследствие некоторых ограничений, налагаемых законами физики, лишь та звезда может сколлапсировать в черную дыру, у которой масса примерно в 3 раза больше массы нашего светила. Отсюда следует, что если верна настоящая точка зрения о природе источников гамма-взрывов как эффектов прокола пространства образующимися черными дырами, тогда минимальный размер такого источника должен составлять около 18 км. Как результат, мы получаем возможность проверки настоящей гипотезы: она оказывается неверной в случае, если будет найден источник гамма-вспышки с поперечным размером менее 18 км, но до тех пор, пока такой источник не найден, она имеет право на существование.
В 2005 году было получено косвенное доказательство в пользу настоящей точки зрения. Астрофизики из Университета Вюрцбурга (Германия) проанализировали данные, собранные Комптоновской обсерваторией (она вела наблюдения за гамма-вспышками в 1991-2000 годах), и обнаружили преобладание в спектрах гамма-излучения определенного уровня энергии. Именно такого уровня, который должен возникать в реакциях аннигиляции. А согласно нстоящей точке зрения, прокол пространства формирующейся черной дырой и последующий гамма-взрыв являются как бы наполовину реакцией аннигиляции.
Кстати, если проколы пространства черными дырами действительно происходят, тогда черные дыры не могут сушествовать. По крайней мере, в нашей Вселенной с теми законами, которые в ней царят и познаются физиками на основе экспериментальных исследований, черные дыры точно существовать не могут. Тем не менее, отсюда не следует, что невозможен процесс образования черных дыр. Процесс гравитационного коллапса достаточно массивного космического тела не запрещается законами физики. Однако на некоторой стадии такого коллапса, когда гравитационные силы превысят космические силы всеобщего расталкивания, коллапсирующее тело прорывает пространство и уходит из нашей Метагалактики. Тот факт, что в Метагалактике найдены очень массивные объекты, претендующие на роль черных дыр, не противоречит настоящей точке зрения. Эти объекты еще не являются черными дырами, но в своей эволюции они подошли достаточно близко к тому порогу, когда могут преодолеть космические силы расталкивания и покинуть нашу Вселенную.
Кроме того, гравитационному коллапсу могут противостоять центробежные силы. Если колапсирующий объект вращается, то при его гравитационном сжатии скорость вращения и центробежные силы возрастают. И может наступить такой момент, когда центробежные силы сравняются с гравитационными и дальнейшее сжатие резко затормозится. Затормозится, но не остановится, потому что за счет гравитационного притяжения окружающего космического газа масса объекта постоянно растет. Поэтому объект постепенно приобретает эллипсоидную форму: сплющенный у полюсов (здесь гравитационные силы максимальны) и растянутый по экватору (гравитационные силы минимальны). И когда гравитация сравняется с силами внутреннего давления вакуума так, что пространство начнет рваться, это происходит в районе полюсов. Вещество коллапсирующего объекта на полюсах начинает покидать нашу Вселенную, унося с собой энергию mc;/2 и импульс mc/2, что порождает вторичный импульс жесткого гамма-излучения, направленный из полюса объекта строго по оси его вращения и уносящий такие же энергию и импульс.
Существуют ли во Вселенной подобные объекты? Да, существуют. Командой ученых из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра под руководством Дэниэла Эванса в галактике 3С321 был зафиксирован сверхмощный поток жесткого гамма-излучения, вырывающийся из ядра галактики строго вдоль оси ее вращения. Этот поток настолько мощен, что попадая на соседнюю галактику-спутник, он буквально разрушает ее. Если бы такой поток краешком задел нашу Землю, планета мгновенно испарилась бы со всем содержимым.
Можно предположить, что на ранней стадии эволюции Вселенной, когда в ней еще было достаточно много космических объектов с малыми скоростями вращения, процессы прокола пространства образующимися черными дырами происходили достаточно часто. Но когда такие объекты в основном покинули нашу Вселенную, в ней остались только вращающиеся объекты, а частота проколов пространства резко снизилась. Поэтому сегодня мы наблюдаем в основном вращающиеся объекты, а вероятность прокола пространства в непосредственной близости от нас довольно мала.
