Большой взрыв
Современная трактовка красного смещения спектров далёких астрономических источников как космологического расширения Вселенной с разбеганием галактик является практически единственной причиной, удерживающей гипотезу Большого Взрыва на плаву. И это несмотря на возрастающее число пробоин, которые наносит ей наблюдательная астрофизика.
Альтернативная же трактовка красному смещению — с привлечением тёмной материи — возможно позволит убить двух зайцев одновременно…
Часть первая. ОБЗОР
Теме тёмной материи (ТМ) посвящается довольно много статей. Вот перечень десяти с отдельными тезисами из них:
1. ТЕМНЫЙ КОСМОС: ТЯЖЕСТЬ НЕВИДИМОГО
- Термин «темная материя» робко появился в астрономическом лексиконе еще в начале 1920-х годов. Однако именно Оорт первым обосновал эту гипотезу с помощью данных звездной статистики. В будущем она полностью подтвердилась, хотя и не в интерпретации Оорта.
- К началу 1980-х годов почти все астрономы поверили, что галактики окружены мощными гало из невидимой материи (сначала это было доказано для спиральных галактик и плоских галактик без спиральной структуры, а затем и для большинства эллиптических).
2. ЭМБРИОНЫ ГАЛАКТИК: ТЕМНОЕ ДЕЛО
- Едва ли первые галактики появились бы без темной материи. Им были необходимы зародыши, области с повышенной плотностью, стягивающие на себя окружающее вещество с помощью собственного тяготения. Если бы еще не успевшая остыть Вселенная в возрасте нескольких сотен тысяч лет состояла лишь из обычного вещества и излучения, то горячий фотонный газ быстро разрушил бы подобные флуктуации. А вот темная материя не способна «спариваться» с фотонами, поэтому она и смогла их законсервировать. Более того, без ее спасительного тяготения наша Вселенная расширялась бы столь быстро, что в ней вообще не смогли бы возникнуть какие-либо упорядоченные структуры.
- Если аксионы существуют, то они, как и первичные нейтрино, возникли в ходе Большого взрыва, но в намного большем количестве. В результате взаимодействия с одним из существовавших тогда полей они потеряли кинетическую энергию и с тех пор остаются практически неподвижными.
- Другой перспективный кандидат – нейтралино. Это гипотетические тяжелые нейтральные частицы (диапазон масс от десяти ГэВ до нескольких ТэВ), принимающие участие в слабом взаимодействии. Нейтралино возникают в контексте теории суперсимметрии, которая требует, чтобы каждый фермион обладал партнером-бозоном, а каждый бозон – партнером-фермионом. Эти «суперпартнеры», как правило, не могут быть носителями темной материи, но теория разрешает выступить в этом качестве некоторым их комбинациям, которые ведут себя как единые частицы – нейтралино.
3. ХОЛОДНАЯ И ТЕМНАЯ: НЕМНОГО СВЕТА НА ТЕМНУЮ МАТЕРИЮ
Американские ученые во главе с Пьеро Мадау (Piero Madau) провели эксперименты по компьютерному моделированию гало темной материи, окружающей нашу галактику. Выяснилось, что сгустки и тяжи темной материи можно найти и внутри Млечного Пути, и даже в пределах самой Солнечной системы.
4. ТЕМНАЯ ИСТОРИЯ: МНОГО ШУМА — И НИЧЕГО?
По мнению некоторых учёных, вообще под самим понятием темной материи скрывается целый класс пока неизвестных нам частиц и взаимодействий, и вимпы – лишь незначительная его часть.
Ну а по ряду теорий о строении темной материи никаких вимпов не существует вовсе. Словом, дело темное. Недаром английское слово «wimpy» по странному совпадению можно перевести, как «безрезультатный» и «плохонький».
5. ГЛОТОК ТЬМЫ: ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ИЗ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ
Британские ученые Кертис Сэкстон (Curtis Saxton) и Кинва Ву (Kinwah Wu) предложили свою версию решения известной проблемы: откуда берутся наблюдаемые в глубинах Вселенной сверхмассивные черные дыры, которые уже существовали спустя всего 1 млрд лет после Большого Взрыва?
