Если к правде святой
Мир дороги найти не умеет -
Честь безумцу, который навеет
Человечеству сон золотой!
Профессор Лувенского университета в Бельгии Жорж Леметр, священник, математик, астрофизик и космолог, Президент Ватиканской академии наук (и много чего еще) считается автором теории Большого Взрыва. Основываясь на фридмановской модели расширяющейся Вселенной, Леметр и выдвинул идею большого взрыва первичного сгустка материи, сосредоточенной в нуль-пункте пространства-времени. Вместе с тем, в Википедии господствует мнение, что концепция расширяющейся Вселенной была разработана им пусть и позже А.А.Фридмана, но (!!!) совершенно независимо от него. Ситуация вполне стандартная — на вкусный кусок всегда много желающих. Первая статья Леметра по релятивистской космологии была опубликована еще в 1922 году. Трудно сказать, какую именно роль при разработке теории сыграли религиозные воззрения Жоржа Леметра, но, по его собственным словам, за письменным столом он - только естествоиспытатель. Впрочем, никто не возражал бы, если бы он утверждал бы и прямо противоположное, что, к примеру, естествоиспытателем у письменного стола он стал исключительно для научного обоснования своих религиозных представлений. Не важно, каковы были намерения, значение имеет, куда они ведут.
Поначалу все складывалось очень благостно и даже красиво — извольте откушать вполне себе сон золотой на блюдечке с голубой каемочкой. Идея представлялась настолько доказанной, что лауреат нобелевской премии Стивен Вайнберг в статье «За рубежом первых трех минут» писал: «Начну с краткого резюме, относящегося к периоду, основные черты которого, думается, теперь уже хорошо известны подавляющему большинству ученых-космологов, с эры, продолжительностью примерно от одной сотой доли секунды до конца третьей минуты - эры, в которой сейчас мы чувствуем себя почти как дома».
Ему солировал академик Я.Б. Зельдович: «Теория «Большого взрыва» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные теории не в состоянии препятствовать успеху новых теорий».
Но даже в этом хоре славословия есть элементы диссонанса. Даже по достаточно не новой теории тяготения Ньютона Земля и Солнце вращаются вокруг общего центра тяжести, то, при всем доверии к внешней стороне заключений столь авторитетных лиц, у обывателя уже возникает червячок сомнения - не является ли теория Большого Взрыва такой же красивой образной алогичностью золотого сна, как и «Земля вращается вокруг солнца». Не сказал ли Зельдович больше, чем сказал? Согласитесь, весьма наивно считать академика незнакомым с классической теорией. В этой связке не менее двусмысленно выглядит и начало статьи С. Вайнберга: «Я не пытался специально выдумать для этой статьи какой-либо эффектный заголовок, но мне кажется весьма подходящим употребить слово «beyond», когда речь идет об отсчете времени вспять. Читатель, вероятно, знаком с одним из выдающихся исследований дошедших до нас документов английской истории – книгой Фредерика Уильяма Мейтленда, в которой Мейтленд использовал земельную опись, составленную в 1085 г. Вильгельмом Завоевателем, с целью воссоздать английский быт до завоевания страны норманнами, т.е. во времена, о которых не осталось подлинных исторических документов. Подобным же образом космологи всматриваются в черты таких грандиозных эпох истории развития Вселенной, как, скажем, эпоха рекомбинации атомов водорода, происходившей, когда Вселенной было около полумиллиона лет, или эпоха образования ядер атомов гелия, которая наступила через три минуты после рождения Вселенной, - эпох, оставивших в современном мироздании свой заметный отпечаток, поддающийся непосредственному изучению, - для того, чтобы попытаться разгадать, что стоит за всем этим, что происходило раньше – в те, ставшие сейчас уже недоступными для прямого изучения времена, которые предшествовали этим эпохам». Вопрос не в том, во что всматриваются космологи: в черты гипотетических эпох или в черты наблюдаемой части Вселенной. Вопрос в том, что очень хорошо известно, как вели себя и что совершали разного рода оккупанты, к примеру - воины выше упомянутого Вильгельма Завоевателя в течении трех минут в любом доме, чтобы задуматься над двусмысленности заявлений типа: «сейчас мы чувствуем себя почти как дома». Делая весьма откровенную косвенную ссылку на такой исторический прецедент, научные викинги точно также полагают, победителей за набег на дом науки не судят. Иллюзия это. Что характерно, изначально автор (авторы) и сподвижники очень самоуверенно свою единственную точечную модель Большого Взрыва называли теорией. Сейчас существующее великое множество предложенных моделей очень тихо и скромно понизили до гипотез. Рассматривать все это весьма обширное множество особого смысла нет. Каждая последующая гипотеза предлагалась как правило для устранения ранее выявленных вопиющих и неустранимых противоречий предшествующих гипотез. Но, вместе с этим, порождались новые неустранимые противоречия, не замечать которые могут только крайне предвзятые поклонники. Поэтому ограничимся рассмотрением лишь некоторых проблем моделей Большого Взрыва.
