Вселенная без сингулярностей

Вселенная без сингулярностей

1

1

А.Ф. Земченко

ВСЕЛЕННАЯ БЕЗ СИНГУЛЯРНОСТЕЙ.

Принятая в настоящее время теория происхождения вселенной предполагает, что её вещество, а вместе с ним и пространство, 15-20 млрд лет назад путем чудовищного взрыва вырвались из точки , соответствующей по своим размерам геометрическому кванту (10 см ) или даже меньшей, вплоть до нуля. После этого пространство непрерывно расширяется, однако, если средняя плотность вещества лежит выше некоторого порога, то вселенная с какого-то момента начнет сжиматься и закончит существование снова при нулевых размерах. Точки начала и конца этого процесса называются сингулярностями. Противоречия в теории Большого взрыва и результаты исследований физической природы вакуума позволяют рассмотреть другую модель происхождения и развития Вселенной , но из-за крайней радикальности нового подхода к его обдумыванию приглашаются лишь те исследователи, для кого размышления над тайнами природы являются способом проведения досуга.

В любой модели определяющим признаком Вселенной является её пространство. Пространство нашего мира трёхмерно. После возможных разногласий было признано, что пространство Вселенной реализовано именно в трёхмерном виде и ни эксперимент , ни теория практически не дают оснований «придираться» к такому пространству и что-то в нем улучшать. Исключение составляет только выполнение законов сохранения. Согласно теоремам Э.Неттер законы сохранения энергии, импульса и другие нерушимы не вследствие какой-то там неуничтожимости энергии, а вытекают просто из однородности пространства и времени. Здесь начинает проступать противоречие, так как само применение к пустому пространству и абстрактному нематериальному времени понятия однородности содержит в себе физическую некорректность . Напрашивается предположение: наши сведения о размерности и свойствах простиранства отражают только его геометрические свойства; физическая сущность пространства может быть более сложной.

Представления, которые при этом возникают, в принципе можно изложить коротко - реальное физическое пространство является материальным и одномерным. Это его свойство фундаментально и выражается в том, что метрика нашего пространства имеет размерность длины. И - все! Именно отсюда вытекают пространственные симметрии , выражающиеся в законах сохранения. И по этой же причине последние выполняются в геометрически неоднородных средах, вроде пространства , искаженного тяготением. Исходя из принципа дуализма в природе, такому пространству надо противопоставить антипространство с линейной размерностью -1 и нуль-пространство между ними. Этим будет подведена материальная база под фантастические проекты путешествий по антипространству и они теперь могут быть «реализованы». Сами же мы должны проявлять подозрительность по отношению к природе, которая «мыслит» более раскованно и потому только и существует, что в своих проявлениях превосходит все наши фантазии.

Надо, прежде всего, проанализировать, не является ли физический вакуум тем самым антипространством, образующим с физическим пространством естественный природный дуант. Достоинств у кандидата много: он вездесущ и неощутим, пропитывает наш мир наподобие всепроникающей субстанции и , участвуя во всех физических процессах, видимым образом на них не влияет. У вакуума много свойств, но сейчас надо выделить главное - как выглядит пространство вакуума? Оценивая имеющийся материал о природе вакуума можно предположить , что метрика его «пространства» имеет размерность энергии. Тогда в своем собственном «энергетическом» пространстве материя вакуума будет носить характер непрерывного поля энергии, в то время как в нашем «линейном» пространстве она предстанет в виде вещества или излучения. К сожалению, в нашем сознании нет никаких чувственных или логических образов, которые помогли бы представить совместное существование в каждой точке двух столь разных миров. Существование настолько тесное, что для осознания его реальности проще всего , кажется, представить его как раствор одного пространства в другом.

Но устрашающие свойства вакуума, известные из экспериментов, делают его не подходящим компонентом для картины сопряженных пространств. Зададимся вопросом: какой вакуум нам нужен для физического сочленения с пространством и посмотрим, какие из его известных свойств этому соответствуют.

В первом предположении поле вакуума должно быть электромагнитным; именно такое поле всегда выступает как конечный продукт деградации вещества, наиболее ярко проявляющейся при его аннигиляции. После этого надо распутать клубок противоречий, касающихся свойств и структуры вакуума. Из теории и экспериментов известно, что вакуум имеет бесконечную плотность и состоит из всех сортов частиц, находящихся, правда, в виртуальном состоянии. Вследствие этого

Вакуум обычно помещается куда-нибудь «за пространство» или ему приписываются неизвестные нам свойства, позволяющие ему не взаимодействовать с нашим миром. Но вакуум является все же компонентом нашей Вселенной и присутствует в каждой точке её пространства. Из тех же экспериментов следует: материя вакуума имеет одинаковую с нашим веществом природу, а путем преодоления больших энергетических порогов из вакуума можно извлечь обычные элементарные частицы.