6. ДОЛГАЯ ТЕМНАЯ ЖИЗНЬ: СКОЛЬКО ЛЕТ ЧАСТИЦАМ
Результат, полученный Ример-Сёренсеном, впечатляет: частицы темной материи способны стабильно существовать дольше 3 000 000 млрд. лет!
7. ТЕМНЫЙ ЦЕНТР: ДЫРА И МАТЕРИЯ
Хупер и Гуденаф, анализируя характеристики гамма-излучения, не просто пришли к выводу о том, что создается оно именно вимпами, но и оценили их массу – примерно в 7,3-9,2 ГэВ, т.е. примерно в 8 раз тяжелее протона.
8. ВСЕЛЕННАЯ ЛЮБИТ ТЕБЯ: ГУМАННАЯ ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ
Американский физик Бен Фрайфогель (Ben Freivogel) рассмотрел соотношение содержания темной и обычной материи во Вселенной с точки зрения этого самого антропного принципа. Поскольку сама природа темной материи пока что остается загадочной, Фрайфогель использовал одну из общепринятых гипотез, согласно которой темная материя состоит из особых, пока неоткрытых элементарных частиц — аксионов.
9. ГАЛАКТИЧЕСКАЯ ТОЛЧЕЯ: ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ В БЕГАХ
- В случае Abel 520 область концентрации темной материи, содержащая в себе также значительное количество раскаленного газа, находится на значительной дистанции от точки сосредоточения большинства звезд.
- Необычное распределение темной материи замечено и в другом звездном скоплении: «Темное кольцо». Кроме того, не так давно появились данные, по видимости, говорящие о том, что существуют отдельные галактики, состоящие из темной материи.
10. ТЕМНАЯ СТАНОВИТСЯ ТЕМНЕЕ: ПЕРСИКИ ГАЛАКТИК
Карликовые галактики являются одними из лучших объектов, на примере которых можно изучать поведение темной материи вообще. Дело в том, что ее содержание в них намного больше, чем у крупных, наподобие Млечного Пути: обычная материя составляет не более 1% массы карликовых галактик.
Часть вторая. Резюме
1. В существовании холодной тёмной материи астрономический мир сегодня нисколько не сомневается.
2. Кандитатов на роль частиц ТМ — вимпов — с избытком. Правда, практически все они — чисто гипотетические.
3. Все сходятся на том, что вимпы принимают участие только в гравитационном и слабом взаимодействиях.
4. Без тёмной материи невозможно описать формирование сверхмассивных чёрных дыр, первых галактик, всей крупномасштабной структуры Вселенной.
5. Вимпы стабильны и долгоживущи. Масса ТМ во Вселенной остаётся постоянной.
Часть третья. Гипотеза об электромагнитном аспекте тёмной материи
1. Несколько нелогично выглядит бытующее представление об отсутствии у ТМ электромагнитного аспекта. Тем более, что электромагнитное взаимодействие объединено со слабым в т.н. электрослабое взаимодействие. Стремясь к гармонии и симметрии предположим наличие ЭМ аспекта у тёмной материи в качестве рабочей гипотезы. И посмотрим, что из этого следует. Зададимся вопросом, как взаимодействуют фотоны с тёмной материей?
2. Научные гипотезы обычно строятся двумя путями.
Гениальные учёные предвидят свойства природы и предсказывают её поведение, которое выходит за рамки общепринятых взглядов. Они формулируют постулаты, на их базе строят математический формализм, выводят неизвестные ранее следствия. Когда эти следствия подтверждаются опытом, гипотеза переходит в ранг теории.
Но такой путь — большая редкость. Обычно новые гипотезы назревают и перезревают. Это происходит, когда существующие теории не могут объяснить новых наблюдаемых данных и исчерпывают потенциал разумной модификации. Тогда результаты новых экспериментов декларируются как физические законы и именно они ложатся в основу новой теории. Рассматриваемая гипотеза рождается вторым путём, опираясь исключительно на опытные данные.
3. Законы взаимодействия фотона с вимпом (постулаты гипотезы):
1) Фотон поглощается, удерживается вимпом какое-то время и переизлучается в исходном направлении, не претерпевая никакого рассеяния.
2) Фотон теряет часть своей энергии, которая пропорциональна его частоте/длине волны.
