Структура теории
Введение. Кратко о теории и ее цели
1. Основные определения и единицы
2. Подробнее про квантовые черные и белые дыры
2.1. Условие образования квантовых черных дыр
2.2. Время воздействия флуктуаций на метрику
2.3. Об относительности взаимодействий
2.4. Компенсация энергий черных и белых дыр
3. Излучение Хокинга без виртуальных частиц
3.1. Что такое излучение Хокинга?
3.2. Расчет ускорения испарения черной дыры
4. Взаимодействие с барионной материей
4.1. Аномалия кривых вращения галактик
4.2. Инфляция на ранней стадии эволюции Вселенной
5. Расчет влияния флуктуации на метрику
Заключение и предсказания теории
Введение. Кратко о теории и ее цели
Современная космология столкнулась с двумя фундаментальными загадками: природой темной материи (ТМ) и темной энергии (ТЭ). Цель данной теории – предоставить единое объяснение обоих феноменов и их связь с барионной материей (БМ) через квантовые флуктуации пространства–времени на планковском масштабе, интерпретируя их как процесс взаимодействия квантовых черных (КЧД) и белых дыр (КБД).
Теория предоставляет объяснение наблюдаемого распределения плотностей ТЭ и ТМ через природу пространства–времени, а также рассматривает известные науке эффекты, подводя читателя к ответу на загадку великой космологической триады.
Данная теория предполагает у читателя наличия, как минимум, базовых знаний по квантовой механике и общей теории относительности.
1. Основные определения и единицы
– Темная материя (ТМ) – невидимая форма материи, которая не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение, но оказывающая гравитационное влияние на видимую материю.
– Темная энергия (ТЭ) – невидимая форма энергии, отвечающая за ускоренное расширение Вселенной.
– Квантовая черная дыра (КЧД) – флуктуация метрики с положительной кривизной (R > 0), вызывающая сжатие пространства.
– Квантовая белая дыра (КБД) – флуктуация метрики с отрицательной кривизной (R < 0), вызывающая расширение пространства.
Планковские единицы:
– Длина – L_pl = √(ħ × G / c^3 ) ≈ 1.616 × 10^-35 м
Фундаментальная единица длины в системе планковских единиц. Она представляет собой минимально возможное расстояние, имеющее физический смысл в рамках наших современных теорий.
– Время – t_pl = √(ħ × G / c^5 ) ≈ 5.391 × 10^-44 с
Фундаментальная единица времени. Это время, за которое свет в вакууме проходит расстояние, равное планковской длине.
– Масса – M_pl = √(ħ × c / G) ≈ 2.18 × 10^-8 кг
Масса, для которой комптоновская длина волны (характерный размер квантового объекта) равна ее радиусу Шварцшильда (размер черной дыры). Проще говоря, это масса, при которой частица настолько массивна, что должна быть собственной черной дырой.
– Энергия – E_pl = √(ħ × c^5 / G) ≈ 1.956 × 10^9 Дж
Энергия, эквивалентная планковской массе согласно формуле E = m × c^2.
2. Подробнее про квантовые черные и белые дыры
Науке давно известно, что пустое пространство не является абсолютно пустым, в нем возникает огромное число квантовых флуктуаций – колебаний энергии самого пространства – времени, которые можно назвать «квантовой пеной».
Начнем с определения КЧД. В зависимости от рассматриваемого масштаба, концентрация энергии флуктуации на нем может достигать огромных значений, искривляя метрику настолько, что образуется квантовая черная дыра. На бесконечно малом масштабе она достигает значений, стремящихся к бесконечности. Это напрямую следует из уравнения Шварцшильда, которое необходимо расписать:
R_s = 2GM / c^2, где:
• R_s – радиус, на котором находился бы горизонт событий объекта массой M
• G = 6.67 × 10^-11 – гравитационная постоянная, м^3/кг × c^2
• M – масса объекта, кг
• c = 3 × 10^8 – скорость света, м/с
Расписываем уравнение для расчета энергии флуктуации на произвольном масштабе L:
E = ħ × c / L, где:
• ħ = 1.05 × 10^-34 Дж × с – постоянная Планка
Для планковской длины E ≈ 1.22 × 10^19 ГэВ
2.1. Условие образования квантовых черных дыр
Квантовая черная дыра возникает при условии L ≤ R_s
Из R_s = 2GM/c^2 и E = Mc^2 → R_s = 2GE/c^4 → 2Għ/c^3L получаем, что флуктуация на масштабе, удовлетворяющему данному условию, искривляет пространство так, что образует собой квантовую черную дыру. На масштабах меньше или равным планковским, в пространстве постоянно появляются и исчезают квантовые черные дыры. Их суммарный гравитационный эффект порождает собой фундаментальное, равномерное гравитационное поле и хорошо объясняет темную материю.
