на самую первую страницу Главная Карта сайта Археология Руси Древнерусский язык Мифология сказок
Оглавление:

    Археология Земли
    Археология языка
    Мифология славян
    Инглиизм
    Веды
    О Вселенной
    О Человечестве
    Мироустройство
    Хроники Акаши
    Никола Тесла
    Космология Теслы
    Физика Д. Ларсона
    Праведы
    Фото космоса
    Уровни измерений
    Торсионные поля
    Эфир Атлантов
    Единицы Сознания
    Единство Одного
    Феномены Планет
    Материал Сетха
    Материал Ра
    Космология в Ведах
    Единство Октавы
    Гармоники Вселенной
    Эра Водолея
    ДНК
    Суть БытиЯ
    Суть Творения
    Жива

ИНТЕРНЕТ:

Гостевая сайта
Проектирование



КОНТАКТЫ:
послать SMS на сотовый,
через любую почтовую программу   
написать письмо 
визитка, доступная на всех просторах интернета, включая  WAP-протокол: 
http://wap.copi.ru/6667 Internet-визитка
®
рекомендуется в браузере включить JavaScript






РЕКЛАМА:

Объективные характеристики Вселенной

основные (глобальные) свойства Вселенной


изм. от 19.02.2004 г ()

Под свойствами Вселенной подразумеваются свойства четырёхмерного пространства-времени в целом, т. е. глобальная структура Вселенной.

Вопрос о структуре мира как единого целого является одной из важнейших проблем современной космологии. До создания ОТО (общей теории относительности) данная проблема понималась как проблема пространственного распределения и эволюции вещества и полей, наполняющих Вселенную и движущихся в плоском пространстве при одном масштабе времени. Открытие же Лобачевским, Бойяи, Гауссом и Риманом неевклидовой геометрии и создание на её основе ОТО поставило вопрос о структуре самого пространства и времени.

Даже в случае евклидового пространства (с нулевой кривизной) топология Вселенной не определяется однозначно, так как последняя может быть замкнутой или разомкнутой, конечной или бесконечной, ограниченной или безграничной. Всего же для евклидового пространства допустимо 18 различных вариантов топологии.

В случае же искривления геометрии четырёхмерного пространства-времени открывается безбрежный простор топологических структур Вселенной. И даже более того - ставится вопрос о множественности вселенных, подобных нашей. Правда, учёт общих физических принципов (причинности, законов сохранения и т. п.) сокращает набор возможных топологий пространства-времени, но не настолько, чтобы дать однозначный ответ.

ОТО же не настолько всеобща, чтобы ответить на вопрос о топологии Вселенной, потому что данная теория описывает свойства (метрику) пространства-времени лишь в локальных масштабах, т. е. отношения между его бесконечно близкими точками. Таким образом, она способна изучать лишь местные, локальные, но не глобальные свойства мира.

Изучение же объективных характеристик Вселенной позволяет ещё более сузить эту проблему, более-менее обоснованно принять гипотезу о топологии реального мира и разработать космологическую модель Вселенной, способной объяснить все основные её характеристики.

Что же дают нам астрономические наблюдения? Каковы объективные свойства Вселенной?

Свойство 1. Скучивание вещества Вселенной в виде галактик. К концу прошлого века астрономам были известны газовые, пылевые, планетарные, эллиптические и спиральные туманности. Фактически до начала 20-х годов нынешнего века все эти объекты представлялись элементами нашей Галактики. Да и сама Вселенная отождествлялась с ней.

И лишь в конце 1923 г. Хаббл с помощью 2,5-метрового телескопа-рефлектора открыл в туманности Андромеды, которую можно видеть и невооружённым глазом, цефеиду, т. е. переменную звезду высокой светимости. Он оценил период колебаний блеска цефеиды, нашёл её абсолютную звёздную величину и таким образом установил, что расстояние до туманности равно 900 тыс. св. лет. Отсюда следовало, что она является большой звездной системой, похожей на нашу Галактику. (Современные данные дают расстояние в 2,2 млн. св. лет, что более чем в двадцать раз превышает размеры нашей Галактики).