Данная гипотеза об источниках гамма-взрывов как эффектах прокола пространства позволяет объяснить еще один загадочный парадокс астрофизики: существование сверх-энергичных протонов космического излучения с энергиями больше 10(21);10(22) электронвольт на частицу. Чем больше энергия протона, тем больше вероятность его взаимодействия с реликтовым излучением, в ходе чего протон отдает энергию и тормозится. При энергиях 10(21);10(22) электронвольт вероятность взаимодействия настолько велика, что протон теряет свою энергию очень быстро и замедляется до уровня около 10(20) электронвольт, после чего взаимодействие резко ослабевает. Этот процесс торможения слишком энергичных протонов имеет место на дистанциях порядка 100 мегапарсек (или 326 миллионов световых лет). И вот тут возникают две странности. Во-первых, сфера радиусом 100 мегапарсек еще достаточно хорошо просматривается оптическими и радиотелескопами, но астрономы не нашли в этой области тех объектов и процессов, которые могли бы породить столь энергичные протоны. Во-вторых, если эти протоны возникают внутри указанной области в ходе некоторых взрывообразных галактических процессов, тогда была бы отмечена пространственная анизотропия по небесной сфере. А ее не нашли.
Я объясняю этот феномен выбиванием частиц из физвакуума только что описанными мощными гамма-импульсами. Вспомним опыт с выбиванием частицы и античастицы из свинцовой мишени, когда на нее направляли гамма-излучение: вакуум втягивается внутрь свинцовой мишени ее повышенным гравитационным полем, а чем больше плотность среды, тем больше вероятность реакции гамма-излучения со средой. Любые плотные объекты космического пространства — планеты, астероиды, метеориты, даже космическая пыль — также втягивают в себя окружающий физвакуум. И когда мощный гамма-квант космического излучения сталкивается с таким объектом, он проникает в него и выбивает из находящегося внутри физвакуума пару протон-антипротон. Античастица тут же реагирует с веществом космического объекта, а частица вылетает наружу и летит дальше. Этот процесс должен идти по всей Вселенной, поэтому никакой анизотропии по небесной сфере мы не обнаружим.
Сегодня в астрофизике на равных правах царят два сценария формирования Вселенной. Согласно первому из них ("сверху вниз" или top down) в первородной мешанине возникали вначале крупные структуры, распавшиеся затем на более мелкие. Из мелких структур возникли планеты, звезды и галактики, из крупных структур — скопления и сверхскопления галактик. Согласно второму сценарию ("снизу вверх" или bottom up) вначале возникали мелкие объекты типа звезд и планет, которые затем стягивались в галактики, а те в свою очередь стягивались в скопления и сверхскопления. Недавно ученые просчитали оба варианта. Оказалось, что для первого сценария все объекты — космическая "пена", галактики и скопления — действительно возникают, но это происходит слишком медленно и не укладывается в отведенное природой время порядка 13.7 млр.лет. Для второй модели образовались лишь галактики и их скопления, но сотовой структуры не получилось. Было высказано много гипотез для объяснения полученного результата. Одна из них, озвученная нобелевским лауреатом Х. Альфеном, состоит в том, что в космосе существует еще одна сила, нам пока не известная. И если такой силой является космическая сила всеобщего расталкивания, тогда все станет на свои места.
Если наши соображения о природе физического вакуума и условиях совершения над ним работы соответствуют реальности, тогда можно поставить под сомнение такой хорошо известный всем эффект, как увеличение массы тела с увеличением его скорости. Строго говоря, из теории относительности не следует, что масса тела должна расти с увеличением скорости и становиться бесконечно огромной при достижении телом скорости света. Формулы теории относительности показывают лишь то, что кинетическая энергия тела растет быстрее комплекса mv;/2. А то, что этот феномен обусловлен увеличением массы, — это всего лишь гипотеза для объяснения результата. Если мы полагаем, что физический вакуум не взаимодействует с микро- и макротелами, то есть пространство в этом смысле является абсолютной пустотой, тогда для объяснения физического смысла подобного феномена мы должны допустить, будто масса тела растет с увеличением скорости. Другого выхода у нас просто нет.