4. Следствия гипотезы:
1) Космологическое красное смещение получает иную трактовку, не требующую разбегания галактик (доплеровсое покраснение) и расширения пространства (космологическое покраснение). Вселенной возвращается право быть стационарной. А доктрине Большого Взрыва — уйти на покой.
2) Космологическая шкала расстояний теряет прямую пропорциональность, закон Хаббла для удалённых галактик и квазаров перестаёт действовать. Ведь красное смещение зависит от пространственного распределения тёмной материи во Вселенной, а оно весьма неоднородно.
Пересмотр шкалы в сторону увеличения её масштаба (сокращения расстояний) позволит найти разумные астрофизические объяснения квазарам и чудовищным по мощностям гамма-вспышкам…
3) Происхождение реликтового излучения к тёмной материи отношения не имеет. Существуют два сценария происхождения РИ без помощи и содействия одной-единственной взрывающейся сингулярности и её Большого Взрыва:
- ГИПОТЕЗА ГЛОБАЛЬНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
- гипотеза "чёрного тела" с нулевой абсолютной температурой, которое охладило свет от очень далёких древних звёзд и превратило их спектр в планковский. (Потом это чёрное тело исчезло, не оставив после себя других следов).
Часть четвёртая. Гамма-всплески
Ещё одним аргументом в пользу предложенной гипотезы можно считать явление гамма-всплесков: ХВОСТАТЫЕ ВСПЫШКИ: ГАММА-ВСПЛЕСКИ
Точнее, сопутствующее всплеску явление запаздывающего послесвечения в остальных диапазонах ЭМ спектра — от рентгена до радио.
Сегодня научного объяснения ему нет. Правда, царящее в сфере космологии антинаучное бескультурье требует немедленных ответов на любую проблему. Так появляются убогие гипотезы типа:
1. "Послесвечение обеспечивается в основном синхротронным механизмом и, возможно, обратным комптоновским рассеянием…"
Но факты говорят сами за себя:
во многих гамма всплесках наблюдается сильная переменность как в самом гамма-излучении (на временах порядка разрешения прибора — миллисекунд), так и в рентгеновских и оптических послесвечениях (вторичные и последующие вспышки, энерговыделение в которых может быть сравнимо с самим всплеском).
Как же быть? Как выкрутится на сей раз современная астрофизика БВ?
2. "До некоторой степени это можно объяснить столкновением нескольких ударных волн в оболочке, двигающихся с разными скоростями."
Да неужели?
В конце статьи "Гамма-всплеск" в Википедии всё же честно признаётся:
"но в целом это явление представляет серьёзную проблему для любого объяснения механизма работы центральной машины: нужно, чтобы после первого всплеска она могла ещё давать несколько эпизодов энерговыделения, иногда через времена порядка нескольких часов."
С точки зрения предлагаемой гипотезы явление послесвечения объясняется тем, что взаимодействие ЭМ излучения с ТМ для гамма диапазона отличается от других частот.
(Как, впрочем, это происходит и для обычного вещества. В котором для гамма излучения не работают законы преломления, дисперсии, замедления скорости света и т.п.)
Логично предположить, что наблюдаемый всплеск одновременно породил излучение во всех диапазонах, которое претерпело дисперсию в ТМ (за искл. гамма) и дошло до земного наблюдателя с опозданием.
Выводы:
1. Астофизический взрывной процесс, приводящий к высвобождению колоссальной энергии, является цельным и одновременным событием.
2. Появляется самый надёжный метод для определения дальних космологических расстояний.
3. Если расстояния определены независимо, то рассчитываются показатели дисперсии электромагнитного излучения разных частот в ТМ и распределение ТМ во Вселенной.
P.S. В контексте объяснения послесвечения гамма-всплесков дисперсией тёмной материи значение предлагаемой здесь гипотезы выходит за рамки научно-популярной сказки и представляет собой самостоятельное научное открытие.
В целом же, гипотеза, наделяющая тёмную материю ЭМ свойствами, решительно упрощает космологическую картину миру. Отпадает необходимость в тёмной энергии, Большом Взрыве, расширении пространства в никуда и других спорных философских измышлениях. А тёмная материя становится полноценной материей, поддающейся всем известным взаимодействиям.
По материалам VseProKosmos