Перечисленные противоречия устраняются, если представить вакуум как электрическое поле с низкой плотностью энергии . Только теперь надо будет сделать выбор между квантовым (дискретным) полем и непрерывным полем, похожим на квантовые жидкости. В первом случае будут воспроизведены известные свойства электромагнитного поля, поэтому рассмотрим второй случай. Не квантованное поле является стабильным и никуда не распространяется. Его кинетическая температура равна нулю. Оно находится в стабильном состоянии и участвует только в процессе расширения пространства, которое проявляется в нем только как постепенное уменьшение плотности энергии. В экспериментах с большими энергиями вакуум может взаимодействовать с пространством. При этом в среде, для которой сами понятия о координате, месте, скорости не имеют смысла, вся бесконечная энергия поля проявляется в точке взаимодействия, из чего и возникает представление о бесконечной плотности вакуума. В отношении энергетического потенциала нейтрального поля приходится ограничиваться приблизительными оценками. Так, если в нарождающейся Вселенной устанавливалось равновесие между веществом и полем, то в дальнейшем процесс расширения пространства сказывался на них одинаковым образом. Отсюда плотность энергии поля в наше время будет равна средней плотности вещества ( 10 г/см ), причем это нужно принимать как нижнюю границу, так как нужен ещё запас энергии для эволюции. Концентрируя в небольших объемах пространства импульсы с высокой энергией, можно на короткое время возбуждать поле вакуума, наблюдая появление излучений и пучков частиц. Однако никаких частиц из самого вакуума при этом не исходит; он, в данном случае, выполняет лишь роль среды, в которой частицы образуются из привнесенной энергии. Никаких реальных излучений, а тем более частиц вещества, вакуум с описанными свойствами ассимилировать не может. Любые возбуждения поля, инициированные или спонтанные, будут немедленно приобретать квантовую структуру и проявляться в пространстве.

При таком изложении свойств физического вакуума он может рассматриваться как равноправная с пространством составная часть Вселенной. Более того, исходя из принципа дополнительности, можно утверждать, что физическое пространство и вакуум составляют двуединую материальную субстанцию, и существуют только как её проявления. Субстанцию, подобную другим материально-двойным системам, таким, как «масса-энергия», «электро-магнитый» и другим.

Возникает даже ощущение того, как уже в недалеком будущем какие-то новые понятия и эксперименты покажут нам принципиальную невозможность существования материально-двойных систем типа «масса-энергия» в пустом геометрическом пространстве.

Последнее обстоятельство заставляет более подробно рассмотреть природу пространства. Анализ этот будет трудным, так как пространство ощутимо не взаимодействует с веществом и можно лишь перечислить ряд свойств, которыми оно должно обладать. Прежде всего надо отбросить понятие пустоты. Уже простое осмысливание этого понятия показывает, что абстрактная пустота, лишенная материального содержания как физическая реальность существовать не может. Далее. Совместное существование и взаимодействие пространства и вакуума должно подчиняться принципу дуализма, то есть, представляясь наблюдателю как разные виды материи, они изнутри должны быть неразличимы. Отсюда следует сделать предположение о единой электрической природе пространства и вакуума. Между собой они должны быть связаны принципом дополнительности. Тогда, если вакуум представляет непрерывное поле вырожденной энергии, то дополнительным к нему будет пространство, образованное веществом. Только не привычным конденсированным веществом, а вырожденным газом ,образованным мельчайшими дискретными сгустками энергии. Единичный такой сгусток следовало бы назвать ПЛАН`ком , так как первым же предположение ему надо приписать энергию, близкую к постоянной Планка. Эта постоянная является квантом наименьшего действия в природе и только частицу с энергией, лежащей между энергией электрона и постоянной Планка, разреженное электрическое поле может произвести при спонтанном превращении в вещество. Частицы-планки должны обладать соответствующей их энергии массой покоя, без чего они будут обращаться в свет. Планк должен иметь размеры. Здесь, однако, не следует спешить с определением его размерности, параметров и прочих особенностей, которыми исследователи оперируют при изучении вещества, так как уже на уроне мезонов наши представления о форме и размерах микрочастиц становятся некорректными. Планк - это пока еще «частица» с мягкой структурой; очень условно его можно представлять в виде сферического фронта волны с внутренним сгущением энергии и высокой неопределенностью линейных параметров. Поэтому его размеры и размерность - это почти виртуальное свойство протяженности, позволяющее скоплениям частиц формировать объемную пространственную плазму. Среда с подобной мягкой локализацией и дискретностью её компонентов будет даже в больших объемах однородной. Такое пространство будет гравитировать, и может быть этим объясняется существование во Вселенной слабого гравитационного потенциала, для которого не видится ни причин, ни других источников.

