Файл: Александр Александрович Фридман опубликовал работу, в которой впервые нашел решение.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 73
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Темная материя и темная энергия.
В 1998 году группа ученых, возглавляемая американским астрофизиком Алексеем Филиппенко осуществляя свои наблюдения сверхновых в далеких галактиках, обнаружили ускоренное расширение Вселенной. В 1979 году английский астроном Д. Уолш впервые открыл, так называемую, гравитационную линзу.
Эти два разных открытия натолкнули на мысль относительно существования темной материи и еще более загадочной субстанции темной энергии.
Относительно существования темной материи в современных научных кругах существуют серьезные опасения. Основанием этих опасений служит тот факт, что темную материю нельзя непосредственно видеть, а физика элементарных частиц до сих пор не обнаружила частицы темной материи.
Согласно последним определениям тёмная материя — это такая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения (и не взаимодействует с ним). Это свойство данной формы материи делает ее невидимым. И, таким образом, делает невозможным её прямое наблюдение.
Тем не менее, темная материя обладает одним общим свойством с обычной барионной материей (материей, состоящей из электронов, протонов и нейтронов). Так же как и обычная барионная материя (вещество), она способна собираться в сгустки. Размером, скажем, с галактику или скопление галактик. То есть, так же как обычная материя, она участвует в гравитационном взаимодействии. Этим-то единственным свойством она себя и обнаруживает (проявляет), взаимодействуя гравитационно с обычной (светящейся, барионной) материей.
Подводя краткий итог всему выше изложенному, можно сказать, что темная материя – это такая материя, которая невидима, поскольку не излучает (не испускает фотонов) и которая проявляет (обнаруживает) себя только гравитационно – посредством гравитационного взаимодействия с «обычной» (барионной) материей.
Каким же образом появилась идея существования темной материи? По наличию, так называемой, скрытой массы, существование которой подтверждают эксперименты по гравитационному линзированию.
Скрытая масса, что это значит? Попробуем разобраться.
Как уже было указано выше, в 1979 году английский астроном Д. Уолш впервые наблюдал гравитационную линзу. Здесь должно сказать, что в качестве таковой может выступать любой небесный объект, который искривляет проходящие в непосредственной близости от него лучи света под действием собственной гравитации.
Объяснение явления гравитационной линзы (как вы, наверно, уже догадались) лежит в рамках общей теории относительности. В соответствии с ней, любое материальное тело, обладающее массой, деформирует (продавливает собственной массой) пространство и подобно линзе искривляет прямолинейный луч света, который проходит по этому, искривленному (деформированному) пространству.
Иными словами, чем больше масса объекта, тем больше оно, пространство, деформируется. А тем больше величина деформации, тем больше величина гравитационной силы, с которой данный объект воздействует на находящиеся рядом другие объекты. В том числе и на луч света, проходящий в непосредственной от него близости.
Деформацию пространства может, к примеру, вызвать скопление галактик. Таким образом, световой луч, который идет от объекта, лежащего за скоплением этих галактик, и который проходит в непосредственной от них близости, в силу деформации пространства, будет искривляться (отклоняться от своего первоначального прямолинейного направления). Поскольку искривление света, идущего от такого объекта, зависит от количества массы в скоплении, независимо от того, что эту массу создает (какие частицы эту массу создают), то по величине искривления света можно определить массу этого скопления.
То есть, по силе (интенсивности) искажения изображения объекта, который лежит за скоплением этих галактик, выступающих в роли этакой гравитационной линзы, можно определить их, галактик, полную массу.
И вот ведь она, незадача. Определенная таким образом масса каждый раз оказывалась ощутимо больше, чем ожидаемая масса. Чем масса видимой части скоплений. Чем масса видимой материи (видимого вещества) этих скоплений. Отсюда следовал неизбежный вывод, что какая-то часть материи, содержащаяся в этих скоплениях (которая обладает определенной массой) просто невидима. Эту невидимую материю назвали темной материей.
Но еще более не ясен облик темной энергии.
Как уже отмечалось, в 1998 году группа ученых, возглавляемая американским астрофизиком Алексеем Филиппенко осуществляя свои наблюдения за сверхновыми в далеких галактиках, обнаружили ускоренное расширение Вселенной. До 1998 года большинство астрофизиков полагало, что со временем скорость расширения Вселенной падает под действием сил гравитации.
Понятно, что силы взаимного притяжения всех присутствующих во Вселенной объектов замедляет разбегание этих объектов и, таким образом, замедляет расширение Вселенной в целом.
К чему торможение приведет — зависит от суммарной массы Вселенной.
Чем больше масса Вселенной, тем более силы взаимного притяжения между отдельными частями этой Вселенной. И если масса Вселенной достаточно велика, то эти гравитационные силы постепенно остановят расширение и расширение сменится сжатием.
Движение пойдет в противоположном направлении, галактики начнут двигаться друг к другу. В конечном итоге под действием сил гравитации расстояние между двумя соседними галактиками уменьшается до нуля. И Вселенная «сойдется» в одной сингулярной точке, из которой когда-то начала расширяться. Если же масса Вселенной меньше некоторой критической массы, то расширение будет продолжаться вечно (обычно принято говорить не о массе, а о плотности, которая связана с массой простым соотношением, известным из школьного курса: плотность есть масса, деленная на объем).
«Открытие» темной материи, как говориться, внесло свою лепту и подтвердило самые нехорошие на этот счет опасения. Оно говорило о том, что масса Вселенной значительно выше, чем масса обычного видимого вещества. То есть, значительно выше, чем ранее предполагалось. И, скорее всего, близка к критической. А, возможно, что даже равна ей.