Но если мы полагаем, что физвакуум может взаимодействовать с физическими телами через порождаемые ими поля, тогда у нас появляется выбор: мы можем придерживаться старых представлений, либо принять новую парадигму, согласно которой при увеличении скорости тела энергия тратится на преодоление сопротивления физвакуума. Учитывая тот факт, что кинетическая энергия является как раз вакуумной энергией космоса, вторая точка зрения кажется более привлекательной.
Возможно, здесь будет уместна аналогия с морским кораблем. Когда корабль движется медленно, вода обтекает его корпус в ламинарном режиме. Затраты энергии на преодоление трения в этом случае малы. Но если начать увеличивать скорость корабля так, чтобы ламинарный режим сменился турбулентным, трение резко возрастет и вместе с ним резко возрастут энергозатраты. Они растут намного быстрее комплекса mv;/2, то есть того, что называют кинетической энергией. Однако, никто не делает из этого факта вывод о том, будто энергия тратится на увеличение массы корабля. Мы имеем глаза, чтобы видеть и корабль, и образуемые им волны. И понимаем, что повышенные энергозатраты обусловлены повышенной деформацией водной среды.
Совсем иная ситуация характерна для элементарных частиц. Мы до сих пор не имеем приборов, чтобы видеть их в движении и измерять их массу. Тем более мы не имеем приборов для регистрации физического вакуума. Поэтому у нас снова срабатывает стереотип слепоты и мы вынуждены полагать, будто энергия тратится на увеличение массы. Но всегда можно задать вопрос: если для макрообъекта энергия тратится на преодоление сопротивления, почему для микрообъекта она тратится на увеличение массы? С точки зрения логики должно быть что-то одно: либо преодоление сопротивления в обоих случаях, либо увеличение массы также в обоих случаях. Тот факт, что академическая наука предлагает разные объяснения для разных уровней действительности, служит для меня доказательством ошибочности одного из объяснений.
Традиционно настроенные ученые часто приводят в подтверждение своих взглядов тот факт, что экспериментальные данные, получаемые ими на ускорителях элементарных частиц, полностью соответствуют картине, следующей из теории относительности. Однако эти результаты не могут служить подтверждением правомерности эффекта возрастания массы со скоростью, т. к. физики в своих опытах всегда измеряют энергию, а не массу. За всю историю науки не поставили еще ни одного эксперимента, в котором измерялась бы масса движущейся частицы. Поэтому фактом является увеличение энергии. А увеличение массы является лишь интерпретацией этого экспериментального факта. Чтобы узнать, действительно ли масса частицы растет с ее скоростью, необходимо измерить массу движущейся частицы напрямую без использования энергии. Но какой эксперимент надо для этого выполнить, я пока не знаю.
К сожалению, физики очень часто в своих рассуждениях подменяют физику математикой. Они выдают математическое описание процесса за реальность. Например, можно ли преобразовать килограмм в золото? Не килограмм свинца или воздуха, а просто килограмм? Очевидно, что нет. В реальности килограмма как материи не существует, килограмм является абстрактной категорией, придуманной нами для измерения тяжести различных предметов. С энергией ситуация точно такая же. Энергия также реально не существует, она придумана нами с целью сопоставления и сравнения между собой различных процессов, она является субъективным изобретением человечества. По старому классическому определению энергия есть возможность совершения работы, по новому определению она есть количественная мера деформированного состояния материи. Но ни возможность, ни количественная мера не могут быть преобразованы в реальное вещество. Тем не менее, физики постоянно говорят о преобразовании энергии в массу. Почему?
