Tweeter button Facebook button Youtube button

Новое направление (по Ли Смолину) в исследованиях природы темной материи

17/02/2014
By

print

"]Ли Смо́лин (англ. Lee Smolin, ['smoʊlɪn]) — американский физик-теоретик, профессор канадского университета Ватерлоо, ведущий сотрудник расположенного там же Института теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics).

Ли Смо́лин (англ. Lee Smolin, ['smoʊlɪn) — американский физик-теоретик, профессор канадского университета Ватерлоо, ведущий сотрудник расположенного там же Института теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics)"

Ли Смолин, в своем великолепном обзорном, довольно таки эмоциональном материале «Неприятности с физикой…» по нерешенным проблемам в космологии и фундаментальной физике, обратил внимание на один интригующий наблюдаемый факт. В частности, Ли Смолин, на основании расчетов Милгрома М., приходит к выводу, что аномалии вращения галактик проявляются при ускорениях, начиная с Хаббловского вселенского ускорения и ниже. Далее автор ставит вопрос: каким образом эти совершенно не связанные явления, могут иметь единый механизм, вот на поиск этого единого механизма и нацелена эта статья.

Противоречивая темная материя.

По данным миссий WMAP и PLANCK, темной материи (ТМ) во Вселенной примерно в 5-6 раз больше чем светлой материи, с другой стороны, гравиметрические эксперименты (Путьев Н.П. Путьева Е.В.) [1] и прямые исследования по регистрации частиц ТМ в Земных условиях, говорят об обратном, её нет в Солнечной Системе, её нет и в ближнем космосе [2]. Кроме этого, с ТМ связаны три несовместимые между собой проблемы. 1.Чтобы сформировалась наблюдаемая крупномасштабная структура Вселенной, в том числе и сами галактики, нужна холодная ТМ. 2.Чтобы объяснить кривые вращения галактик и отсутствие каспов в ядрах галактик, нужна теплая ТМ. 3.ТМ практически не проявляет себя в ближнем космосе (межзвездные расстояния), в тоже время ТМ в основном сосредоточивается в скоплениях галактик (в 5-6 раз превосходя светлую материю), при этом каким-то физически необъяснимым образом захватывает внешнюю оболочку (края) галактик, при явном её отсутствии внутри галактик. В итоге, по космологическим наблюдениям и теоретическим расчетам, мы имеем дело с противоречивой ТМ.

Из-за этих противоречий некоторые теоретики (Сипаров С.В. «Теория эквивалентности», Одинцов С.Д. «F(R)-гравитация», Милгром М. «MOND») отказавшись от самого термина ТМ, обратились к модернизации теории гравитации. Интересный анализ MOND провел Ли Смолин [3], оказывается что кривые вращения галактик можно условно разделить орбитой, внутри которой приемлемо работает гравитация Ньютона, снаружи пошли беспорядки, требующие введения ТМ или МОND. И что фундаментально-неестественно, эта условная граница характеризуется галактическим ускорением Агал которое равно космологическому ускорению расширения Вселенной на современном этапе Авсел, вытекающая из закона Хаббла,

Агалвсел=СНсов ≈10-10м/с2 где - Нсов постоянная Хаббла в современную эпоху.

Ли Смолин осторожно ставит вопрос, какая может быть связь между аномалиями вращений галактик и темпом замедления расширения Вселенной.

Авсел = Агал = С2/R где R – видимый радиус Вселенной.

Далее автор отмечает, С2/R это ускорение вселенского масштаба, галактика для Вселенной это песчинка, из этих соображений вытекает, что влияние этого ускорения на вращение галактик становится чудовищно неестественным. В космологии сложилась парадоксальная ситуация.

1.МОND приемлемо описывает аномалии вращения галактик, но не работает на межгалактических расстояниях.

2. ТМ наоборот, приемлемо описывает движения в скоплениях галактик, и в тоже время не может в полной мере объяснить вращение самих галактик.

В итоге приходится констатировать, ни модернизация гравитации, ни ТМ проблему с аномальной гравитацией в целом не решают, вдобавок появилась новая интрига, это аномальное ускорение «Пионеров» Апион которое по своей величине соизмерима с Авсел, поэтому чудовищно неестественное (по Ли Смолину) влияние космологического ускорения Вселенной на аномалии вращений галактик и возможно на ускорение «Пионеров», нуждается в тщательной проработке, начнем его с вопроса, а как расширяется пространство (физический вакуум (ФВ)) на микро (квантовом) уровне, для этого обратимся к природе ФВ.

Сколько весит физический вакуум.

