В статье от 23/05/2013 «Новый взгляд на природу темной энергии (ТЭ) в следствиях ОТО» была предложена версия о глобальном влиянии гравитации космоса на закон Хаббла, в виде поправки на дополнительное синее гравитационное смещение спектра излучения далеких галактик (интерпретация под ТЭ). Это новое направление в исследовании ТЭ,которое неожиданно нашло теоретическое подтверждение, поэтому версия имеет продолжение.
Обратимся к работе Я.Зельдовича и И.Новикова «Строение и эволюция Вселенной» [1], в главе 3.5. – уравнение (10) рассматривается формула полного закона Хаббла, с учетом синего гравитационного смещения, и комментарии к ней в главе 3.12. стр.123-124, приведем её в более удобной форме:
1+Zхаббл(R) - 2/3πρмGR2/С2= ν(R)/νо, (1)
Где: ρм - критическая плотность вещества во Вселенной, Zхаббл – космологическое красное смещение, ν(R) – наблюдаемая частота, νо – истинная частота.
Уравнение (1) интересно своим содержанием, в него входит константа 2/3πρмG, назовем её константой гравитационного смещения Λграв, которая по форме записи аналогична космологической константе Эйнштейна Λэйнш =4/3πρмG в первоначальном варианте [2]. В космологии Λэйнш связывают с ТЭ, вот чем уникальна формула (1), в ней изначально теоретически был заложен эффект под интерпретацию ТЭ, но это был 1975г.
Проведем анализ уравнения (1), константа Λграв вытекает из решений Пуассона, для сферически-симметричной однородной Вселенной,
ƒ(R) - ƒ(0) =∆ƒ =2/3πρмGR2, (2)
где: ƒ – ньютоновский гравитационный потенциал (ГП).
И показывает, как формируется ГП Вселенной, из уравнения (2) следует, что основной вклад в формирование ГП вносят далекие массы, для гравитационно-связанной (видимой) части Вселенной радиусом Rвсел(t)=C∆t (где ∆t – возраст Вселенной). В уравнениях Фридмана произведение ρэR2всел является константой по всей стреле времени, а это означает, что ГП во всех точках Вселенной и по всей стреле времени является константой, подставив современные значения параметров Вселенной в уравнение (2) мы получаем,
∆ƒ =2/3πρмGR2=0.75*3.14*9.6*10-26*6.7*10-11*1.7*1052=3*1016≈С2
примерно равен скорости света в квадрате. Тогда параметр R в уравнении (2) приобретает конкретное значение, как радиус видимой части Вселенной, и применять произвольно расстояния для вычисления ГП недопустимо, он везде одинаков.
Возникает вопрос, о каком синем гравитационном смещении спектра излучения идет речь в уравнении (1), если гравитационное поле Вселенной глобально однородно, именно по этой причине поправка на синее гравитационное смещение - 2/3πρмGR2/С2 в космологии не рассматривается. С другой стороны, простота, а главное естественность объяснения природы ТЭ вполне логичны и предельно привлекательны, возможно поправка Зельдовича- Новикова связана с вопросом: подчиняется ли гравитация (как вид энергии) закону космологического красного смещения Хаббла, обратимся к теории инфляции.
Одним из ключевых и непременным условием теории инфляции, являются нулевые энергетические условия происхождения и в дальнейшем развития Вселенной, отрицательная энергия гравитации космоса, строго равна положительной энергии всего вещества и излучения. И этот энергетический баланс должен соблюдаться по всей стреле времени, ОТО этим условиям не противоречат, более того они в какой-то мере вытекают из ОТО, конкретно.
1. Равенство гравитационной и инертной массы
Эта аксиома позволяет формально записать нулевые условия в виде
Мвсел С2+ Мвсел ∆ƒ=0
Где: Мвсел С2 - полная энергия всего вещества и излучения; Мвсел ∆ƒ – гравитационная энергия всей Вселенной.
Из уравнения следует, что ∆ƒ= -С2, вопрос как формируется ∆ƒ, рассматривается далее.
2. Гравитация не имеет экранов и носит накопительный характер.
ГП для конкретной точки формируется за счет наложения (накопления) ГП от источников гравитации по всему объему Вселенной и в принципе позволяет достичь ГП= -С2.
3. Скорость распространения гравитации равна скорости света
Это условие позволяет ограничить область формирования ГП, областью видимой части Вселенной, в противном случае ГП стремиться к бесконечности.