Лучше всего начать с самого главного вопроса – а был ли мальчик? Есть ли предмет обсуждения и моделирования? В самом прямом, непосредственном смысле – есть ли факт расширения Вселенной?
Конечно, такая жесткая постановка вопроса вызовет оторопь среди добропорядочных космологов. Ни один здравомыслящий ученый не даст на него честного ответа. Причина проста – наука, как социальное явление, ничем не отличается от всех остальных, в ней действуют те же крайне жестокие социальные законы. Никто не захочет оказаться изгоем, тем более остаться без куска хлеба насущного. В самом лучшем случае ответы, если до них снизойдут, будут крайне уклончивыми. Но лично я никто и звать меня никак и меня обструкция сильных научного мира сего не волнует. От слова - совсем. Потому, ищем ответ.
Начнем с определений:
Расстояние — степень (мера) удалённости объектов друг от друга.
Расстояние между объектами — длина отрезка прямой, соединяющей два объекта.
В свою очередь Длина — физическая величина, числовая характеристика протяжённости линий. В большинстве систем измерений единица длины — одна из основных (первообразных) единиц измерения, через которые определяются другие (производные) единицы. В международной системе единиц (СИ) за единицу длины принят метр.
Метр (русское обозначение: м; международное: m; от др.-греч. μέτρον «мера, измеритель») — единица измерения длины.
Метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1⁄299 792 458 секунды.
Казалось бы, согласно определению, все просто – посылаем световой импульс, ждем отраженный сигнал, по задержке считаем расстояние. Но так гладко только на бумаге. Не существует гонцов, способных пробежать до конца Вселенной и вернуться обратно за приемлемый для нас промежуток времени. То есть, прямое измерение расстояний для вселенских масштабов невозможно. Поэтому выбираются различные косвенные методы.
Один из таких методов опирается на постулат о космологическом красном смещении.
В постулате утверждается, что космологическое красное смещение возникает из-за расширения Вселенной: за время, в течение которого свет доходит до наблюдателя, масштабный коэффициент увеличивается, и когда свет приходит к наблюдателю, его длина волны оказывается больше, чем испущенная источником. При этом считается, что при космологическом красном смещении, как и при любом другом, энергия фотонов уменьшается. В данном случае она как бы затрачивается на расширение Вселенной. Другими словами, вопреки утверждениям Эйнштейна, фотоны в космологии постулативно стареют. В квантовой электродинамике конечно нет ни малейшего намека на взаимодействие фотонов с пространством. Ну да это не важно, если низьзя, но очень хочется – всегда найдется покладистый ученый математический борзописец, который состряпает соответствующую писульку. И её примут, никуда не денутся. Так что постулат, как постулат, вот только выводить расширение Вселенной из уже пред заданного постулатом, как-то не слишком этично. Все уже задано в постулате. А на факты можно наплевать. Это тоже древняя научная традиция – если факты противоречат теории, тем хуже для фактов.
Только факты об этом не знают. Фундаментально вопрос в том, что, согласно определению понятий, расширение Вселенной есть увеличение расстояний между её составляющими элементами. Например – между галактиками. А совсем не покраснение спектров. Таким образом, для обоснованного формирования утверждений о пространственной динамике Вселенной необходимо не умозрительные рассуждения о расширении Вселенной, а эмпирическое множество фактов об изменении во времени расстояний между её элементами. А не о спектральном смещении. В наблюдаемой части Вселенной наилучшим образом для этого подходит анализ средних расстояний между галактиками. Фишка здесь в том, что приборами регистрируются угловые отношения между галактиками, которые, полагая пространство событий однородным и изотропным, достаточно легко пересчитать в линейные расстояния. Еще раз особо подчеркну – мы видим не пространство, как таковое, а его срез по изотропному конусу. Более дальние галактики не только пространственно дальше, но и наблюдаются в более ранний промежуток времени. Таким образом, если так называемые первичные галактики наблюдаются всего через 300 миллионов лет от рождества Вселенной, то, согласно постулату о расширении Вселенной средние расстояния между этими первичными галактиками должны быть как минимум на порядок меньше средних расстояний между ближайшими к нам галактикам с сопоставимыми размерами. А этого нет. Средние расстояния между галактиками оказались константой, что, кстати, закреплено в космологическом принципе:
Космологический принцип — основное положение современной космологии, согласно которому каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от места и направления наблюдения, обнаруживает во Вселенной в среднем одну и ту же картину.