2.2. Время воздействия флуктуаций на метрику
Время воздействия – количество времени, на протяжении которого КЧД оказывает свое влияние на метрику. Выведем формулу для расчета времени воздействия через мощность излучения Хокинга, то есть количество энергии, которое испускает привычная нам черная дыра массой M в единицу времени за счет квантовых эффектов у ее горизонта:
P = ħ c^6 / G^2 M^2 = ħ c^6 / G^2 (E / c^2)^2 = ħ c^6 c^4 / G^2 E^2 = ħ c^10 / G^2 E^2, тогда:
t = E / P = E / ħ c^10 / G^2 E^2 = G^2 E^3 / ħ c^10
* В отличие от термальной модели Хокинга, данная теория предсказывает мощность излучения без коэффициента 1/15360π, так как механизм основан на балансе КЧД/КБД, а не термализации горизонта событий.
Однако, если рассмотреть вопрос о воздействии подробнее, то можно понять кое–что действительно интересное и важное – то, что не работает на привычных нам макромасштабах.
Где и когда происходят флуктуации?
Представленный выше вывод о времени воздействия флуктуации на метрику через аналогию с привычными нам черными дырами, неприменим к КЧД из–за нелинейной природы метрики. На самом деле, воздействие КЧД, как и КБД, продолжается до момента идеальной компенсации (далее раскроем этот термин), вероятность которой крайне мала, однако, интересно и важно будет рассмотреть хронологический порядок возникновения КЧД и КБД.
Для упрощения рассмотрим единый случай такого колебания, отбросив остальные. В абсолютно гладкой метрике происходит колебание, допустим, появляется КЧД, которая начинает сжимать пространство, притягивая к себе объекты вокруг. Когда должна появиться КБД, которая бы компенсировала взятую «в долг» энергию – ровно в тот же момент или в любой момент в пределах или не в пределах t_pl? Это очень хороший вопрос!
Согласно принципу неопределенности, точное равенство энергий КЧД и КБД делает их пространственно–временные координаты принципиально неопределенными. Это приводит к суперпозиции состояния метрики, где флуктуации существуют как квантово запутанные пары, проявляющие свой эффект в самых различных областях пространства–времени, что может натолкнуть на мысли о квантовой телепортации, которая будет рассмотрена в отдельной статье.
2.3. Об относительности взаимодействий
На сегодняшний день известно, что любое взаимодействие, или же его можно назвать наблюдением, разрушает суперпозицию какой–либо системы, но тогда почему в двухщелевом эксперименте суперпозиция пролетающей частицы (как и свойства КЧД/КБД в море взаимодействующих флуктуаций) не коллапсирует от взаимодействия, например, с атомом кислорода в воздухе, а наоборот, создает с этим атомом новую составную систему в суперпозиции?
Это действительно хороший вопрос, и ушло немало времени на поиск ответа. Причина, по которой суперпозиция сохраняется, в том, что она относительна и коллапсирует, соответственно, относительно своих наблюдателей – будь то экспериментатор, кошка или взаимодействующая частица.
Можно привести аналогию – когда–то химики смешивали реагенты, не зная, когда, как и произойдет ли вообще реакция, однако, реагенты прекрасно знали законы и правила, по которым они будут взаимодействовать. В этом смысле реагенты были наблюдателями друг друга и знали, в каком из возможных состояний они находятся, а химик, в свою очередь, не имел непосредственного взаимодействия в ходе реакции, он наблюдал лишь результат. То же самое происходит повсеместно, в том числе и с флуктуациями – как только появляется КЧД, то о ее свойствах узнают провзаимодействовавшие с ней флуктуации, в то время как для всех остальных её свойства так и останутся в суперпозиции, и относительно них связь квантово запутанных КЧД и КБД не будет нарушена.