На уровне сознания все физики знают, что существует физический вакуум, из которого рождается вещество. Но очень глубоко на уровне подсознания действует совершенно иной принцип, действует стереотип слепоты. Физический вакуум глазами не увидишь. Поэтому подавляющее большинство физиков подсознательно воспринимает физвакуум как пустоту. А из пустоты ничего реального возникнуть не может. И возникает необходимость как-то объяснить появление элементарных частиц из того, что подсознательно воспринимается как пустота. Вследствие того, что эти процессы описываются математически с помощью концепции энергии, физики привыкают иметь дело с идеей энергии и постепенно эта привычка доходит до того, что энергию начинают воспринимать как нечто реально существующее. Отсюда остается всего один шаг, чтобы заявить о преобразовании энергии в массу.
С ускорением частиц наблюдается похожая ситуация. Подсознательное восприятие физвакуума как пустоты заставляет физиков искать тот источник, за счет которого растут затраты энергии на ускорение частиц. Так как этот процесс математически описывается с помощью идеи энергии, создается видимость перехода энергии в массу и увеличения массы ускоряемых частиц. Но это только видимость, не соответствуюшая реальному состоянию. Поэтому я уверен, что эксперимент по прямому измерению массы ускоряемых частиц, если его удастся придумать и исполнить, покажет полное отсутствие данного феномена и неизменность массы элементарных частиц от скорости движения.
Кстати, существование энергии вакуума заставляет пересмотреть концепцию, которая в кругу физиков получила название тепловой смерти Вселенной. Согласно этой идее, все процессы идут с выделением тепловой энергии, которая равномерно рассеивается в пространстве и не может быть повторно использована. Поэтому рано или поздно наступает момент, когда вся энергия Вселенной будет переработана в тепло, рассеяна в пространстве и после этого развитие Вселенной остановится. Такая идея базируется на том основании, что тепло является суммой кинетических энергий элементарных частиц, атомов, молекул и т. д. Но если мы выяснили, что кинетическая энергия является ошибкой и не существует в природе, а вместо нее есть энергия вакума, тогда ситуация кардинально меняется. В этом случае рассеяние тепла в пространстве на самом деле является возвращением энергии в вакуум.
Например, в ходе взрыва расширение газов в безвоздушном пространстве сопровождается ускоренным движением его молекул, а при ускорении совершается работа над вакуумом и энергия того объекта, который заставляет молекулы двигаться ускоренно, переходит в энергию вакуума. Таким образом, в природе постоянно происходит круговорот энергии без всякого вырождения и диссипации: энергия выходит из вакуума (в этом случае энтропия равна нулю) и после многочисленных преобразований и трансформаций в него же возвращается (энтропия равна бесконечности). А сама энтропия в этом случае отражает не степень обесценения энергии или меру хаоса, а полноту прохождения полного круговорота преобразований энергии: чем больше энтропия, тем ближе энергия к своему возвращению обратно в физический вакуум.
1.7. Опыты Физо, Майкельсона-Морли
Саньяка и прочие
Большая экспериментальная работа по регистрации физического вакуума (или эфира, как его тогда называли) была выполнена американскими учеными Майкельсоном и Морли в конце 19го и начале 20го столетий. Для этого использовался зеркальный интерферомент, состоящий из целого набора зеркал. Луч света расщеплялся на две половины, которые отражались от разных зеркал и двигались навстречу друг другу, затем они падали на экран и рисовали на нем интерференционную картинку из чередующихся светлых и темных полос. Если скорости двух световых лучей в точности равны друг другу, никакого искажения картинки не происходит. Но если скорости различаются хотя бы на миллионную долю процента, интерференционная картинка сразу искажается. Предполагалось, что эфир не увлекается Землей, но влияет на скорость световых лучей, поэтому скорость луча в направлении вращения Земли будет отличаться от скорости луча, летящего против вращения. Но как ученые не бились в своих попытках обнаружить искажение интерференционной картинки, успеха они не добились.