После сделанных пояснений можно рассмотреть сценарий рождения Вселенной, начало и конец которой не требует существования точек с заквантовыми свойствами. …Исчерпав ресурсы своего развития в предшествующем, теперь уже навсегда неизвестном, но тоже двойственном состоянии вроде «время-деньги», Вселенная перешла в новое состояние, которое по его главным компонентам следует определять как «пространство-поле». О характере этого перехода можно судить только по его последствиям. При таком радикальном преобразовании материи он, естественно был катастрофическим. Исходной компонентой этого процесса стала энергия представшая, по-видимому, в форме поля. Плотного, перегруженного энергией, но все же поля. Однако такое поле должно было в чем-то размещаться, где-то находиться. Тут возникает уникальный для космологии случай, когда ответ можно дать однозначно и точно: в прошлой Вселенной. Для нас сейчас важно осознать фактически наблюдаемый процесс, в котором энергия, как условие своего существования, немедленно начала генерировать пространство. Отложив подробное рассмотрение, заметим, что компоненты образующегося пространства должны соответствовать энергетике поля. Поэтому в условиях высокой плотности поля первичным пространством для неё стало плотное протовещество,, и лишь после существенного снижения плотности энергии возникли условия для образования легких частиц современного физического пространства. Образование протовещества сопровождалось выделением тепла, как при любых превращениях энергии. Поэтому уже на самой ранней стадии образования Вселенная становиться горячей.

Однако, ни образование пространства, ни конденсация энергии в протовещество не устраняют неравновесия между пространством и полем. Это неравновесие, как и сам процесс преобразования поля в пространство, является внутренней особенностью системы «пространство-поле», двигателем эволюции Вселенной, и упомянутый процесс будет продолжаться далее до полного исчезновения поля, за которым откроется переход Вселенной в следующую стадию развития. Теория Большого взрыва, как представляется, именно в этом месте уходит в сторону, конструируя Вселенную под вещество. Между тем, оно в развитии Вселенной лишь объективная случайность Достаточно предположить, чтобы предшествующая стадия отличалась несколько меньшей энергетикой и развитие процесса, не взирая на все наши огорчения, пойдет без образования вещества или оно будет возникать в примитивных неразвитых формах.

Образование и последующее расширение пространства дает возможность хотя бы в принципе обсуждать проблему бесконечности Вселенной, её объема и прочие относящиеся к этому вопросы. Однако, с позиции эволюции Вселенной самым главным выводом должно стать заключение о том, что за пределами горизонта видимости могут существовать области, находящиеся на разных, в том числе ранних стадиях развития. Поэтому нет никакой необходимости «раздувать» Вселенную путем продвижения пространства в её глубины; оно возникает спонтанно, как только в своем предшествующем развитии система достигает критических параметров преобразования. Отсюда, раннюю стадию Вселенной нельзя вталкивать в те «первые три минуты», которые космологическая теория на неё отводит. Действительно, в современной остывшей Вселенной процесс эволюции вещества от монстров с энергией 10 электрон-вольт завершился бы за несколько минут. Но в ранней Вселенной все частицы вещества находились в приблизительном равновесии со средой и в условиях, когда вещество и пространство не разлетаются, объем системы увеличивается только за счет расширения пространства, а вещество еще не консолидировано. Такое состояние «ранней стадии» может быть длительным и даже очаговым, не нарушая в дальнейшем изотропности реликтового излучения, которое возникает позже. Весь вопрос о возрасте Вселенной еще более расплывается, если квазары окажутся реликтами её прошлого состояния.

Описанная Вселенная рождается тихо и бесконфликтно; бурные процессы начнутся в ней тогда, когда в ходе разрастания пространства нарушится равновесие между веществом и полем и появятся хаотические потоки вещества и излучений, которые для наглядности в современной Вселенной не с чем сравнить. Полная однородность реликтового излучения и отсутствие направленных потоков вещества являются естественными особенностями такой Вселенной.