Дальнейшие исследования позволили найти основные характеристики галактик. Так, их массы заключены, в основном, в пределах от 106 до 1014 масс Солнца. Периоды вращения ядер галактик составляют величины от 50 до 500 млн. лет. Светимости галактик зависят от их размеров, диапазонов излучения, типов и колеблются от 1031 до 1038 Вт. Во время вспышек (взрывов) излучения галактик достигают, по всей видимости, энергии 1055 Вт. Светимости же квазаров в десятки и тысячи раз превышают мощности «нормальных» галактик и достигают величин порядка 1039 -1041 Вт.

Такая большая мощность излучения квазаров наводила на мысль об отличии природы этих объектов от природы «нормальных» галактик, но исследования последних лет показали, что характеристики излучения и поляризации света квазаров и галактик мало отличаются друг от друга и что между ними есть непрерывный переход. Более того, в настоящее время достаточно надёжно установлено, что активное взаимодействие (в частности, слияние) галактик и галактических ядер коррелируют между собой. Поэтому есть основание полагать, что квазары являются результатом грандиозных галактических катастроф, связанных со слиянием (столкновением) галактик, которые и сопровождаются огромными излучениями.

Абсолютные звёздные величины галактик находятся в диапазоне от -15 до -24. Среднее расстояние между галактиками оценивается в 1000 кпс.

Свойство 2. «Пенистость» Вселенной в масштабах скопления галактик. Дальнейшее открытие новых тысяч туманностей в 20-е и 30-е годы ХХ века и изучение их распределения показало, что и мир галактик, подобно миру звёзд, имеет свою крупномасштабную структуру. Вначале предполагалась островная иерархическая структура Вселенной - вращающаяся Солнечная система, вращающаяся наша Галактика, вращающееся скопление галактик, вращающееся сверхскопление галактик и т. д., но оказалось, что скопления галактик не имеют правильной уплощенной формы «сверхскоплений», не вращаются да к тому же могут пересекаться. Одним словом, экстраполяция образца Солнечной системы на всю Вселенную показала свою полную неправомерность, несостоятельность.

Уже открытие первого, так называемого Местного сверхскопления с поперечником в 30-40 Мпс выявило нарушение иерархического принципа, а американский астроном Цвикки первым высказал идею, что крупномасштабная структура Вселенной мажет быть схожа с мыльной водой или пеной, где сверхскопления занимают место пузырей пены.

Идея скучивания галактик в скопления и сверхскопления была убедительно доказана в 60-е и 70-е годы, когда были составлены обширные каталоги тысяч обнаруженных скоплений галактик. Но изучение пространственного распределения галактик вдоль луча зрения принесло новый сюрприз: оказалось, что сравнительно тонкие участки, заполненные галактиками и их скоплениями, перемежаются с огромными, до 40 Мпс в поперечнике, пустотами, лишёнными если не вещества вообще, то, во всяком случае, достаточно ярких галактик. Картина, нарисованная некогда Цвикки, подтвердилась как бы в зеркальном отображении: галактики и их скопления оказались сосредоточенными не в пузырях пены, а, напротив, в её тонких перегородках.

Таким образом, сверхскопления галактик представились удивительно тонкими, почти двумерными образованиями. Более того, как показали в 70-х годах эстонские астрономы Йыэвээр и Эйнасто, многие сверхскопления могут иметь форму пространственно-тонких и длинных цепей или волокон, названных филаментами. А в начале 80-х годов стала формироваться ячеисто-филаментарная картина крупно-масштабной структуры Вселенной. Стенки и узлы объёмных ячеек или, скорее, пересечения двух стенок (рёбра) и трёх стенок (узлы) и видны нам как сверхскопления галактик.

До сих пор внимание астрономов было направлено на исследование ярко выраженных структур, таких как богатые скопления галактик и сверхскопления. Но последние, более тонкие исследования показали, что мелкие цепочки галактик почти непрерывной пространственной сеткой заполняют всю Вселенную. Вблизи сверхскоплений эта сетка становится более густой, в пространстве между сверхскоплениями - более редкой, но важно подчеркнуть, что она заполняет и те области Вселенной, которые раньше считались совершенно пустыми. Качественно структура вблизи сверхскоплений не отличается от структуры в кавернах. Всё различие - лишь в масштабах.