То, чем может быть представлена эта связь и о теоретических основах квантовой телепортации будет рассмотрено в отдельной статье, а на текущий момент достаточно понимать, что взаимодействие – это понятие относительное, и что известно одной частице, то неизвестно другой.
Таким образом, метрика теряет классическую определенность и существует в суперпозиции состояний с разной кривизной, где координаты и время флуктуаций становятся динамическими переменными и известными лишь при взаимодействии. Это согласуется с предсказаниями «петлевой квантовой гравитации», но идет дальше, объясняя темную материю и энергию как статистические эффекты квантовых флуктуаций, а распределение вещества в наблюдаемой Вселенной как квантовый средний случай нелинейного взаимодействия КЧД и КБД.
2.4. Компенсация энергий черных и белых дыр
Теперь, стоит поговорить о том, что такое КБД. По закону сохранения энергии, на основе которого и допускают существование второй виртуальной частицы, аннигилирующей первую, энергия (колебание) самого пространства должна быть компенсирована, в сумме образуя 0.
В данной теории происходит то же самое – в противовес образованию КЧД с положительным значением энергии, метрика порождает колебание с отрицательным значением, но равным по модулю, энергии КЧД. Это колебание, вызывающее отрицательную кривизну метрики (отрицательное давление), и есть КБД.
Казалось бы, что E_КЧД + E_КБД = 0, и на первый взгляд так и должно быть, но природа ТМ, ТЭ и самой метрики такова, что они оказывают на нее нелинейное воздействие (следует из ОТО), в отличие от БМ. При идеальной компенсации не существовало бы ни гравитации, ни антигравитации, что явно противоречит наблюдениям. В следующей главе будут подробнее рассмотрены нелинейная природа метрики и процессы в ней.
3. Излучение Хокинга без виртуальных частиц
Теперь, когда мы поняли, что из себя представляют ТМ и ТЭ, рассмотрим то, как они взаимодействуют друг с другом. Как мы уже выяснили, ТМ – это кратковременные КЧД, которые сжимают метрику, образуя гравитацию, и которые существуют нераздельно от ТЭ, в совокупности оказывая на метрику нелинейное воздействие.
Как происходит взаимодействие?
Если КЧД и КБД появляются одновременно в одной точке, то они все равно влияют на метрику из–за ее нелинейной природы, а если нет, то тем более. Но предположим, что они появляются одновременно в одной точке и, по идее, должны идеально компенсировать друг друга. Однако даже в таком случае, из–за нелинейной природы метрики, энергия новой флуктуации распределяется не только на собственное гравитационное и антигравитационное поле, но и успевает провзаимодействовать с уже существующей некомпенсированной кривизной от других флуктуаций, проявляя накопление кривизны метрики. Тогда, вместо E_КЧД + E_КБД = 0, получаем E_КЧД + E_КБД + E_КЧД × E_КБД, где:
E_КЧД × E_КБД ≠ 0 – совместное влияние флуктуаций на метрику, назовем это влияние хвостом.
Рассмотрим на примере – в пространстве, наполненном квантовыми флуктуациями (КЧД + КБД), образуется, к примеру, КЧД. В момент своего зарождения она распределяет свою энергию на:
• Притяжение к себе всего пространства Вселенной (эффект уменьшается с расстоянием – 1/r^2)
• Сопротивление расширению пространства
• Сопротивление сжатию от других КЧД (по аналогии с канатом: если его тянут только с одного конца, то все легко, но когда с обратного конца тоже начинается натяжение, то перетягивать его становится сложнее), что уменьшает воздействие непосредственно на метрику и «КПД» каждой взаимодействующей КЧД
После этого, для сохранения прежнего значения энергии во Вселенной, образуется КБД, которая распределяет свою энергию на:
• Расширение от себя всего пространства Вселенной
• Сопротивление сжатию пространства
• Содействие расширению от других КБД (по той же аналогии с канатом: канат не тянут с обоих концов, а бросают его, высвобождая энергию)
Отсюда можно точнее понять, что хвост представляет собой энергию флуктуации, "утекшую" в пространство, и не затраченную на компенсацию других КЧД/КБД.
Таким образом, КБД более "эффективно" влияет на метрику и объясняет преобладание ТЭ над ТМ в наблюдаемой Вселенной. Также, можно смело утверждать, что чем больше свободного пространства вокруг, тем заметнее эффект от расширения, что подтверждается современными наблюдениями.
Почему КБД не испытывают сопротивления от других КБД?