Согласно эффектам Унру, Казимира, Лэмбовский сдвиг, ФВ характеризуется минимальной, но ненулевой плотностью энергии, в ОТО энергия гравитирует, тогда и ФВ должен гравитировать. Энергия сама по себе не существует, ей нужен носитель, тогда что или кто является носителем энергии в ФВ и отвечает за поляризацию и осцилляции (нулевые биения), какова сама плотность энергии ФВ. По современным представлениям ФВ представляет собой среду предельно связанных энергетических состояний, как остаточный продукт аннигиляции практически всей первоматерии, в виде пар электрон-позитрон, кварк-антикварк, образуя вакуумные диполи (проявляется как поляризация ФВ). Как известно электрон и позитрон, кварк и антикварк это фермионы, они не могут пребывать в одинаковых энергетических состояниях, поэтому в вакуумных диполях, в виде пространственной структуры, спиновые взаимодействия сохраняются, а это энергия, кроме этого, структура не может обладать нулевой энергией. В космологии с плотностью энергии ФВ сложилась неординарная ситуация на современном этапе плотность энергии ФВ ρфв ассоциируется с плотностью темной энергии (ТЭ) ρтэ, равная давлению ФВ с отрицательным знаком –ртэ, доля которой от плотности энергии всей Вселенной ρвсел составляет 70%,

ρфвтэ = –ртэ =0.7ρвсел. (1)

По современным оценкам ρвсел=10-26кг/м3 и является критической ρкрит, с другой стороны, в теории инфляции эта плотность должна быть константой и соответствовать плотности Планка ρфв=1096кг/м3, расхождения колоссальные и составляют порядком 10122!!! Эта проблема в космологии пока остается открытой, подойдем к этой проблеме со стороны квантового вакуума, возникновение динамической массы у адронов в КХД строится во взаимодействии ФВ, точнее с виртуальным кварк-глюонным конденсатом и реальными кварками. Тогда локальная плотность ФВ в области действия сильных взаимодействий, должна быть соизмерима с плотностью адронов, получается, что основной вклад в плотность энергии адронов (динамическая масса) вносит ФВ, т.е. на квантовом уровне ФВ ведет себя сверхдинамично, виртуально (беззатратно) подстраиваясь под плотность энергии адронов, а это уже сверхтонкая локальная энергетическая настройка (все протоны абсолютно неразличимы). Такую же тонкую настройку мы видим в динамике расширения Вселенной, в уравнении Фридмана

Н2(t) =(à/a)2 = 3/8πGρвсел(t) – k2 (2)

кривизна пространства на современном этапе считается равной нулю k=0, это следствие равенства ρвсел = ρкрит, это грань между открытой и закрытой моделью Вселенной Фридмана. Но эта же картина просматривается в динамике расширения Вселенной по всей стреле времени, плотность вещества во Вселенной всегда является критической, эта тенденция четко вытекает из уравнения (2), записанного в более наглядной форме через плотность энергии Вселенной,

3/8πGρвсел(t)t2 = С2 (3)

Где: С – скорость света; t – возраст Вселенной.

Из уравнения (3) следует, что произведение ρвсел(t)t2 является константой по всей стреле времени, это относится к любой эпохе в независимости от масштабного фактора, и представляет собой гравитационный потенциал Вселенной С2 (в коэффициентах содержится гравитационная постоянная G), это легко проверить. Подставим в (3) параметры Вселенной в эру Планка и сравним их с современной эпохой.

Эра Планка: С2=3/8*π*6*10-11*10113*10-86=1016м22; (4)

В современную эпоху: С2=3/8*π*6*10-11*10-9*1035=1016м22 (5)

Мы видим, что равенства (4) и (5) приемлемо соблюдаются и соответствуют С2, по сути уравнение (3) в динамичной форме показывает, как соблюдается энергетический баланс Вселенной. Конкретней, в ОТО гравитационная масса тождественна инертной массе, тогда положительная энергия всей Вселенной (константа энергии покоя =+С2) строго равна гравитации космоса (гравитационный потенциал Вселенной = -С2), суммарно полная энергия Вселенной всегда равна нулю по всей стреле времени, а это уже сверхтонкая глобальная настройка Вселенной, отметим, нулевые энергетические условия также соблюдаются на всем этапе доминирования ТЭ, получается, что именно ФВ отвечает за соблюдение энергетического баланса Вселенной. В этих примерах мы видим, как локально подстраивается ФВ под плотность энергии в сильных взаимодействиях, и как глобально соблюдается энергетический баланс в динамике расширения Вселенной. Наша дальнейшая цель рассмотреть следующее предположение: на современном этапе за природу ТЭ отвечает ФВ, тогда может ли на этапе доминирования ТМ, плотность энергии ФВ ассоциироваться с плотностью энергии ТМ.

Для этого вычислим время начала доминирования ТМ по динамике расширения реликтового излучения, согласно частным решениям уравнений Фридмана.