Свойство 3. Однородность Вселенной в больших масштабах. По современным наблюдательным данным структурность Вселенной проявляется для масштабов пространства до 100 Мпс. При этом для масштабов существенно меньших - не более 1 Мпс, иначе, до масштабов галактик и их кратных систем - в структурности проявляется определённая иерархия. Для масштабов больших, чем 100 Мпс, Вселенная однородна, о чём свидетельствует множество факторов.

Наиболее систематические подсчёты числа галактик в различных направлениях были начаты Хабблом. К 1934 г. он подсчитал количество галактик до 20-й звёздной величины на 1283 небольших участках, которые он равномерно распределил на небесной сфере, и нашёл, что на один квадратный градус в среднем приходится 131 галактика. Поскольку сфера содержит 41253 квадратных градуса, то получалось, что общее число галактик с указанными звёздными величинами составляет 5,4 млн. штук. Именно столько галактик можно наблюдать с помощью 2,5-метрового телескопа-рефлектора.

Следует отметить, что неоднородность открытого в 60-х годах микроволнового фонового излучения в зависимости от ориентации антенны радиотелескопа не превышают 0,01 %, что, собственно говоря, сравнимо с точностью измерений . Таким образом, однородность Вселенной в больших масштабах следует считать доказанным фактом.

Свойство 4. Изотропность Вселенной в больших масштабах. Под изотропностью Вселенной подразумевается одинаковость свойств по всем направлениям. Уже анализ предыдущего свойства показывает, что характеристики Вселенной во всех направлениях одинаковы. Об этом свидетельствуют и астрономические наблюдения распределения галактик, и измерения интенсивности микроволнового фонового излучения. Отклонения в плотности распределения вещества от среднего значения в масштабах 1000 Мпс не превышают 3 %, а в больших масштабах эти отклонения ещё существенно меньше. Причём эта однородность не зависит от направления. Измеряемая же неоднородность фонового излучения связана лишь с движением Солнца со скоростью около 370 км/с относительно совокупности всех других галактик. За вычетом этого движения интенсивность фонового излучения также не зависит ни от времени, ни от направления.

Свойство 5. Геометрия Вселенной в глобальных масштабах евклидова. Все - следует подчеркнуть: абсолютно все! - астрономические наблюдения свидетельствуют, что геометрия Вселенной в глобальных масштабах евклидова. Существует несколько космологических моделей, в которых геометрия пространствавремени является неевклидовой. Например, для сферического мира Эйнштейна характерна возможность «кругосветного путешествия» света за время примерно 70 млрд. лет. Образно говоря, если внимательно посмотреть в какую - либо сторону, то можно было увидеть там свой затылок. Но тщательные наблюдения астрономов в различных направлениях не обнаружили повторяемости звездного или галактического рисунка.

С другой стороны, общая теория относительности предсказала отклонение света вблизи массивных тел. Так, вблизи края солнечного диска угол отклонения света равен 1,75''. 29 мая 1919 г. этот эффект впервые был зафиксирован во время солнечного затмения. С тех пор ещё в десятке случаев затмений Солнца были проведены обширные наблюдения, которые подтверждают теорию с точностью до 15-20 %.

После открытия в 1963 г. квазаров оказалось, что два из них находятся вблизи эклиптики и что в своём видимом годичном перемещении на небесной сфере Солнце проходит вблизи них. Это позволило измерить отклонение радиоволн, проходящих вблизи Солнца. Результаты наблюдений подтвердили теорию Эйнштейна с точностью до 1 %.

Ещё один метод определения искривления геометрии пространства-времени - изменение запаздывания отражённого от планеты радиоимпульса. Так радиолокация Марса, находящегося за Солнцем, позволила выявить задержку отраженного сигнала, равную 2x10-4 с, что соответствует эффективному удлинению пути на 60 км. Это подтверждает ОТО (общая теория относительности) с точностью 0,2 %.

Следует отметить, что благодаря эффекту отклонения лучей света в гравитационном поле любое тело должно действовать наподобие оптической линзы. Если в качестве такой гравитационной линзы выступает галактика, то она может формировать два или более изображения объекта, находящегося за ней. Именно такое явление впервые было открыто в 1979 г., когда два совершенно одинаковых квазара были обнаружены на очень маленьком угловом расстоянии друг от друга. Затем была обнаружена ещё одна пара и одна тройка подобных близнецов. Только наличие на пути к ним массивных неразличимых с Земли объектов объясняет удвоение и утроение изображений квазаров.

