В 1977 году Хуан Малдасена, аргентинский физик – теоретик, доказал, что два математических мира, которые кажутся совершенно непохожими, на самом деле являются в точности одним и тем же. Один мир имеет четыре пространственных измерения и одно временное (4+1), другой (3+1)–мерный и представляют мир нашего повседневного опыта. Матричная теория предшествовала открытию Малдасены и была с ним тесно связана, и она тоже включала загадочный рост размерностей. Это был первый пример математической связи, подтверждающий голографический принцип.
Если предположить, что (3+1)–мерный мир это модель представляющая мир нашего повседневного опыта, а реальный мир гораздо сложнее, его свойства, может быть, лучше поможет представить (4+1)–мерный мир. Раз так, представляется возможным попробовать в нём разместить и описать нашу Вселенную.
Свойства привычного 3–мерного пространства, его особенности, хорошо изучены, интересно рассмотреть, что добавит в понимании процессов происходящих во Вселенной добавление четвёртого измерения. Для этого, три пространственных измерения нашего повседневного опыта, свойства которых одинаковые, упакуем в одномерную линию, свойства их интервалов от этого не изменятся. Добавим 4–ое измерение как второе, получится уже плоскость. Затем, в этой плоскости одномерную линию, с интервалами вмещающими Вселенную повседневного опыта, замкнём в окружность, это позволительно, так как утверждается, что Вселенная замкнутая. То, что получилось, можно считать проекцией объекта 4-х мерного пространства на двух мерную плоскость.
Представим, что Большой взрыв произошёл в 4–м измерении, а окружность или эллипс включающий нашу 3-х мерную Вселенную вышел из точки и сейчас всё ещё расширяется. Окружность растягивается, изменения, которые происходят с ней, сказываются не только на изменении пространства, но и приобретают свойства времени. Появляется возможность ввести координату времени ортогонально плоскости расширяющейся окружности. Предполагаем, что со временем расширение будет остановлено гравитацией, начнётся сжатие окружности, и окружность начнёт уходить в точку. Этот процесс во времени растянется на десятки миллиардов лет. Сейчас уже прошло 13,7 миллиардов лет, с момента как этот процесс, пока ещё расширения, начался.
Фактически, если привычные три пространственных измерения по свойствам идентичны, то про четвёртое измерение нельзя сказать, что оно им идентично, поэтому мир, в котором изучаются нами свойства, лучше считать ((3+1)+1)-мерный.
Если представить графически, в этом процессе развития Вселенной участвуют: Вселенная, представленная линией замкнутой в окружность, время ортогональное плоскости в которой находится эта окружность, а сам процесс развивается во времени от точки появления до точки сжатия. Считаем всё время существования Вселенной равно Т, а прохождение Вселенной из своего начала до своего конца во времени представляет выписываемую во время этого прохождения виртуальную сферу. При таком подходе, в предстоящий нашему миру момент времени равный Т/2, радиус большого круга сферы обозначим R, а центром станет точка С. Этот временной процесс представляется сферой для простоты заключений, но он может быть представлен эллипсоидом, но от этого суть выводов не изменится, усложнится их получение.
Если эту виртуальную сферу в момент времени Т/2 пересечь плоскостью включающей точку С - центр сферы, точку N, из которой появилась и стала перемещаться во времени 13,7 миллиардов лет назад окружность, то получим схему сечения изображённую на фиг.1. В этом сечении окружности принадлежат только две точки: D1 и D2, радиус окружности А. Точка О – центр окружности в которой Вселенная, t- время, на схеме дуга, в которой перемещается точка Д2 окружности, R – радиус большого круга виртуальной сферы, отсчёт времени идёт от точки N - начала рас-ширения. Видим из схемы, радиус окружности А равен : A = R *Sin(t/R).
Теперь, если сферу радиуса R рассмотреть в плоскости текущего нахождения Вселенной, то получим схему сечения изображённую на фиг. 2. В этом сечении представим, что дуга L – расстояние, допустим, между галактиками В1 и В2, а F-центральный угол, образованный радиусами А проведёнными из точки О к этим галактикам. Тогда:
L = F * A = F * R * Sin (t/R).
Принимая R=1, получим выражения, соответственно, для расстояния (L), скорости (U), ускорения (а) между галактиками В1 и В2 :
L = F*R * Sin (t); U = F*R* Cos (t); a = - F*R * Sin (t).