Епл(tпл/tтм)1/2тм - доминирование излучения

Ерел(tтэ/tтм)2/3= Етм - доминирование ТМ

Ерел(tсов/tтэ)= Ерел(сов) - доминирование ТЭ

Где: Епл=1.2*1032К0 (1.2*1019Гэв) – энергия планка; tпл=5.3*10-44сек – время планка; tтм – время начала доминирования ТМ; Ерелэнергия реликта на стадии начала доминирования ТЭ; Ерел(сов)=2.7К0 (2.3*10-4эв) – современная энергия реликта; tтэ=7млрд.лет – время начала доминирования ТЭ; tсов=13.7млрд.лет (4.3*1017сек) – современный возраст Вселенной.

Из этих трех уравнений следует, что начало доминирования ТМ независимо от её содержания, соответствует возрасту Вселенной ≈1*102лет (в современной космологии фигурирует возраст ≈103 лет) энергия реликта соответственно равна 12эв, это фоновая, на тот момент, минимальная энергия. В эту эпоху плотность энергии реликта сравнялась с плотностью энергии ТМ, тогда именно с этого момента плотности энергии ФВ и реликтового излучения начали расходиться. В противном случае ФВ расширялся, как и реликтовое излучение, т.е. плотность энергии ФВ в современную эпоху была бы на пять порядков меньше расчетной, что не соответствует действительности (см. равенства в формуле (1)). А это означает, что именно в эту эпоху ФВ становится нерелятивистским, виртуальные частицы ФВ приобретают массу покоя равную 24эв (одному диполю соответствует два фотона), которая сохраняется вплоть до современной эпохи, проверим это предположение.

Как известно, результатом аннигиляции практически всего первичного вещества является реликтовое излучение, в современную эпоху количество реликта (плотность) составляет ≈4.1*108шт/м3, плотность энергии Вселенной, равная критической составляет ρвсел ≈5.2*109эв/м3. Тогда количество пар (вакуумных диполей) должно быть в два раза меньше чем реликтового излучения, энергия покоя одного вакуумного диполя Е0 составит,

Е0 = ρвсел/4.1*108/2=25.4эв, соответственно масса покоя равна mвд=4.4*10-35кг.

Наше предположение, что энергия покоя вакуумных диполей на момент начала доминирования ТМ, соизмерима с плотностью ТМ на современном этапе, соответствует действительности. А это означает, что ФВ, без ввода экзотических частиц, может взять на себя функции ТМ.

Как осциллирует ФВ в расширяющейся Вселенной.

Вакуумные диполи это квантовые объекты, которые по законам квантовой механики непрерывно осциллируют с определенной длиной волны Λвд в зависимости от энергетического состояния Евд, для расширяющейся Вселенной эта энергия соответствует энергии реликтового излучения по всей стреле времени.

Епл(tпл/tвсел)1/2рел

Λпл(tвсел/tпл)1/2рел (6)

Сtвсел=Rвсел (7)

Где Rвсел – видимый радиус Вселенной на момент наблюдений.

Из уравнений (6) и (7), на стадии доминирования излучения, следует что,

Λпл n= Λрел; Λпл n2= Rвсел; где n=1, 2, … n; на момент эпохи начала доминирования ТМ n=(tтм/tпл)1/2=4.7*1026.

Тогда расширение на квантовом уровне подчиняется следующим закономерностям, за время осцилляции =Λрелдлина волны осцилляции вакуумных диполей увеличивается ровно на длину планка Λпл, таким же образом растет длина волны реликта.

Ерелвдпл/n ; соответственно, Λрелвдпл*n

На этапе доминирования ТМ картина меняется, реликтовое излучение расширяется по закону,

Ерел(tсов/tтм)2/3= Ерел(сов),

а вакуумные диполи, приобретя массу покоя равной 25эв (mвд=4.4*10-35кг), осциллируют в соответствии с энергией (температурой) остывания Вселенной, тогда в современную эпоху длина волны осцилляций составит,

Евд = Ерел =mвд vвд2/2=2.7К0 (3.8*10-23дж);

vвд=(2Евд/mвд)=1.3*106м/с.

Λвд=h/mвдv=1.2*10-5м.

Изменение осцилляции вакуумных диполей за счет космологического расширения всегда характеризуется ускорением, произведем его расчеты,

Авд= vвд2/Λвд - vвд2/Λвдпл = vвд2Λплвд2= 4*10-13м/с2, (8)

что соответствует: ∆Евд = ЕвдΛплвд. (9)

Если допустить, что пл это фундаментальная длина (константа), то уравнения (8) и (9) принимают дискретный характер, ускорение становится дискретным, оно не может быть меньше -/+4*10-13м/с2, отметим что мы ничего нового не вносим, на атомарном уровне энергия и ускорение также квантуется. Грубо говоря ФВ на квантовом уровне расширяется дискретно, точнее амплитуда осцилляций растет дискретно, с шагом растяжки всегда и везде равной пл за время равному Λрел, с таким ускорением равному Авд = - 4*10-13м/с2 расширяется Вселенная в целом, нас интересует как расширяется (сжимается) пространство в гало ТМ, обратимся к космологии.