Тут стоит уточнить, что сама метрика не обладает сопротивлением как таковым. В ОТО пространство–время не является упругой средой с внутренним трением или жесткостью, противящейся деформации. Оно лишь реагирует на содержание энергии–импульса согласно уравнениям Эйнштейна.
Флуктуация с отрицательной энергией не создает области притяжения, наоборот, она создает область с недостатком положительной энергии, способной вызывать отрицательную кривизну пространства–времени. Согласно уравнениям ОТО, в этой области образуется антигравитационный (отталкивающий) потенциал и пространству в этой окрестности легче расширяться, потому что нет сильного гравитационного поля, удерживающего его.
Что касается взаимодействия КБД – они растягивают пространство от себя, во все окружающие направления. Когда "волны" антигравитации от нескольких КБД встречаются, они не конкурируют, а конструктивно интерферируют – отрицательная кривизна одной КБД компенсирует положительную кривизну метрики в зоне влияния другой КБД, облегчая ее работу по расширению, что приводит к совместному усилению эффекта расширения.
И так, мы выяснили, что ТЭ преобладает над ТМ за счет более эффективного воздействия на метрику, при этом до какого–либо взаимодействия их энергии были равны по величине. Теперь, самое время к термину идеальной компенсации.
Идеальная компенсация – это событие, когда гравитационное и антигравитационное воздействия идеально компенсируют друг друга, образуя кратковременный нейтральный эффект. Можно привести аналогию с волнами – идеальная компенсация происходит при идеальном совпадении противофаз и амплитудных значений энергий волны. В данной теории гравитация и антигравитация рассматриваются не как волны, а как динамическое сжатие и расширение самой метрики, распространяющееся на всю Вселенную. На макроскопическом масштабе это можно назвать квазистатическим процессом.
Учитывая нелинейную природу ТМ и ТЭ, можно точно заявить, что идеальная компенсация является чрезвычайно редким событием. В реальных же условиях происходят регулярные наложения эффектов КЧД и КБД при их взаимодействии, ведущие к ослабеванию или усилению рассматриваемого эффекта.
3.1. Что такое излучение Хокинга?
В классической космологии при описании испарения черных дыр, используют аналогию с парой появляющихся и аннигилирующих виртуальных частиц. Давайте разберемся почему это плохая аналогия и как на самом деле происходит их испарение.
Аналогия гласит, что пара виртуальных частиц (положительная и отрицательная) образуются на горизонте событий, после чего одна из частиц (в пример чаще всего приводят отрицательную) падает за горизонт, уменьшая энергию черной дыры. Однако, если за горизонт упадет положительная частица, то общая энергия черной дыры увеличится. Учитывая, что квантовые флуктуации образуются практически повсеместно, виртуальные частицы должны падать за горизонт, в среднем, в соотношении 50/50, но тогда никакого испарения происходить не будет. Именно это и является слабым местом данной аналогии, и данная теория собирает картину воедино.
Для этого представим одинокую черную дыру, дрейфующую в свободном пространстве. Такая черная дыра будет испаряться, причем делать это с ускорением по мере уменьшения ее массы, как и предсказывал Хокинг. Рассмотрим механизм ее испарения: привычные нам черные дыры мало чем отличаются от квантовых, кроме того, что они образовались из БМ. И те и другие, по своей сути, являются энергией, искривляющей пространство, и чем больше свободного пространства вокруг, тем заметнее будет эффект компенсации от КБД, оказываемый на нашу дрейфующую черную дыру. Таким образом, ее гравитационный потенциал будет уменьшаться все быстрее, все больше уступая антигравитации.
Интересно, что в какой–то момент суммарный эффект гравитации от дрейфующей черной дыры и КЧД вблизи нее, может создать тот самый нейтральный эффект на короткий миг. Однако, расширение поступает отовсюду, особенно при наличии свободного пространства и, в конце концов, оно перехватывает инициативу.