Таким образом, так же, как и в случае с однородностью Вселенной, следует констатировать, что в локальных масштабах геометрия Вселенной может отличаться от евклидовой, но в глобальных масштабах она евклидова.

Свойство 6. Равноудалённость наблюдаемой части Вселенной во всех направлениях. Наблюдения Вселенной в самых разных направлениях показывают, что границы этих наблюдений удалены от нас на одинаковые расстояния. С одной стороны, это указывает на то, что наше положение во Вселенной как будто бы выделено, но с другой стороны - нет никаких иных оснований ставить Землю в центр мироздания. Просто нужно констатировать, что края Вселенной не видны нигде, а её центр, следовательно, находится везде (как, впрочем, утверждали и древние учёные).

Свойство 7. Близость средней плотности Вселенной к плотности черной дыры с размерами Метагалактики. Под Метагалактикой подразумевается наблюдаемая часть Вселенной. Поскольку Вселенная в глобальных масштабах однородна и изотропна, то понятие размеров Метагалактики весьма условно. Действительно, с улучшением приборного обеспечения астрономов эти размеры будут всё время расти. Тем не менее, на сегодняшний день границы Метагалактики находятся от нас на расстоянии 12-15 млрд. св. лет и это расстояние в сочетании со средней плотностью Вселенной соизмеримо с размерами и плотностью черной дыры. По крайней мере, если это не так, то в бесконечной Вселенной всегда можно выделить сферическую часть, в точности равную размерам черной дыры, а связано оно с тем, что с увеличением массы черной дыры её плотность падает и для средней плотности Вселенной гравитационный радиус становится сравнимым с размерами Метагалактики.

Свойство 8. Уменьшение относительных скоростей движения компонентов Вселенной с увеличением масштабов наблюдений. Кажется, что такое невозможно, но давайте проанализируем. Действительно, если Земля делает один оборот вокруг своей оси за одни сутки, вокруг Солнца - за один год, а Солнце вместе с ближайшими звездами один раз обращается вокруг центра Галактики за 223 млн. лет, то соответствующие угловые скорости будут равны 7x10-5, 2x10-7, 1x10-15 с-1. Наша же Галактика движется относительно туманности Андромеды (см. фото) с угловой скоростью 2x10-19 с-1 и вообще можно указать сколь угодно далекий объект, относительно которого наше угловое перемещение будет происходить со сколь угодно малой угловой скоростью.

С другой стороны, если рассмотреть абсолютные скорости космических объектов, то следует отметить ограниченность скоростей звезд несколькими сотнями км/с, что примерно соответствует первым космическим скоростям относительно своих галактик. В отношении же самих галактик данный вопрос усложняется из-за наличия красного смещения в спектрах их излучения и практической невозможности использовать какой-либо другой метод измерения их лучевых скоростей, кроме доплеровского. Тем не менее, если рассматривать статистические характеристики скоплений галактик, то оказывается, что среднеквадратические отклонения скоростей их компонентов ограничены величиной 1000 км/с . Все это приводит к следующему свойству Вселенной.

Свойство 9. Во Вселенной существует одна выделенная инерциальная система отсчета. Далекие галактики и микроволновое фоновое излучение выделяют в каждой точке пространства одну, покоящуюся в среднем относительно материи, систему координат. Не только вращение, но и поступательное движение относительно нее может быть обнаружено и измерено.

Действительно, если наблюдатель движется относительно фонового излучения, то он зарегистрирует избыточную интенсивность этого излучения в направлении своего движения и меньшую - в противоположной стороне. Точные измерения интенсивностей излучения в разных направлениях показали, что Земля движется к созвездию Девы со скоростью примерно 390 км/с. Если учесть, что Солнце, обращаясь вокруг центра Галактики со скоростью около 250 км/с, движется примерно в противоположном направлении, то оказывается, что центр Галактики перемещается относительно фонового излучения со скоростью около 600 км/с по направлению к границе созвездий Девы и Льва.

Такое положение вещей противоречит установившемуся на основе СТО (специальной теории относительности) представлению о полном равноправии любых инерциальных систем. Даже само понятие инерциальной системы - т. е. покоящейся или движущейся равномерно и прямолинейно системы отсчета - определено относительно далеких звезд и галактик. Если бы не было этих объектов, то нам пришлось бы отказаться от попытки введения таких систем вообще.