Формирование вещества на стадии нуклеосинтеза и далее в изложенной системе происходит также , как и в других космологических моделях. Необходимо высказать лишь одно, пока еще плохо обоснованное соображение. Поскольку в моделях горячей Вселенной энергия и температура не только достаточны, но и избыточны для образования тяжелых частиц, предполагается, что нуклоны и другие элементарные частицы естественно образуются при движении по схеме "«верху вниз"» то есть по схемам распада тяжелых частиц. Серьезных оснований ревизовать этот подход нет, но следует указать, что в системе «пространство-поле» существует абстрактная возможность образования вещества при умеренных температурах и энергиях. Этот процесс в настоящее время можно представлять лишь мысленно и никаких твердых оценок делать не следует. В нем привлекает одна особенность: в этой модели существующее вещество может сформироваться, если энергетика системы достаточна для образования нейтрона. Приняв это можно ограничиться теми температурами, которые определяются исходя из свойств реликтового излучения и других последствий процессов в первичной плазме, не стремясь к тому, чтобы все наши знания о цепочках распада частиц были обязательно востребованы.

Если в приведенном изложении правильно угаданы хотя бы основные свойства Вселенной, она должна представлять двуединую систему, в глубинах которой лежит единство различных проявлений электрической энергии. В таком виде она будет материальной основой для существования различных видов вещества, также имеющих двойственную природу и проявляющихся одновременно и как вещественные образования и как энергетические поля.

После сделанных пояснений можно предложить обзор главных компонентов физического мира, чтобы оценить в какой степени их свойства соответствуют системе «пространство-поле».

ПРОБЛЕМА «ФИЗИЧЕСКОЙ ДЛИНЫ».

В системе «пространство-поле» для анализа проблемы «физической длины» можно предложить следующее, пока только мысленное, объяснение. Поле, представляющее полностью выраженный конденсат энергии, в силу неопределенности своего состояния по плотности энергии будет с некоторой вероятностью генерировать микроскопические капли этой энергии. Такие частицы способны самостоятельно существовать в поле в течение времени, вытекающего из соотношения неопределенности в форме E * t = h. Поскольку Е в данном случае будет равно полной энергии частицы, время её существования будет исчезающе малым и такие частицы будут пульсировать; попеременно сливаться с полем и за характерное время проявляться снова.

Теперь, если образование частицы - это процесс, занимающий время, для них возникнет вероятность оказаться в определенном «месте», а при большом числе событий частица образует некую виртуальную сферу, которая явится собственным пространством частицы. Из приведенного выше соотношения неопределенностей характерное время для протона составит 4,4*10 сек, для электрона - 8,2*10 секунд. При развитии процесса образования частицы со скоростью света диаметр собственного пространства протона составит 1,3*10 см; для электрона этот показатель будет равен 2,4*10 см. Примечательно, что полученные значения совпадают с экспериментальными данными. Приведенные показатели даются в размерности геометрической длины, так как в вычисление была введена скорость света. Допустимость этого приема следует пояснить. Как будет показано далее, то, что называется скоростью света, относится не к нему. Это универсальная константа всех физических взаимодействий в системе «пространство-поле», в том числе и тех, в которых никакие излучения не участвуют. Вследствие этого между двумя актами проявления микрочастицы возникает «физическая» длина, хотя сама частица в каком-либо реальном движении не находится. Из хаотического множества таких актов формируется воображаемое объемное физическое пространство, но и при этом сама физическая длина остается виртуальной. Она не может ничем непосредственно измеряться, неразрывно связана с энергией и определяется только из выражения lф = ( h/ E )* C, то есть опять же через размерность геометрической длины. Эти рассуждения кажутся досужими, когда исследуется готовый протон, но если обратиться к первому акту творения, в котором частица не сдвигаясь, оказывается в «другом месте», становится ясным, этим актом в физический мир закладывается тайна образования вещества и пространства. Картина осложняется еще и тем, что образовавшаяся частица не движется, а просто «проявляется» из поля в вещество или пространство. Это так, но поле энергии самодостаточно для производства мелких частиц вместе сих внутренним пространством и их предварительное существование необязательно. Этим свойством обладают только дискретные микроскопические частицы энергии. В самом поле энергии свойство длины и протяженности отсутствуют. Если из приведенного выше выражения неопределенности вычислить длину ( l = h / E ), она сама примет размерность энергии, то есть даже свойство виртуальной физической длины из энергии исчезает.