3.2. Расчет ускорения испарения черной дыры
Исходные данные:
• Мощность излучения: P = ħ c^6 / G^2 M^2
• Планковская масса: M_pl – масса, при которой радиус Шварцшильда равен комптоновской длине волны. Определяет критический масштаб, при котором гравитационная энергия черной дыры сравнивается с энергией квантовых флуктуаций
• M – текущая масса черной дыры
– Модификация мощности с учетом КБД:
P_mod = P × M_pl / M = ħ c^6 / G^2 M^2 × √(ħ c / G) / M = ħ c^6/ √(ħ c / G) / G^2 M^3
В данном преобразовании происходит модификация классической мощности излучения Хокинга из–за введения множителя M_pl / M, который отражает ключевую идею данной теории: влияние квантовых белых дыр (КБД) на испарение черной дыры обратно пропорционально ее массе M. Физически это означает, что:
• Для массивных ЧД (M ≫ M_pl), множитель ≪ 1, и излучение близко к классическому
• Для ЧД с массой M ∼ M_pl, множитель ≈ 1, и эффекты КБД становятся значимыми
• При M < M_pl, множитель > 1, что приводит к резкому усилению излучения
– Уравнение потери массы:
dM/dt = – P_mod / c^2 = – ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2 M^3
Здесь выводится скорость изменения массы ЧД, используя фундаментальную связь между энергией и массой (E = Mc^2). Знак "минус" указывает на уменьшение массы со временем.
– Интегрирование для получения M(t):
Для нахождения массы черной дыры, как функции времени M(t), мы решаем дифференциальное уравнение потери массы методом разделения переменных. Переносим все члены с M влево, с t вправо и интегрируем обе части:
∫ M^3 dM = – ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2 ∫ dt → M^4/4 = – (ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2) t + C
При условии M (0) = M_0 (конкретное значение начальной массы, например, M_0 = 5 M_pl), получаем:
C = M^4/4. Решая для M, получаем:
M^4 = M_0^4 – 4 × (ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2) t
Это уравнение описывает, как масса черной дыры уменьшается со временем.
Полное испарение (M = 0) происходит при:
t_исп = M_0^4 / 4 × (ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2)
– Анализ ускорения:
• Скорость испарения через абсолютное значение: |dM/dt| = ħ c^4 √(ħ c / G) / G^2 M^3
• При M → 0: |dM/dt| → ∞ (лавинообразное испарение)
– Пример для M_0 = 10 M_pl:
t_исп = G^2 M_0^4 / 4 × ħ c^4 √(ħ c / G), подставляем M_pl = √(ħ c / G):
t_исп = 10^4 × G^2 M_pl^3 / 4 × ħ c^4 = 2500 × √(ħ G / c^5 ) , где:
√(ħ G / c^5 ) – планковское время, тогда:
t_исп = 2500 × t_pl ≈ 1.348 × 10^-40 с
Выводы из расчетов:
1. В классической модели скорость испарения |dM/dt| ∝ M^-2:
• Она обусловлена исключительно термальной природой излучения без дополнительных механизмов усиления.
2. В данной модели скорость испарения |dM/dt| ∝ M^-3:
• При M → 0 стремится к бесконечности значительно быстрее
• Приводит к более быстрому (лавинообразному) испарению в последние стадии эволюции ЧД.
3. Ускорение испарения вызвано множителем Mₚₗ/M, который:
• Физически отражает экспоненциальный рост влияния квантовых белых дыр (КБД) при уменьшении массы ЧД.
• Объясняется нелинейной природой гравитации:
– Уменьшение M → увеличение относительного вклада планковских флуктуаций,
– Рост антигравитационного давления КБД → дестабилизация горизонта событий.
4. Принципиальное отличие от классической модели:
• Не просто количественное увеличение скорости, а качественное изменение динамики испарения за счет самоусиливающейся обратной связи между массой черной дыры и эффективностью КБД.
4. Взаимодействие с барионной материей
Самое время уточнить, что имеется ввиду под «свободным пространством». Под этим термином подразумевается пространство, в котором плотность барионной материи пренебрежимо мала. В таких зонах преобладают эффекты квантовых флуктуаций метрики, определяя глобальную динамику пространства–времени.
Барионная материя – это видимое вещество, состоящее из протонов, нейтронов и электронов, и оказывающее линейное воздействие на метрику пространства–времени, в отличие от нелинейных эффектов квантовых черных и белых дыр. Воздействие БМ описывается классической общей теорией относительности:
G_μν= 8πG × T_μν(БМ), где:
• T_μν(БМ) – тензор энергии–импульса БМ
Почему влияние БМ на метрику линейно?