Свойство 10. Все законы природы инвариантны в любых инерциальных системах отсчета. Это означает, что проявления любых законов природы совершенно одинаковы в любых движущихся равномерно и прямолинейно системах отсчета и что никакими опытами это движение не может быть обнаружено. Применительно к фундаментальным законам природы свойство инвариантности сводится к ковариантности, т. е. к одинаковости вида уравнений, выражающих эти законы, в любых инерциальных системах отсчёта.

Из всей совокупности физических закономерностей лишь некоторые законы могут быть отнесены к числу фундаментальных, остальные же могут быть выведены из них математически. Свойство ковариантности, а значит, и принцип относительности, распространяется только на фундаментальные законы.

Ковариантность ньютоновских уравнений движения составляет сущность принципа относительности Галилея. Законы механики СТО и уравнения Максвелла ковариантны по отношению к преобразованиям Лоренца. И только при малых скоростях движения ковариантность механики СТО сводятся к предыдущему случаю.

Следует особо подчеркнуть, что второй закон Ньютона относят к фундаментальным законам (хотя на самом деле он таковым и не является!).

Свойство 11. Численное равенство инертной и гравитационной масс. Первый шаг в выявлении этого свойства сделал Галилей. Он измерял периоды колебаний маятников одинаковой длины, но сделанных из разных материалов, и не обнаружил зависимости периодов колебаний от материалов маятников.

Ньютон усовершенствовал метод Галилея и тоже не обнаружил подобной зависимости.

Вессель установил, что отношение инертной и тяжелой масс отличается от единицы не более чем на 1,7x10-5.

В 1917 - 1922 гг. Этвеш и Зееман, используя крутильные весы, улучшили результат измерений до 5x10-8. Зееман, кроме того, установил, что принцип эквивалентности справедлив и для радиоактивных элементов и что гравитационная сила, действующая на кристалл, не зависит от его ориентации.

В 1964 г. Ролл, Коротков и Дикке в опытах с золотом и алюминием довели точность измерений до 10-11.

В 1971 г. Брагинский и Панов в опытах с золотом и платиной достигли точности 10-12, что весьма убедительно подтверждает справедливость принципа эквивалентности в ОТО.

Однако есть подтверждения и противоположного:
при определенных условиях “инертная масса” и “гравитационная масса” НЕ эквивалентны друг другу!

Свойство 12. Справедливость соотношений специальной теории относительности. СТО базируется на двух свойствах реального пространства - времени:
- независимости скорости света от движения источника и приёмника;
- независимости протекания любых явлений в движущейся инерциальной системе отсчёта от скорости и направления её движения.

Пожалуй, следует говорить об одном свойстве, так как второе названное свойство наиболее общо, и по сути дела, включает в себя и первое, т. е. постоянство скорости света. Поэтому данное свойство и было выделено в виде свойства 10 Вселенной. Но поскольку на нем базируется целая теория, то справедливость этой теории является ещё одним доказательством самого этого свойства.

Действительно, СТО сняла все противоречия, возникшие между классической физикой и результатами экспериментов и наблюдений. Кроме того, она выявила релятивистское замедление времени, изменение взаимодействия со скоростью (которое связывают с изменением массы), эквивалентность массы и энергии и т. п., которые блестяще подтверждены экспериментально. В настоящее время есть все основания утверждать, что все выявленные соотношения данной теории справедливы.

Свойство 13. Независимость хода времени от ускорения. Эффект Доплера должен проявляться во всех случаях, когда имеется относительное движение источника и приёмника излучения. Значит, он должен проявляться и в случае беспорядочного теплового движения атомов вещества в кристаллической решётке. А при таких колебаниях скорость движения атомов меняется с частотой 1012 -1013 с-1, что при комнатной температуре приводит к относительному смещению частоты в 2,2x10-15 на 1 К.

Результаты по температурному красному смещению на основе эффекта Мёссбауэра привели к крайне важному выводу: ускорения, испытываемые атомом в твердом теле, очень велики и превосходят 1014 раз гравитационное ускорение у поверхности Земли, однако это никоим образом не влияет на релятивистское замедление времени .