Таким образом, поле не является выделенной системой, в которой могло бы проявиться свойство длины и лишь относительно другой частицы одномерный акт проявления новой частицы предстанет в виде короткого линейного трека с геометрической длиной. Если теперь множество частиц сформируют объемное внешнее пространство, - именно оно станет той выделенной системой, в которой понятие «геометрическое место точек» приобретает реальный смысл. Очевидно, что по отношению к микромиру трехмерное пространство является производным и выступает только как форма существования конденсированного вещества.

ВЕЩЕСТВО.

Здесь будет рассмотрено только существование вещества в системе «пространство-поле»; физические свойства веществ при этом не затрагиваются.

То, что считается частицей вещества по данным экспериментов, является только физическим пространством еще более мелкой первочастицы энергии, скрытой внутри этого пространства. В агрегатном состоянии ( в ядрах атомов ) между частицами возникнут мощные силы, направленные на слияние частиц в сгустки энергии. Этому препятствуют их собственные пространства, разъединяющие частицы взаимным отталкиванием, а то, что остается - нейтрализуется путем обмена виртуальными мезонами. Этим же способом частица избегает поглощения полем. При зондировании таких частиц излучениями или другими частицами будет наблюдаться сначала оболочка из мезонов (в действительности это только один пульсирующий мезон), затем сама частица (эффективный диаметр) с пустотой в центре. Последнее объяснимо: по мере уменьшения площади зондирования уменьшается и вероятность взаимодействия первочастицы с падающим излучением, которая в близи центра практически равна нулю. Это более контрастно будет проявляться у легких частиц и, особенно, у электрона, образующая масса которого ничтожна в сравнении с объемом пространства частицы.

Описанная структура частиц противоречит дуализму «волна-частица». Частица с подобной структурой, основу которой составляет её собственное виртуальное пространство, будет испытывать дифракцию на узких щелях, не проявляя других волновых свойств. Так это или нет, но это лучше, чем сейчас, когда на основании дифракции электрона, ему, да и всему веществу в целом приписывается волновая структура, а затем путем различных объяснений запрещаются другие признаки волновых процессов. Вещество все же состоит из частиц, а применение к нему волновых уравнений объясняется одной экзотической особенностью. Возрастание и угасание амплитуды проявления (присутствия) частицы аналогичны возрастанию-спаду амплитуды полуфазы волны, а это открывает возможность применения к частицам волновых уравнений. Очевидно, что такое будет эффективным для легких частиц, так как с возрастанием массы частицы волновые свойства быстро становятся неразличимыми. Напротив, планк, если он подтвердится, вследствие предельно малой массы и огромного собственного пространства, лучше будет описываться волновыми уравнениями. Однако его корпускулярные свойства окажутся решающими в эксперименте: он будет только дифрагировать, но откажется от всего другого, что связано с волнами.

Это свойство может быть использовано для постановки эксперимента по обнаружению планка, только ввиду отсутствия у частицы импульса следует обдумать использование быстро движущихся решеток.

В изложенной схеме элементарными частицами вещества являются, строго говоря, протон, электрон и, пока еще только предполагаемая частица физического пространства - планк. Механизм точнейшей калибровки энергии этих частиц неясен; для ответа нужны результаты исследований физических свойств вакуума. Другие частицы по своей энергии не равновесны с полем и после первых же взаимодействий с ним их пространство разрушается.

Протон может быть разложен на мезоны, но из кварков он не состоит. Пространство таких частиц не способно противостоять силам слияния и за ядерное время они снова будут сливаться в протон. Поскольку частица вещества первоначально образуется из материи поля, она не будет иметь никаких физических свойств, кроме массы-энергии. Заряд, спин и другие физические характеристики частицы определяются, по-видимому, структурой её пространства, а отсутствие у частиц какой-то определенной физической поверхности создает условия для присутствия поля не только внутри вещества, но и внутри слагающих его частиц. Крайне желательно в каких-то тонких экспериментах или косвенным способом проверить кратность энергии частиц по отношению к постоянной Планка. В описываемой системе частицы вещества при всей их микроскопичности, должны обладать еще и тонкой квантовой структурой. Нечетная, некомпенсированная структура частицы представляется наиболее вероятным агентом, ответственным за электрическую поляризацию вещества и заряд.

Страницы: 1, 2, 3