Расширяясь, Вселенная, образно выражаясь, должна была натягивать ткань пространства-времени, замедляя свое расширение. Но данные наблюдений 1998 года указывали на обратное: Вселенная расширяется с ускорением.
Итак, еще раз: астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что Вселенная расширяется с ускорением. Что, таким образом, уже говорит о наличии антигравитации, которая противостоит гравитации (способствующей замедлению расширения Вселенной) и, таким образом, способствует разбеганию галактик, придает этому разбеганию ускорение. Обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот.
Здесь бы самое время вспомнить о «космологической постоянной». О той самой величине, введенной еще Альбертом Эйнштейном
, с целью преодоления сил гравитации и, таким образом, с целью обеспечения стационарности (неподвижности) нашей Вселенной. Эта «космическая постоянная» характеризовала некую силу антигравитации, которая была буквально «вплетена» в саму ткань пространства-времени, которая противостояла и, таким образом, уравновешивала силы взаимного притяжения всех присутствующих во Вселенной объектов в условиях стационарной Вселенной. Буквально вплетена и распределена. Она противостояла гравитации и, таким образом, не позволяла Вселенной (под действием сил гравитации) сойтись в одной сингулярной точке.
Как уже было указано только что, введенная Альбертом Эйнштейном «космологическая постоянная» действовала в условиях стационарной Вселенной. Она-то и обеспечивала эту стационарность. В условиях же расширяющейся Вселенной эта «космическая постоянная» придала бы этому расширению некое ускорение.
Но большинство пошло по несколько иному пути.
Было сделано предположение, что носителем этой антигравитации (поскольку антигравитация не могла существовать сама по себе) является, так называемая, темная энергия. Поскольку ускоренное расширение происходит одновременно повсюду, то неизбежно заключение, что эта субстанция буквально пронизывает всю нашу Вселенную. Подобно темной материи она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. Равномерно распределена. И, говоря опять же словам Стивена Хокинга, буквально «вплетена» в саму ткань пространства-времени.
Совершенно ясно, что по большому счету, так называемая, темная энергия, является не более, чем эквивалентом «космологической постоянной», присутствующей в условиях расширяющейся Вселенной и придающей этому расширению некоторое ускорение.
Теория струн. Основана на гипотезе, согласно которой: любая элементарная частица представляет собою микроскопическую колеблющуюся струну (микроскопическую петлю, состоящую из бесконечно тонкой струны, длина которой сопоставима с планковской длинной -10−35 м.). Струну, которая совершает определенный тип колебания. И в силу своей вибрации (колебания) представляется на расстоянии точечной частицей. Существует множество типов колебаний. Конкретный тип элементарной частицы определяется конкретным типом колебания. Отличие в свойствах и, таким образом, отличие одного типа элементарных частиц от другого сводится к отличию одного типа колебаний от другого.
С помощью этой гипотезы стало понятно, почему, например, массы элементарных частиц именно такие, какие есть, а не какие-то там другие. Масса конкретной частицы так же определяются конкретным видом колебания. Чем больше частота колебания, тем больше энергия, накопленная в таком колебании. И, в соответствии с формулой
Эйнштейна E=mc², тем больше масса частицы, в роли которой проявляет себя колеблющаяся струна (которую «образует» колеблющаяся струна). Электрон представляет собой струну, совершающую один вид колебания, и потому имеет именно такую массу. Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны – другой вид колебания, и потому обладают именно такой массой.
Существует предположение, что теория струн применима не только к элементарным частицам, но и ко всем четырем типам взаимодействия, А их у нас четыре: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. В основе этого предположения лежит иное предположение, согласно которому: каждому типу взаимодействия соответствует своя частица. Та самая частица, которая может рассматриваться как наименьшая и неделимая порция (квант) этого взаимодействия. Наименьший и неделимый носитель. Переносчик этого взаимодействия. Глюон – минимальная и неделимая порция (квант) сильного взаимодействия. Бозон (калибровочный) – квант слабого взаимодействия. Гипотетическая, то есть, неподтвержденная экспериментально, частица гравитон – квант гравитационного взаимодействия.
Из всех четырех типов взаимодействия нам наиболее известны два типа. Это гравитационное и электромагнитное взаимодействия.
Так же известно, что гравитационное взаимодействие возникает между материальными телами, обладающими массой. И чем больше будет масса вещества, тем сильнее будет гравитационное взаимодействие. Аналогично, электромагнитное взаимодействие возникает между материальными объектами, обладающими электрическими зарядами. И они, заряды, играет ту же роль, что и масса для гравитационного взаимодействия. Как известно, тела с одинаковыми зарядами отталкиваются. А с разными – притягиваются.
Гравитационное взаимодействие наиболее привычно для нас – благодаря ему наша планета удерживается на орбите, вращаясь вокруг Солнца, а мы находимся на земле. Однако, по существу, гравитационное взаимодействие является чрезвычайно слабым. Единственная причина, по которой оно нам кажется сильным - это чрезвычайная малая масса человека и всех других существ на поверхности нашей планеты относительно ее массы. То есть благодаря отношению масс, которое явно не в пользу этих существ.
Итак, по своей сути, гравитационное взаимодействие является чрезвычайно слабым. Если его сопоставить с электромагнитным взаимодействием, и при этом задаться банальным вопросом: «какое из этих взаимодействий сильнее»? – то ответ будет явно не в пользу гравитационного взаимодействия.