Таким образом, положение о независимости темпа хода стандартных часов от их ускорения по отношению к инерциальной системе отсчёта получило хорошее экспериментальное обоснование.

Свойство 14. Чернота ночного неба. Это свойство настолько очевидно, что не может вызывать никаких вопросов, если бы не одно «но».

Ещё в 1744 г. швейцарский астроном Шезо первым усомнился в правильности представления Ньютона о бесконечности Вселенной. Действительно, если Вселенная бесконечна и равномерно заполнена звездами, то небо должно сиять как поверхность Солнца. Это будет происходить потому, что в каком бы направлении мы ни посмотрели, наш луч зрения все равно должен будет упереться в диск какой-либо звезды. Но поскольку ночное небо черное, то Шезо высказал предположение, что пылевые облака закрывают от нас свет далёких звёзд.

В 1923 г. немецкий врач и любитель астрономии Ольберс пришел к выводу, что если бы такие облака и существовали, то они постепенно бы нагрелись далёкими звездами и начали бы излучать столько света, сколько поглощают. С тех пор эта несуразица получила название фотометрического парадокса Ольберса и более-менее удовлетворительно разрешается только в космологической модели Большого Взрыва.

Свойство 15. Смещение спектров излучения галактик в длинноволновую сторону. До 1923 г. уже было известно, что в 36 из 41 галактик линии в спектрах излучения смещены в красную, т. е. длинноволновую сторону, что в соответствии с эффектом Доплера было истолковано как их движение от нашей Галактики.

Свойство 16. Наличие микроволнового фонового излучения с эффективной температурой 2,7 К и планковским спектром излучения, приходящего к нам с высокой степенью изотропности со всех сторон. Это излучение было открыто в 1965 г. американскими радиоинженерами Вильсоном и Пензиасом при отстройке рупорной антенны, предназначенной первоначально для приёма отражений радиосигналов от спутника «Эхо».

В 1948 г. американский физик-теоретик Гамов разработал теорию Большого Взрыва, которая неминуемо приводила к наличию реликтового микроволнового излучения. Пока астрономы собирались его зарегистрировать, это сделали люди, которые не знали ни о существовании такого излучения, ни о самой теории Гамова.

Справедливости ради следует отметить, что фоновое радиоизлучение было обнаружено канадским астрономом МакКелларом ещё в 1941 г., но он не смог тогда объяснить то следствие, которое оно вызывало и которое обнаруживалось в оптическом диапазоне. Второй раз оно непосредственно было обнаружено с помощью рупорной антенны молодым советским ученым Шмаоном в середине 50-х годов, но и тогда этому явлению ещё не придали должного значения.

Свойство 17. Наличие законов сохранения энергии, количества движения, момента количества движения и центра масс. С высокой степенью точности подтверждается существование законов сохранения физических величин, известных из классической физики. Если учитывать все компоненты векторных величин, то таких законов сохранения десять:

- энергии (1 закон);
- количества движения (3 закона);
- момента количества движения (3 закона);
- центра масс (3 закона).

Существование таких законов накладывает существование ограничения на возможные модели Вселенной и геометрию пространства-времени.

Итак, выше перечислены семнадцать основных свойств Вселенной. Это - её глобальные свойства. Кому-то может показаться, что некоторые свойства природы незаслуженно отнесены к глобальным свойствам Вселенной, но результаты исследований говорят об обратном.

Может также показаться, что какие-то глобальные свойства Вселенной здесь упущены. Но дело в том, что эффект Доплера, опыт Физо, аберрация света и т. п. прекрасно вписываются и объясняются в СТО (свойство 12). Другие же эффекты, такие, например, как вековые смещения перигелиев планет, отклонение света вблизи массивных тел, гравитационное смещение частоты электромагнитных колебаний, запаздывание сигнала при радиолокации планет (опыт Шапиро) вполне вкладываются в рамки ОТО. И, кроме того, они являются локальными свойствами Вселенной, а не глобальными.

Что же касается так называемых чёрных дыр, то по отношению к этим гипотетическим объектам имеется особое мнение, которое станет понятным при рассмотрении откорректированного закона всемирного тяготения и новой стационарной модели Вселенной

автор © Жук Н. А., 2000


Copyright  © 2004-2016,  alexfl