Представим себе абсолютно гладкое пространство – ровное, без каких–либо флуктуаций. Поместим в такое пространство, допустим, звезду, которая положительно искривляет метрику (оказывает гравитационное воздействие). Теперь, если она внезапно исчезнет, метрика вернется в исходное состояние, чего не происходит с КЧД и КБД, которые, как связанная цельная система, необратимо деформируют метрику, порождая упомянутый хвост взаимодействия.
Кривизна пространства–времени в области с БМ пропорциональна суммарной плотности энергии–импульса БМ в этой области, т.е. удвоим массу/энергию БМ в области – удвоится создаваемая ею кривизна. Это прямое следствие уравнений ОТО, но физически означает отсутствие совместного воздействия гравитации и антигравитации на фундаментальном уровне, в отличие от КЧД и КБД. Однако, при контакте привычной нам БМ с отрицательной БМ, мы бы наблюдали такое же нелинейное взаимодействие, образующее хвост. К слову, он также образуется при наличии двух и более барионных частиц, разница лишь в том, что такой хвост обладает лишь гравитационными свойствами.
На макроуровне происходит следующее – скопления БМ (звездные системы, галактики, галактические нити и стены) и ТМ могут оказывать друг на друга дополнительное гравитационное воздействие, активнее искривляя метрику и компенсируя расширение.
Это объясняет кривые вращения галактик – наблюдаемые скорости звезд на периферии, превышающие предсказания для видимой массы. В рамках теории, БМ притягивает КЧД, формируя гало ТМ с плотностью ≈ 1/r^2, что дает плоскую кривую вращения (v ≈ const). При этом ТЭ преобладает в межгалактических пустотах (расстояния между галактиками, войды), создавая антигравитационный фон. Сочетание линейного воздействия БМ и нелинейных эффектов КЧД и КБД объясняет всю наблюдаемую динамику – от галактик до крупномасштабной структуры Вселенной.
4.1. Аномалия кривых вращения галактик
Для звезды или газового облака, движущегося по круговой орбите вокруг центра галактики, выполняется следствие второго закона Ньютона для гравитационного взаимодействия:
v^2/r = GM_r/ r^2, где:
• v – орбитальная скорость (наблюдаемая величина)
• M_r – полная масса внутри радиуса (M_r(БМ) + M_r(ТМ))
• G – гравитационная постоянная
Из наблюдений: v ≈ const (не зависит от r), тогда:
v^2 = GM_r/r, соответственно M_r ∝ r
Масса в сферическом слое:
dM = p_r(ТМ) × 4πr^2dr ⇒ M_r = ∫ p_r(ТМ) × 4πr^2dr, где:
p_r(ТМ) – плотность ТМ. На периферии галактик БМ, в отличие от центров галактик, оказывает незначительное воздействие, поэтому сосредоточимся исключительно на плотности темной материи, что позволит более точно исследовать ее влияние на динамику галактики в этих областях
Чтобы M_r ∝ r, подынтегральное выражение должно удовлетворять условию:
p_r(ТМ) × r^2 = const ⇒ p_r(ТМ) ∝ 1/r^2
Таким образом, распределение p_r ∝ 1/r^2 естественным образом обеспечивает:
– M_r ∝ r
– v = const
– согласованность с наблюдаемыми кривыми вращения
В рамках данной теории это объясняется тем, что КЧД концентрируются вокруг БМ, формируя гало с естественным распределением плотности p_r ≈ 1/r^2, что обеспечивает наблюдаемую кинематику галактик без введения дополнительных параметров.
4.2. Инфляция на ранней стадии эволюции Вселенной
На заре существования Вселенной, в планковскую эпоху, материя и энергия были распределены с предельной однородностью. Барионная материя, темная материя и темная энергия пребывали в состоянии идеального равновесия – их плотности оставались постоянными в любой точке пространства. Гравитационное воздействие БМ еще не успело проявиться, а квантовые флуктуации метрики существовали в симметричном балансе.
Это равновесие постепенно нарушалось, когда КЧД и КБД начали оказывать нелинейные воздействия на метрику и получали преимущество. Способность КБД к конструктивной интерференции – взаимному усилению расширительных эффектов – спровоцировала каскадную реакцию. Пространство–время начало экспоненциально растягиваться, разгладив начальные неоднородности Вселенной.