В модели расширяющейся Вселенной этот принцип должен жестко нарушаться. Мало того, что каждый наблюдатель видел бы все более плотную с расстоянием Вселенную, эта картина существенным образом менялась бы в зависимости от его положения в расширяющейся Вселенной. Для наблюдателей на краю расширяемой части половина Вселенной вообще была бы пустотой. Даже без реликтового излучения из этой пустоты.
Итак, главный наблюдательный факт – средние расстояния между галактиками для наблюдаемой области Вселенной есть константа.
Из него непосредственно следует, что постулат о расширении Вселенной ложен. Расширение Вселенной – миф.
Это никоим образом не перечеркивает факт красного смещения спектров. Но постулируемая связка между космологическим красным смещением и расширением Вселенной является ложной. Ранее я давал красному смещению свою трактовку, но для данной статьи она излишняя. В данном случае значение имеет, что все существующие теории Большого Взрыва, как и все возможные в будущем, имеют, помимо внутренних противоречий, один фундаментальный, неустранимый изъян – они не соответствуют действительности. То есть, не наука по определению понятия. Но как сборник специфической социальной мифологии всякого рода теории Большого Взрыва – весьма процветающее явление. Поэтому есть смысл продолжить рассмотрение.
Продолжить можно с любого места. Например – с однородности и изотропности Вселенной. Строго по факту его нет. Наблюдательная астрономия преподносит обывателю прямо противоположную картину – иерархию крупномасштабных структур, начиная Великой стены Слоана, Великой стены Геркулес и прочих сверхскоплений галактик. Образование устойчивых структур с размерами 1-10 миллиардов световых лет требует времени, как минимум на 1-2 порядка больших. То есть, минимум сотен миллиардов лет. Что в принципе не укладывается в пропагандируемую хронологию. Что самое парадоксальное, сама идея Большого Взрыва принципиально отрицает однородность и изотропность Вселенной. В любой модели Большого Взрыва Вселенная делится как минимум на две существенно различные области – область с веществом, начиная с сингулярности, и область заведомо пустого пространства, в которую идет расширение. А если принять во внимание эверетовские многомировые интерпретации, то Вселенная предстает конгломератом пузырьков вещества в вакуумной пустыне. Если все это называть однородностью и изотропностью, то что же такое неоднородность?
Более того, даже если постулировать начальное распределение вещества в Большом Взрыве однородным, то оно немедленно начнет нарушаться. По очевидной и банальной причине – закон всемирного тяготения никто не отменял. Внешние слои взрывной области будут притягиваться остальным веществом. Точно также как притягивается камень на поверхности Земли. Это неизбежно должно привести к уплотнению внешних слоев, образованию внешнего фронта плотности. Тем более ни о каком «движению по инерции» в рамках гипотез БВ даже речи быть не может. Глобальная однородность возможна только для неограниченно большой Вселенной, в которой нет внутренней гравитации, как её нет в центре Земли. Вот в этих условиях возможно образование различного рода локальных неоднородностей плотности в соответствии с локальными решениями Фридмана.
Особого внимания заслуживают так называемые «подтверждения» теорий БВ.
В первую очередь это касается реликтового излучения. Справочно:
Реликтовое излучение (лат. relictum — остаток), космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение — равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода. Обладает высокой степенью изотропности и спектром, свойственным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,73 К. Согласно теории БВ на определённом этапе замедлившиеся электроны первичной плазмы получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией). Постулируется, что это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 380 000 лет. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение и составляют те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли. Так в теории.
Дикость теории в том, что:
- спектральный экстремум реликтового излучения 2,73 К, а не теоретические 3000К.
- сфера, откуда идет реликтовое излучение, по фактам наблюдений уже тогда, в момент излучения, имела радиус как минимум 13 800 000 000 световых лет, а не ничтожные 380 000.