На основании результатов данного опыта ученый мир решил, будто эфир не существует. Данный вывод послужил одним из краеугольных камней, положенных в здание теории относительности ее создателем А.Эйнштейном. Однако результаты опытов Майкельсона-Морли можно интерпретировать совершенно иначе, чем это было сделано научной общественностью в свое время. Если эфир-физвакуум увлекается гравитационным полем, тогда вокруг Земли образуется своеобразная эфирная шуба или оболочка, которая будет неподвижна относительно земной поверхности и перемещаться в пространстве с планетой как единое целое. И в этом случае интерференционная картинка в эксперименте Майкельсона-Морли искажаться не станет. Чтобы однозначно решить, увлекается ли эфир-физвакуум гравитационным полем или нет, необходимо выполнить аналогичный эксперимент в движущейся среде. И такой эксперимент выполнил еще за тридцать лет до исследований Майкельсона-Морли французский физик Физо.
Физо проделал подобные опыты с текущей водой и получил положительный результат. В его установке луч света также расщеплялся на две половины, одна из которых проходила через текущую воду по направлению движения, а вторая навстречу потоку. После чего оба луча рисовали на экране интерференционную картинку. Уже в самом первом опыте Физо наблюдал искажение картинки. При этом он установил, что сложение скоростей происходит по закону
(1.7.1)
где n = 1.33 — показатель преломления воды. Опыт повторялся много раз, но итог оставался прежним: свет не подчинялся классическому закону сложения скоростей.
Отличие результатов Физо от результата Майкельсона-Морли объясняется тем, что эфир увлекается гравитационным полем предмета, в котором и вокруг которого он находится. В опытах Майкельсона-Морли эфир увлекался Землей и потому был неподвижен относительно зеркал интерферомента. По этой причине американцы получили отрицательный результат. Но в опыте Физо эфир увлекался не только Землей, но также текущей водой, и потому уже не был неподвижен относительно зеркал. Вот почему Физо получил положительный результат. Анализируя совместно эти два опыта, мы можем сделать вывод, что эфир в действительности существует и оказывает влияние на физические процессы. Кстати, сам А.Эйнштейн, так много сделавший для ниспровержения концепции эфира, под конец жизни изменил свою точку зрения.
Майкельсон постепенно пришел к выводу, что эфир может увлекаться гравитационным полем планеты, поэтому на поверхности Земли скорость эфирного ветра будет нулевой и интерференционная картинка останется не искаженной. Но чем больше высота, тем больше должна быть скорость эфирного ветра и на некоторой высоте над земной поверхностью эфирный ветер уже можно будет зафиксировать. И эти ожидания вроде бы оправдались. Правда, заслуга в этом принадлежит уже не самому Майкельсону, который отошел от работы из-за болезни, а его ученику и соратнику Морли. Проводя замеры на различной высоте над земной поверхностью, Морли наблюдал искажение интерференционной картинки и установил, что на высоте в одну американскую милю скорость эфирного ветра составляет 10 км/сек.
Таким образом, наличие эфира было как будто доказано. Но это случилось уже в конце 20х годов прошедшего столетия, когда теория относительности приобрела такой авторитет, что не нуждалась в одобрении со стороны каких-то опытов. Поэтому окончательный результат эксперимента Майкельсона-Морли научная общественность проигнорировала. А в 1933 году другой американец Дейтон Миллер повторил опыты Майкельсона-Морли и тоже получил положительный результат. И его исследования тоже остались не замечены.
Тем не менее, окончательный вывод о наличии или отсутствии эфира делать еще рано. Эксперименты других физиков — Томашека, Кеннеди, Иллингворта, Пиккарда, Стаеля, Джуса и многих других — показали, что вплоть до уровня 25мм/сек скорости двух лучей в установке Майкельсона одинаковы. Последний рекорд в этой эпопее поставили в 1979 году физики Брилле и Холл: она нашли, что разница между скоростями двух лучей, испущенных гелий-неоновым лазером, не превышает одной тысячной миллиметра в секунду.