4. Энергия в ОТО гравитирует
Это следствие из ОТО позволяет ответить на вопрос: подчиняется ли гравитация (как вид энергии) закону космологического красного смещения Хаббла.
Энергия в ОТО гравитирует, поэтому все расчеты в современной космологии ведутся через плотность энергии, так удобнее и проще. Вот и мы, упростим задачу и в качестве наблюдателя, проведем анализ параметров ранней Вселенной, когда доминировало излучение, источником гравитации однозначно становится излучение (веществом и темной материей можно пренебречь). Вселенная расширяется с замедлением, тогда энергия квантов приходящих к наблюдателю, согласно закону Хаббла, падает пропорционально расстоянию и для границ видимой части Вселенной, стремится к нулю. Раз энергия источников гравитации стремится к нулю, то в таком же порядке должна уменьшаться энергия гравитации от этих источников, если за горизонтом частиц мы не видим материю, то однозначно, мы не видим и гравитацию, например: если ГП наблюдателя равен –С2, то по стреле времени назад ГП, как и энергия квантов, должен стремиться к нулю. Только таким образом соблюдается нулевые энергетические условия.
На основании вышеизложенного, произведем расчеты, у нас есть закон Хаббла
V(R)=HR,
где: V(R) – скорость Хаббловского расширения пропорциональная расстоянию R.
Возведем обе части его в квадрат,
V2(R)=H2R2, (3)
из WIKI возьмем современное значение критической плотности вещества
ρм=3Н2/8πG,
из которого следует
Н2=8/3πρмG,
подставим его в уравнение (3)
V2(R)=8/3πρмG R2.
Мы в праве считать, что изменение скорости расширения, связано с гравитацией космоса, ГП наблюдателя всегда и везде равен –С2, и меняется согласно закону Хаббловского расширения как –С2 +V2(R).
тогда разность ГП составит,
∆ƒ = –С2– (-С2 +V2(R)) = -V2(R) = 8/3πρмG R2, (4)
сравним его с уравнением Пуассона
∆ƒ =2/3πρмG R2. (2)
Мы видим что, по форме физического содержания уравнения (2) и (4) идентичны, закон Хаббла (в квадрате) однозначен, вытекает из наблюдений и показывает, как формируется ГП по всей стреле времени, при этом оставаясь в каждой точке Вселенной одинаковым. И у нас появляются основания считать, что уравнение (4) это есть закон Хаббла для гравитационного поля Вселенной. Тогда излучение, распространяющееся в гравитирующей Вселенной, должно подвергаться, согласно ОТО, дополнительному гравитационному смещению, т.к. тормозное ускорение всегда направленно к наблюдателю, то смещение должно быть синим, тогда закон Хаббла (1) приобретает вид,
1+Zхаббл(R) - V2(R)/С2= ν(R)/νо (5)
Посмотрите внимательно, насколько полно уравнение (5) описывает, и как следствие, объясняет диаграммы Хаббла рис1, на основании которых была открыта ТЭ. Рис.1
Где красная линия – зависимость расстояний от красного смещения спектра галактик, построенная по наблюдениям сверхновых типа Iа, что соответствует ускоренному расширению Вселенной (Zнабл). Синяя (пунктирная) линия соответствует теоретическим расчетам для линейного расширения Вселенной (Zтеор), тогда разница между,
Zнабл - Zтеор = Zграв = -V2(R)/C2
в точности соответствует поправке на дополнительное гравитационное смещение спектра.
Например: для Хаббловского красного смещения равному Zхаббл=0.7 поправка на синее смещение составит Zграв =0.72/2=0.25, для больших Zхаббл смещений поправка стремится к единице, получается что ТЭ это естественное природное явление, вытекающее из следствий ОТО.
Выводы.
Гравитационное синее смещение в виде поправки для полного закона Хаббла, это и есть ТЭ, это чисто оптическое явление и к динамике эволюции Вселенной никакого отношения не имеет, поэтому поправка, в виде Λ-члена из уравнения состояния Эйнштейна,
Rμν – R/2*gμν+Λgμν = 8πGTμν/С4
должна быть изъята,
Rμν – R/2*gμν = 8πGTμν/С4
и должна учитываться только в законе Хаббла, что автоматически снимает проблему ТЭ, её попросту не существует.
Ссылки.
1. http://alexandr4784.narod.ru/zn_2.htm
2. http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000022/st013.shtml уравнение (25).
Юрий Любашенко