Смещение спектрального экстремума можно свалить на Доплер эффект. Типа – мы здесь и сейчас наблюдаем рекомбинационное излучение первичной плазмы, удаляющейся от нас с весьма приличной скоростью. Примечательно, эту скорость можно посчитать. Фишка, однако, в том, что эта скорость в любом случае будет меньше скорости света и для ухода от эпицентра БВ на расстояние 13,8 миллиардов световых лет необходимо время, на много порядков большее, чем 380 000 лет. Более того, большее, чем 13,8 миллиардов лет. То есть, теория кинетического расширения сама опровергает самой назначенные даты. Таким образом, факт регистрации реликтового излучения сводит до мусорного уровня все кинетическое теории БВ.
Некоторая часть проповедников БВ эту несусветную дичь видела и отрабатывала механизмы её нейтрализации. Нейтрализация шла по основной идее инфляционного периода в истории Вселенной. Справочно:
Инфляцио́нная моде́ль Вселе́нной (лат. inflatio «вздутие») — гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 1028 K), предполагающая период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения.
Первый вариант теории был предложен во второй половине 1960-х годов Э. Б. Глинером, однако ключевой вклад в её создание внесли на рубеже 1970-х — 1980-х годов Алексей Старобинский, Алан Гут, Андрей Линде, Вячеслав Муханов и ряд других.
Предполагается, что в период времени с 10−42 сек до 10−36 сек Вселенная находилась в инфляционной стадии своего развития. Основной особенностью этой стадии является максимально сильное отрицательное давление вещества, приводящее к экспоненциальному увеличению кинетической энергии Вселенной и её размеров на много порядков. За период инфляции линейные размеры Вселенной увеличились как минимум в 1026 раз, а её объём увеличился как минимум в 1078 раз.
С Эрастом Борисовичем Глинером я переписывался, что позволило конкретизировать многие детали модели, в том числе и основания, по которой он от неё отказался. Это не секрет, читайте в https://doi.org/10.3367/UFNr.0172.200202f.0221 или в русскоязычной версии https://ufn.ru/ru/articles/2002/2/f/ .
Начну с того, что ни с одной точкой вакуумоподобной среды невозможно связать систему отсчета. Она не состоит из «частей», «элементов» и прочее. Под лоренц-инвариантностью понимается именно поэлементная не делимость среды. Соответственно, вакуумоподобная среда ничем не ограничена. Областью нахождения (размещения) вакуумоподобной среды является вся Вселенная. В силу этого нельзя сформулировать само понятие ее внутреннего движения. Как и внешнего. Вауумоподобная среда точечно принципиально не взаимодействует. Для неё не существует понятие взаимодействия и, соответственно, времени. Другое важнейшее свойство, которое отметил Э. Б. Глинер: непрерывный экспоненциальный рост масштабного фактора в однофазной среде отрицательной плотности, вследствие чего метрика отрицательного однофазного состояния весьма близка к метрике де Ситтера. При этом Э. Б. Глинер особо подчеркивает, что однофазному вакуумоподобному состоянию нельзя приписать какую-либо определенную эволюцию во времени.
Вот свойство неограниченного экспоненциального роста масштабного фактора вакуумоподобной среды и привлекло внимание теоретиков. Не «элементность» освобождало от ограничений скоростью света и давало гигантский произвол воображению. В инфляционном сценарии увидели панацею от всех дикостей кинетических теорий. Действительно, режим инфляции давал возможность получить сферу, откуда шло бы реликтовое излучение, в строгом соответствии с фактами наблюдений, когда в момент излучения, сфера уже имела бы радиус как минимум 13 800 000 000 световых лет через те самые ничтожные 380 000 лет.
Но за все хорошее приходится платить. Дьявол прятался в деталях. Деталь первая - областью нахождения вакуумоподобной среды является вся Вселенная. Другими словами, ограничиваться любым конечным радиусом, в том числе такими грандиозными, как 380 000 световых лет и даже 13 800 000 000 световых лет, НИЗЬЗЯ. Только вся Вселенная.
Деталь вторая — в вакуумоподобной среде нет событий. Ни событий её возникновения. Ни событий инфляционного роста. Ни событий фазовых переходов. Ни событий распада. Нет эволюции во времени. От слова — совсем.
Деталь третья — в вакуумоподобной среде нет элементов. Бредить словесными фокусами, что вместе с ростом масштабного фактора растет какая-то находящаяся в ней элементарная частица или поле недопустимо. Их там не и быть не может по определению понятия.