Такая разноголосица результатов объясняется достаточно просто. Как уже было написано чуть раньше, эфир-физвакуум притягивается гравитационным полем Земли и образует вокруг нее своеобразную эфирную шубу или оболочку, перемещающуюся в пространстве с планетой как единое целое. И этот приземный слой эфира будет неподвижен относительно земной поверхности и установленного на ней инструмента. А взаимодействие эфира с инструментом и его регистрация возможны только в случае движения одного относительного другого. И такое движение эфира относительно земной поверхности иногда все же происходит. Это случается, когда земное магнитное поле начинает резко меняться (хотя бы под действием потока заряженных частиц, испущенных рядовой солнечной вспышкой). Поэтому пока магнитное поле ведет себя спокойно, эксперимент Майкельсона-Морли покажет отрицательный результат. Но когда магнитное поле деформируется потоком заряженных частиц, оно действует на приземный слой эфира-физвакуума, тот начинает двигаться относительно земной планеты и эксперимент покажет положительный результат. Скорее всего, Морли и Миллеру просто повезло: они выполняли измерения во время магнитной бури.
Чтобы окончательно разрешить этот вопрос, надо придумать такой эксперимент, который был бы намного меньше подвержен внешним влияниям. И такой эксперимент поставил в 1912 году французский физик Саньяк. Его опыт был аналогичен эксперименту Майкельсона-Морли, но имел одно кардинальное отличие: установка вращалась. Саньяк располагал зеркала в углах квадрата, начинал вращать установку и затем пускал один луч от зеркала к зеркалу в направлении вращения, а другой — против. Потом оба луча выходили из установки, падали на экран и рисовали интерференционную картинку. По замыслу экспериментатора световой луч, движущийся в том же направлении, куда вращалась установка, приобретал скорость c+v, движущийся в противоположном направлении имел скорость c - v. Появлялась разница в скоростях и интерференционная картинка должна была исказиться. Саньяк с первой же попытки получил устойчивый положительный результат. И получал его постоянно во всех сериях замеров, а таких серий было выполнено несколько тысяч.
Если бы этот эксперимент был проведен до того, как Майкельсон и Морли выполнили свои исследования, он послужил бы блестящим подтверждением гипотезы существования эфира. Но он был выполнен значительно позднее, всего лишь за два года до начала второй мировой войны. Поэтому информация о нем не успела широко разойтись, а с началом военных действий внимание общественности переключилось на иные проблемы и об эксперименте Саньяка благополучно забыли.
Опыты Физо, Майкельсона-Морли и Саньяка достаточно сложны и повторить их может не каждый желающий. Но можно предложить иной намного более простой эксперимент по регистрации эфира-физвакуума, который доступен любому, кто умеет крутить гайки. Достаточно лишь напомнить о некоторых свойствах эфира-физвакуума.
Вспомним, что квант вакуума состоит из вложенных друг в друга частицы и античастицы, удерживаемых в границах кванта некоторыми силами, имеющими вполне определенное значение. Если мы поместим квант между обкладками заряженного электрического конденсатора, частица и античастица слегка разойдутся в стороны под действием внешнего электрического поля и квант, оставаясь в целом нейтральным, превратится в диполь. А диполь всегда движется в сторону максимальной напряженности поля.
Создать неоднородное поле очень просто: нужно пластины конденсатора расположить не параллельно друг другу, а под некоторым углом. Напряженность поля будет больше там, где расстояние между пластинами меньше, и наоборот. В этом случае кванты вакуума, становясь диполями под действием электрического поля, начинают ускоренно двигаться в пространстве между пластинами от широкого раструба к узкой горловине и по инерции вылетают наружу. Если заполнить внутреннее пространство между пластинами диэлектрической жидкостью, не реагирующей на электрическое поле, например, трансформаторное масло, тогда ускоряющийся эфир-физвакуум будет воздействовать на гравитационное поле жидкости и потянет жидкость за собой. И мы увидим поток жидкости, вытекающей из конденсатора с той стороны, где расстояние между его пластинами минимально.
Такой опыт выполнили ученые Сибирского научно-исследовательского центра по изучению аномальных феноменов в окружающей среде (или СНИЦИАФОС) при Томском политехническом университете. Установка томичан показана на рис. 1.7.1. Для устранения краевых эффектов, создаваемых плоскими электродами, конденсатор выполнялся из одного центрального стержня и установленного соосно ему усеченного конуса. Затем на стержень
Рис.1.7.1 Схема опытной установки СНИЦИАФОС. Центральный стержень и конический корпус вокруг стержня заряжаются разными знаками, формируя
неоднородное электрическое поле. Стрелками показано движение потоков эфира-вакуума и увлекаемой им жидкости.