По мере расширения, плотность положительной энергии падала, и гравитационное влияние БМ стало значимым. Под действием КЧД, создававших локальные скопления положительной кривизны, БМ начала концентрироваться. Эти скопления стали зародышами будущих галактик, нарушив исходную симметрию. Важно, что БМ всегда выступала "якорем" – ее скопления и сейчас удерживают ТМ от полного растворения в расширяющемся пространстве.
К концу инфляции их коллективное гравитационное притяжение начало тормозить расширение, запустив эру замедления, однако, дальнейшее расширение оставалось неизбежным. Эта фаза длилась около 9 миллиардов лет – до момента, когда растущие объемы космических пустот позволили ТЭ вновь взять верх.
Где сейчас инфляция?
Экспоненциальное расширение прекратилось, когда плотность энергии КБД сравнялась с суммарной плотностью энергий БМ и КЧД. Дальнейшая динамика определялась конкуренцией двух процессов:
– Сжатие: гравитация БМ и ТМ в скоплениях
– Расширение: антигравитация ТЭ в пустотах
Баланс сместился в пользу расширения лишь после формирования галактик, когда свободное пространство между ними постепенно достигало достаточных размеров для преобладания КБД.
Таким образом, инфляция в рамках данной теории – это естественный этап самоорганизации квантовых флуктуаций метрики, где КБД создали пространство для структурообразования, а КЧД и БМ наполнили его веществом. Без начальной фазы сверхбыстрого расширения Вселенная осталась бы пустой (без сложных структур) и однородной.
5. Расчет влияния флуктуации на метрику
Унифицированная формула для расчета влияния:
p_ТМ/ТЭ(набл) = P_ТМ/ТЭ × E_pl / c^2 × L_pl^3, где:
• p_ТМ/ТЭ(набл) – наблюдаемая плотность ТМ/ТЭ во Вселенной (p_ТМ(набл) ≈ 2.76 × 10^-27 кг/м^3, p_ТЭ(набл) ≈ 6.91 × 10^-27 кг/м^3)
• P_ТМ/ТЭ – вклад флуктуации в ТМ/ТЭ – безразмерный коэффициент, отражающий среднее влияние одной планковской флуктуации на метрику пространства–времени
• E_pl / c^2 × L_pl^3 = 5.156 × 10^96 – плотность энергии планковской флуктуации в объеме L_pl^3, определяющая границу применимости классической физики. Умножая на P_ТМ/ТЭ, получаем средний вклад одной ячейки в ТМ/ТЭ на макроскопическом уровне
Соответственно, влияния квантовой черной и белой дыры:
P_ТМ = p_ТМ(набл) × c^2 × L_pl^3/ E_pl ≈ 5.36 × 10^-124
P_ТЭ = p_ТЭ(набл) × c^2 × L_pl^3/ E_pl ≈ 1.34 × 10^-123
Полученные значения отражают преобладание ТЭ над ТМ в соотношении P_ТЭ / P_ТМ = 2.5, что объясняется самой природой распределения энергии флуктуации.
Заключение
Предложенная теория дает единое объяснение природы темной материи и темной энергии как проявления единого квантово–гравитационного процесса – флуктуаций метрики пространства–времени. Их наблюдаемая плотность есть следствие усредненного влияния этих флуктуаций на макроскопические масштабы.
В данной теории также было рассмотрено и объяснено влияние темной материи на аномалии кривых вращения галактик (связь с барионной материей), а также был предложен иной механизм излучения Хокинга для черных дыр с уточнениями протекания данного процесса.
Теория самосогласованна и оперирует известными науке понятиями и принципами, не нуждаясь в введении экзотических частиц, полей, измерений или свободных параметров, а оперирует базовыми физическими понятиями и законами. Теория не только согласуется с текущими данными, но и открывает пути для экспериментальных проверок квантовой гравитации, таких как:
– Более лавинообразное испарение ЧД – поиск коротких всплесков гамма–излучения
– Аномальные флуктуации метрики – отклонения в гравитационных эффектах на высоких частотах регистрации
– Следы инфляции КБД – аномалии в поляризации реликтового излучения, вызванные доминированием квантовых белых дыр в ранней Вселенной
Каждый из представленных пунктов напрямую вытекает из ключевых положений теории: баланса КЧД/КБД, их квантовой суперпозиции и преобладания КБД над КЧД.
* Перейдя по ссылке, вы сможете ознакомиться с черновым вариантом данной теории (в том числе и на английском языке). В текущей же статье отображено ее дополненное изложение.