Космологи пришли практически к единому мнению, такую быструю самоорганизацию видимой материи во Вселенной, без ТМ объяснить невозможно, вначале еще до эпохи рекомбинации начала кластеризоваться ТМ, образуя гравитационные ямы, куда после рекомбинации устремилось видимое вещество. Крупномасштабная структура Вселенной ближе к современной эпохе становится крайне неоднородной и представляет собой гигантский вселенский каркас, состоящий из филаментов (волокна), в которых сосредоточена практически вся светлая и темная материя, окружающие пустоты (войды). Сами же филаменты, за счет гравитации ТМ, со временем утончаются (стягиваются) и раздробляются на отдельные сгустки, формируются отдельные гравитационно-несвязанные гало ТМ, это области пространства в которых со временем сформируются скопления галактик. Формируется крайне гравитационно-неоднородная структура, теперь уже в самих филаментах, произведем расчет плотности энергии ТМ исходя из следующих соображений. Первые галактики появились, когда Вселенной было 600млн. лет, соответственно энергия реликта была в пределах 22К0, плотность энергии тогда составляла ≈520*5.2*109эв/м3, т.е. 520раз превышала ρвсел в современную эпоху и эта плотность должна сохраняться вплоть до наших дней, подчеркнем еще раз, без кучкования ТМ объяснить образования галактик невозможно. У нас появляются весомые аргументы считать, что плотность энергии ТМ в галактиках и в их скоплениях в современную эпоху, соответствует параметрам Вселенной в возрасте 600млн. лет, тогда вакуумные диполи в гало ТМ осциллируют с энергией 22К0 (30*10-23дж), соответственно ускорение, согласно расчетам по формуле (8) составит Авд= 0.26*10-10м/с2, предполагается что гало ТМ эволюционирует, гравитационно стягивается, поэтому ускорение Авд ближе к современной эпохе растет. Тогда расширение ФВ на микроуровне соответствует:

В гало ТМ, Евд =30*10-23дж; vвд=107м/с; Λвд =10-6м; (10)

+Авд= vвд2Λплвд2= 10-10м/с2 - сжатие ФВ в гало ТМ,

В войдах, -Авд= - 4*10-13м/с2расширение ФВ в войдах,

которое дискретно и не может быть меньше для гало ТМ чем 10-10м/с2.

Выводы.

Покажем, что в таком виде ФВ в полной мере соответствует параметрам ТМ. 1.Гравитационное поле в гало ТМ сравнительно однородно с напряженностью равной Авд10-10м/с2, это гравитационный неизмеряемый фон (измерениям поддается только разность потенциалов). На этом фоне в галактиках условно формируется орбита с Агал= Авд10-10м/с2, внутри которой Агал 10-10м/с2 работает гравитация Ньютона, снаружи Агал 10-10м/с2 действует гравитация ФВ, тем самым объясняются аномалии вращения галактик и отсутствие каспов в центре галактик.

2.На этом же фоне в карликовых галактиках создается эффект повышенного содержания ТМ, так как Акарл < Агал.

3.В скоплениях галактик Авд значительно превышает напряженности всех входящих в скопления галактик, тем самым объясняются аномальные скорости движения галактик.

4.ТМ ведет себя как абсолютно бесстолкновительная материя, обнаружить её невозможно, в противном случае она давно бы была зафиксирована в многочисленных Земных исследованиях, объясняется это тем, что гало ТМ это ФВ, который неизмеряем.

5.Предположение. Расширение по всем направлениям пространства в войдах, из-за практически отсутствия ТМ и вещества, можно ассоциировать как ускоренное расширение Вселенной, это связано с тем, что распространяющееся в войдах излучение подвергается дополнительному расширению. Это совершенно отдельная тема, требующая компьютерного моделирования всей динамики формирования крупномасштабной структуры Вселенной.

Ссылки.

1. http://ria.ru/science/20130325/928887466.html#ixzz2ObJL43Pb

2. http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2012/04/19/486474

3.

http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/12/7.html

4. http://www.ptm2008.ru/materials/3.1-3.5.pdf стр.197

5. http://ufn.ru/ru/articles/2012/1/b/

Юрий Любашенко

 

Tags: , , , , , , ,

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

amplifier for 8 speakers
Алёна Петрова

ПОПУЛЯРНЫЕ

В началоВ начало
sonos multi-room music system zonebridge br100 sonos multi room music system zoneplayer zp120 + zp90 sonos multi-room music system zone bridge br100 box multi room speaker system airplay apple multi room speaker system