и конус подавали разные заряды. Такое расположение электродов создавало неоднородное электрическое поле с напряженностью, увеличивающейся от основания к вершине. Устройство располагалось вертикально так, чтобы в миниатюре напоминать усеченную пирамиду. Более широкое основание внизу, суженная горловина вверху. Установка заряжалась напряжением до 10-20 кВ и заливалась трансформаторным маслом. Глубина погружения электродов в масло составляла несколько миллиметров.
Как сообщают ученые, проводившие этот опыт, в эксперименте наблюдалось хорошо видимое движение масла через устройство снизу вверх. Жидкость ускорялась в пространстве между электродами и, вытекая наружу из верхней горловины, создавала ясно видимый бурунчик. По величине буручика можно было качественно судить о скорости жидкости. Было изготовлено несколько различных по форме и размерам конструкций, и все они формировали поток жидкости. Однако ученые дали иную трактовку полученным результатам, отличную от того, что предлагается в настоящей книге. Они говорят о спин-торсионных полях. Если спин-торсионные поля формируют потоки эфира-физвакуума, тогда наши объяснения совпадают. Если же нет, тогда у нас разные объяснения.
Скептики могут возразить, что настоящий опыт не является доказательством существования эфира и его взаимодействия с электрическим полем, т. к. масло может увлекаться за счет поляризации примесей, например молекул воды, если масло недостаточно хорошо очищено. Поэтому мы слегка модернизировали этот эксперимент, чтобы исключить влияние любых примесей. Сама установка осталась без изменения, но от масла мы отказались. А регистрацию эфирного потока выполняли с помощью вертушки Лебедева, названной так по имени русского ученого, экспериментально доказавшего в начале 20 го века возможность для света оказывать давление на материальные предметы.
Вертушка Лебедева представляет из себя легкую турбинку с лопастями, одна из сторон которых окрашена в черный цвет, а другая выполнена зеркальной. Турбинка находится внутри стеклянной колбы, из которой удален весь воздух. Толщина стекла составляет около 10 мм, чтобы выдержать перепад давлений. Свет отражается от черной и зеркальной поверхности по разному, поэтому на лопасти турбинки всегда действует некоторое давление и она всегда вращается. По скорости вращения можно качественно судить о силе света.
Когда вертушку держали вдали от устройства, она вращалась как обычно. Но стоило включить установку и поднести вертушку к узкой горловине, как турбинка останавливалась и начинала вращаться в противоположном направлении. При этом скорость вращения иной раз была настолько велика, что лопастей уже не было видно.
Этот результат невозможно объяснить воздействием на лопасти потока атомов, молекул или элементарных частиц, т. к. толстая стеклянная оболочка не пропустила бы их внутрь. Даже электроны не могут проникать через такое толстое стекло. В крайнем случае они могли бы проникать в поверхностный слой стекла и там застревать. Но в этом случае стекло окажется заряжено отрицательно, и другие электроны будут отклоняться в стороны. Электрическое поле установки также не может служить причиной полученного результата, т. к. будет действовать на все лопасти вертушки одинаково. Остается последняя возможность: воздействие на лопасти потока эфира или физического вакуума.
Настоящие эксперименты показали, что сила воздействия равномерного эфиро-вакуумного потока на материальные тела очень слаба и сравнима с силой светового давления, поэтому все иные объекты, использованные в качестве детекторов потока и обладающие меньшей чувствительностью по сравнению с вертушкой Лебедева — подвешенные на нитках листы бумаги и матерчатые флажки, падающие мелкодисперсные порошки — ничего не зафиксировали. Такую особенность можно объяснить следующим образом.