Казалось бы, росчерком пера все эти мелочи можно легко обойти. Ладно, пусть инфляционной областью будет вся Вселенная. Всего-то дел, что поправить формулу Хаббла, расширив её на всю Вселенную. Например:
- классическое космологическое уравнение, так называемый «закон разбегания»:
V=HR,
Где:
V- скорость удаления
Н – постоянная Хаббла
R- космологическое расстояние.
Заменить на:
V=c th(HR/c).
Кстати, это автоматически разрешает вопрос об «ускорении расширения».
Пусть время инфляционного этапа будет вообще нулевым. Это вроде бы принципиально ничего не меняет. Но так только кажется.
Приведем цитату Глинера:
«Особенности фридмановских моделей создали, однако, ошибочное представление о масштабном факторе, как эталоне расширения вселенной. Рассмотрим для простоты газ пробных частиц во вселенной де Ситтера. Между столкновениями частицы, очевидно, свободно падают вдоль геодезических метрики де Ситтера. Поскольку, как и метрика, геодезические неизменны во времени, то, как целое, газ пробных частиц не может ни расширяться, ни сжиматься. Вследствие столкновений частиц этот газ горячий; легко предвидеть, что он должен иметь температуру Гиббонса-Хоукинга. Но несмотря на рост масштабного фактора, вселенная остается статической. Эта картина непосредственно обобщается на вселенные, где наряду с преобладающей вакуумоподобной фазой есть и примесь обычного вещества. Падая вдоль геодезических, в главном определенных преобладающей фазой, вещество не следует за ростом масштабного фактора, как и вся "почти вакуумоподобная" вселенная. Идея раздувания, следовательно, представляется ошибочной».
Смысл цитаты прозрачен — рост масштабного фактора никак не связан с расширением Вселенной даже в модели вакуумоподобной фазы с примесью вещества. То есть, бредить расширяющейся материей, хоть в форме частиц, хоть в полевой форме, на основе изменения масштабного фактора вакуумоподобной среды некорректно.
Положение усугубляется также и тем, что квантовой теории гравитации не существует. Играться в личные хотелки, в виде квантовых, гравитационных и прочих аномалий элементарных частиц — это заведомо дурить почтеннейшую публику. В квантовой механике любая частица в квантовой яме рассматривается как точечная и никаких неоднородностей в ней не предусматривается.
В замечательной книге Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица "Теория поля" проводилось точное и строго формальное доказательство того, что масса (а значит, и энергия) замкнутого мира тождественно равна нулю. Другими словами, какие бы чудеса с фазовыми переходами вакумоподобной среды кем бы ни были бы измышлены, конечный результат предопределен — стационарная Вселенная. Вселенная по определению понятия есть «все в себя вмещающая». По определению нет ничего вне Вселенной. Другими словами, Вселенная замкнута. Её масса, заряд, энергия, вращающий момент тождественно равны нулю.
Итак, можно конечно вообразить, что Он, как первопричина всего в мире, «сказал — поехали», Он «взмахнул рукой» … и «из ничего» возникла Вселенная. Предположим, возникновение произошло по инфляционной модели. Тогда вакуумоподобная среда за нулевой промежуток времени неким волшебным множеством фазовых переходов с некими мгновенными изменениями масштабного фактора трансформировалось в материальную среду.
Но:
- эта трансформация касалась всей Вселенной по определению,
- эта трансформация опять же по определению стационарна.
Другими словами, глобальное решение Фридмана для такой Вселенной может быть только стационарным. Динамичными могут быть только локальные решения.
Материальным мир возник. Но в нем нет и не может быть никаких оснований ни для гравитационного коллапса, ни для разбегания галактик. Ни его глобальная «температура», ни его глобальная «плотность» не будут функциями времени. Игры в инфляционные модели в не шулерском заведомо подходе, не могут породить ничего, кроме стационарной Вселенной.
Однако, самая успешная из физических теорий — квантовая механика, категорически против даже такого сценария. Основным модельным инструментом в квантовой механике является волновая функция. Для игрушек — вот до этого момента не было ничего, а вот отсюда возникло все, в модели квантовой механики не укладываются. От слова — совсем. Не существует квантовой механики с полуволновыми функциями.
Крайне маловероятно, что сообщество астрофизиков, делавших себе имена и положения на теории Большого Взрыва, откажутся от этой модели. Теория конечно уйдет в забвение, но только вместе со смертью её носителей.
Так что — ждем-с.
А пока витаем в кошмарах золотого сна.