Как видно, наша Вселенная расширяется до времени t = p / 2 , после этого времени она начнёт сжиматься в точку. Оценим, как изменяются между галактиками В1 и В2 расстояние L, скорость U, ускорение a на временном промежутке от t = 0 … p / 2. Изменения представлены на фиг. 3:
Что видно из фиг. 3?
Расстояние L между галактиками увеличивается и при t=p/2 достигает максимума. При этом радиус А окружности Вселенной совпадает с R.
Скорость увеличения расстояния между галактиками U, в момент, когда точка О совпадала с точкой N, момент взрыва, была максимальной и равнялась по величине F*R. По мере приближения времени t к значению p/2 скорость U будет уменьшатся до 0, при t=p/2 будет равной 0 и при t >p/2 галактики начнут сближаться.
Из-за конечности скорости света другие галактики можно видеть из своей галактики только в прошлом. Скорость расширения Вселенной тогда была выше, поэтому, чем в более прошлом находится галактика, тем большую скорость удаления фиксируют измерения. Наблюдаемый свет из прошлого указывает на это обстоятельство смещением излучаемого галактикой спектра в красную область.
Ускорение а отрицательное, и в настоящее время по абсолютной величине больше, чем в прошлом, происходит замедление скорости расширения окружности – Вселенной. Если наблюдать удалённые объекты, которые находятся в прошлом, то можно увидеть, что чем дальше они находятся, тем с большим ускорением они разлетаются.
Считается, что в период времени с 10 -42 – 10-35 сек, Вселенная находилась в инфляционной стадии развития. Это время, когда Вселенная расширялась экспоненциально и расширяясь вместе с пространством и увеличилась в 1050 раз. Скорость света была превышена на порядки, однако, уравнения теории относительности тут ни при чём. Уравнения относятся к перемещениям внутри пространства, а во время инфляции первоначальные составляющие Вселенной увлекались самим пространством, а относительно пространства ускорения не было.
Поэтому, необязательно привлекать понятие “чёрная энергия“ для объяснения наличия ускоренного разбегания галактик, это ускорение можно объяснить, используя модель ((3+1)+1)-мерного мира.
Наверное, сжатие, разбегание и снова сжатие, повторялись много раз.
Представим себе Вселенную, сжимающуюся и становящуюся чрезвычайно маленькой, сжатой под действием собственного веса. Согласно уравнениям Эйнштейна, Вселенная сжималась бы до бесконечности и полностью исчезла бы в центральной точке. Это так, если игнорировать квантовую механику. Если же принять во внимание и квантовую гравитацию, это предсказание перестанет быть корректным, ведь существует квантовое отталкивание, которое заставит Вселенную отскочить и получится момент так называемого Большого взрыва. Ожидается, что с приближением к центру падающая материя станет замедляться квантовым давлением, достигнет высокой температуры, но конечной плотности. Материя сдавливается, но не в бесконечно малую точку, поскольку есть предел того, насколько малы могут быть объекты. Квантовая гравитация порождает давление, которое, как пружина, заставит материю отскочить.
Сегодняшние данные наблюдений не оставляют сомнений: Вселенная в далёком прошлом была чрезвычайно горячей и чрезвычайно плотной и с тех пор она расширяется. Астрономы в деталях реконструировали историю Вселенной, начиная с её первичного горячего и плотного состояния. Мы знаем, как образовались атомы, элементы, галактики и звёзды и как развивалась известная нам Вселенная. Мы знаем с высокой степенью уверенности, что происходило с крупномасштабной структурой нашей Вселенной в течение последних 13,7 миллиардов лет, начиная с того момента, когда она была огненным сгустком. Почему-то считается, что любая “нормальная ” Вселенная изначально должна содержать равное количество частиц и античастиц. Но в самый первый момент, доступный практическому познанию, Вселенная находилась в состоянии плазма. Присутствует и излучение, которое затем, в соответствие с известными квантовыми процессами и может породить равное количество вещества и антивещества. Но, если в результате циклов расширения и сжатия, к моменту возникновения цикла в котором появилась Вселенная и мы, равновесие уже было нарушено, была асимметрия вещества и антивещества. Тогда становится понятно, откуда появилось вещество.
Валерий Кайгородцев