Взаимодействие эфиро-вакуумного потока с гравитационным полем материального предмета происходит лишь в случае неравномерного движения одного из них. В установке СНИЦИАФОС достаточно высокая неравномерность движения эфиро-вакуумного потока наблюдается в объеме между электродами, где проходное сечение по высоте меняется, а электрическое поле изменяется в пространстве, но остается неизменным во времени. Поэтому масло внутри установки эффективно увлекается движущимся эфиром-вакуумом. Вне установки поле отсутствует, поэтому вакуумный поток после выхода из установки практически перестает взаимодействовать с предметами. Он не взаимодействовал бы с ними полностью, если бы отсутствовал окружающий физвакуум. Но из-за наличия вакуумной среды сформированный в установке вакуумный поток слегка тормозится. И потому начинает взаимодействовать с окружающими предметами. Вследствие того, что степень этой неравномерности очень мала, взаимодействие происходит очень слабо и поддается регистрации только с помощью очень чувствительных инструментов типа вертушки Лебедева.
Повысить степень неравномерности движения эфиро-вакуумного потока и эффективность его взаимодействия с материальными предметами можно, сделав электрическое поле меняющимся не только в пространстве, но и во времени. То есть нужно перейти от постоянного поля к переменному. А еще лучше — если использовать резкие импульсы тока и напряжения. В этом случае возникает временная неравномерность, и возникает не только внутри установки, но и вне ее. К сожалению, у нас не было нужного оборудования для проверки данной идеи, и потому соответствующий опыт мы провести не смогли.
Внимательный читатель, наверное, уже заметил, что для автора настоящей книги светоносный эфир и физический вакуум — синонимы. Но для академической науки это разные вещи. На вопрос о природе эфира и вакуума традиционно настроенный ученый ответит, что никакого эфира в природе нет, зато физвакуум действительно существует. Для решения этого вопроса я предлагаю выполнить следующий эксперимент (его схема приведена на рис.1.7.2). Свет из лазера расщепляется на два луча, один из которых проходит в объеме между обкладками заряженного электрического конденсатора. Обкладки конденсатора располагаются в пространстве также, как в установке СНИЦИАФОС, то есть наклонно друг к другу. Подавая на электроды высокое напряжение, мы заставим находящийся между электродами физвакуум двигаться ускоренно. И если физвакуум является одновременно светоносным эфиром, он потянет за собой световой луч. Поэтому скорость светового луча увеличится и на экране возникнет характерная интерференционная картинка. А если вместо экрана поставить на пути двух лучей светоуловители и соединить их
Рис.1.7.2. Схема экспериментальной установки для проверки возможности увеличения
скорости света движущимся эфирным потоком. Свет из лазера (1) расщепляется полупрозрачным зеркалом на два луча, один из которых проходит в пространстве между заряженными обкладками электрического конденсатора (2), после чего оба луча
попадают на экран (3) и рисуют интерференционную картинку.
через атомные часы, можно будет даже рассчитать, насколько вырастет скорость света при увлечении его движущимся эфирным потоком.
1.8. Эволюция Вселенной и теоретический расчет
фундаментальных констант
Эти две проблемы — эволюция Вселенной и теоретический расчет фундаментальных констант — настолько тесно связаны друг с другом, что не могут быть решены раздельно. В ходе изложения придется постоянно перепрыгивать от темы к теме, но иного пути нет. Начнем со второй загадки.
Численное определение фундаментальных констант по праву считается одним из самых важных достижений науки, но одновременно с этим — одной из наиболее важных нерешенных проблем. С одной стороны, все основные процессы во Вселенной описываются уравнениями, содержащими те или иные фундаментальные константы, и без их определения мы не могли бы знать, как развивается Вселенная.С другой стороны, все фундаментальные константы определяются экспериментальным путем и никто не может сказать, почему они имеют одни значения, а не другие. Например, почему постоянная тонкой структуры имеет значение 1/137.03602? Из-за этой особенности мироздание оказывается как бы подвешенным в воздухе, оно практически полностью определяется численными значениями фундаментальных констант, природу которых никто понять не может.
Поделиться книгой: