Реликтовый фон и Великое объединение взаимодействий.
Сейчас мы попытаемся сделать еще один маленький шаг на пути к объединению гравитации с тремя другими, уже объединенными взаимодействиями: электромагнитным, слабым, сильным. В результате мы получим точное значение температуры реликтового фона, и получим дополнительные доказательства в пользу того, что гипотезы, заложенные в основу этой работы, верны.
Разделим массу Вселенной на две равные части и разнесем её на полюса N и S. (В замкнутой модели существует еще шесть полюсов, и мы могли бы с равным успехом разнести эти две половинки массы Вселенной на любую другую пару противоположных полюсов.)
Эти две массы взаимодействуют по закону Ньютона. Силовые линии гравитационного взаимодействия проходят через всю Вселенную, и напоминают меридианы земного шара. Вообразите два кораблика, связанных резиновыми канатами-меридианами. Один из них находится корабль на Северном полюсе, а другой - на Южном. Корабли хоть и тянут друг друга, но ускорения не получают. Меридианы, силовые линии гравитации, пытаются разорвать кораблики на части.
Мысленно разрежем все канаты по экватору, соединим динамометрами. Показания динамометров в сумме дадут:
F = G (M/2)2 / (2L)2. (1)
L - расстояние от полюса до экватора.
L = R(p/2), (2)
R - радиус кривизны Вселенной.
В случае Вселенной экватором является не линия, а поверхность. Площадь этой поверхности есть:
S = 4pR2. (3)
Разделив силу на площадь, мы получим отрицательное гравитационное давление, которое стремится коллапсировать Вселенную внутрь.
p = -F/S = - G M2 / R4 / p3/16. (4)
Используя M = rV, V=2p2R3, получим:
p = - G r2 R2 p/4. (5)
Гравитационному коллапсу противостоит фоновое (реликтовое) излучение Вселенной. Нам нужно вычислить его температуру, необходимую для удержания Вселенной.
Силовые линии гравитации в нашем воображаемой случае давят на поверхность гиперсферы неоднородно. На полюсах они оказались расположены гуще, чем на экваторе. Следовательно, мы должны задать аналогичное распределение лучам света, а уже после приведения к равенству, разбросать излучение однородно и получить температуру.
Помещаем на полюса два источника света. Давление света на поверхность раздела будет:
p = n 2 i / S,
где: n - количество фотонов выбрасываемых источником ежесекундно;
число "2" появляется из-за того, что фотон, проходя пол-Вселенной меняет импульс на противоположный, то есть, импульс, переданный метрике за пол-оборота равен удвоенному импульсу фотона;
i - импульс одного фотона.Энергия фотона: E = i c.
Мощность источника: W = E n.Тогда давление: p = 2W / (S c)
Вселенная заполнится фотонами за время:
T = pR / c.
За это же время источники выработают энергию:
Q = WT.
Тогда давление: p = 2 Q / (p R S)
Извлечём отсюда выработанную энергию:
Q = p p R S / 2.
С другой стороны выработанная энергия есть произведение удельной энергии на объем.
Q = Vu. V=2p2R3.
u = Q / (2p2R3).
u = p p R S / 2 / (2 p2 R3).
u = p S / (4 p R2).
u = p.
Потрясающе!
"Напрямую" свет дает давление, равное трети от удельной энергии (p=u/3), а в замкнутой Вселенной мы получаем: u = p. Но это не "прямое" давление, а давление на метрику; то есть, не на вещество, находящееся в пространстве, а на само пространство. Может, именно эту магическую среду искал Эйнштейн, для которой давление равно удельной энергии.Итак, приравнивая по модулю отрицательное гравитационное давление и удельную энергию реликтового фона (p = u), мы приближаемся к температуре РФ.
Используя (5) запишем:
u = G r 2 R2 p/ 4. (6)
И какую же плотность брать?
А теперь великий момент! Мы подходим к объединению сил!
Постулат: Относительная плотность Вселенной W есть нормированный гравитационный заряд. Его квадрат есть константа гравитационных взаимодействий при энергиях Grand Unification:
W2 = agr
agr = aw = as = (8/3) aem.Коэффициент 8/3 перед бегущей константой электромагнитных взаимодействий тоже появляется из-за нормировки электрического заряда. Подробнее о происхождении (8/3) см.: Л.Б. Окунь. Физика элементарных частиц. М. Наука. 1988. Стр.92-94.
Проверим наш постулат. Если расчетная температура совпадет с наблюдаемой, то мы на верном пути.
Итак, W есть относительная плотность, то есть, отношение действительной плотности Вселенной к её критической плотности.
Следовательно, действительная плотность Вселенной есть:
r = W rc.
Критическая плотность определяется по формуле:
rc = 3H2 / (8pG),
где: H - константа Хаббла.
Согласно нашему постулату:
W = (agr)1/2,
или через постоянную тонкой структуры:
W = ((8/3)aem)1/2
Тогда действительная плотность:
r = 3H2 / (8pG) * ((8/3)aem)1/2
Подставим это в (6) для удельной энергии РФ:
u = G r 2 R2 p/ 4. (6)
u = 3/G H4 / (32p) aem R2 . (7)
После сокращений и учитывая, что в нашей работе константа Хаббла есть угловая скорость света: H = c /(2pR).
u = 3/G * c2H2 / (128p3) aem . (8)
Все величины входящие в эту формулу хорошо известны, за исключением константы Хаббла.
Но она давно определена в нашей работе, исходя из системы уравнений:N2 = nmax / nmin
N2 = ap df.Где, N - корень из большого числа Дирака.
nmax - комптоновская частота протона;
nmin - константа Хаббла, H.
df - отношение электрической и гравитационной сил для электронов.Подставляя данные, получим удельную энергию реликтового фона, u. А зная удельную энергию РФ, получаем его температуру:
T = (u c / 4 / s)1/4 .
где: s - постоянная Стефана-Больцмана.
Таким образом, получаем температуру РФ:
T = 2.72832 +/- 0.00010 К.
Это значение находится в хорошем согласии с наблюдательными данными: T = 2.728 +/- 0.004 К, и по более свежим данным:
. Учитывая, что мы получили эффективную температуру фонового излучения, приходим к выводу, что наш результат прекрасно согласуется с наблюдательными данными. Кроме того, этот метод доказал, что значение константы Хаббла, найденное в этой работе раньше, получает новое подтверждение:
H = (2,37565 +/- 0.00035)*10-18 1/с, или:
H = (73,305 +/- 0.011) км/с/Мпк.Наблюдения дают:
H = 50 -100 км/с/Мпк, по данным до 2000-го года.
H = 72 +/- 8 км/с/Мпк,, 2000.
H = 73 +/- 5 км/с/Мпк,, 2003.
H = 73 +/- 3 км/с/Мпк,, 2003 Вывод.
Константы всех фундаментальных взаимодействий действительно сходятся при высоких энергиях, и сегодня, 7 февраля 2003 года, в их число включена гравитационная константа agr. Нормированным гравитационным зарядом является относительная плотность вещества Вселенной W.
Небольшой комментарий к статье[1] Старкмана и Шварца
ХОРОШО ЛИ НАСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ?Мой текст - прямой шрифт, Стакман и Шварц - наклонный.
Таинственное несоответствие между теорией и наблюдениями "музыки" космического микроволнового фона напоминает то, как если бы инструменты в большом оркестре играли невпопад. Пока не ясно, ошибочны ли наши наблюдения, или Вселенная сложнее, чем мы думали.
Конечно же будет несоответствие, ибо теория Большого Взрыва ошибочна и ложна.
Согласно модели IλCDM, инфляция была периодом чрезвычайно ускоренного роста, который начался в первые же доли секунды после рождения Вселенной и закончился вспышкой излучения, благодаря которой Вселенная настолько велика, именно в такой мере заполнена веществом и так близка к однородному состоянию. Модель объясняет также, почему Вселенная не вполне однородна: потому что случайные квантовые флуктуации плотности энергии были раздуты до размера скоплений галактик и даже еще больше.
Вселенная в целом не расширяется и не раздувается. Если температура в комнате равна 20оС, то пространство комнаты будет заполнено излучением. Зная температуру, мы можем определить частоту, соответствующую максимуму в спектре данного излучения. Замкнутая Вселенная стенок не имеет. Она безгранична, но конечна. И в ней, также как и в обычной комнате существует тепловое электромагнитное излучение. Спектр реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 кельвина[2]. Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 мм.
В 1965 г. Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Вильсон (Robert Wilson) из Bell Laboratories первыми обнаружили реликтовое излучение и измерили его температуру.
А первое достаточно надежное измерение температуры Вселенной сделал Редженер (Regener) в 1933г[2]. Измерение произведено косвенным методом и дало 2.8 K. Об этом факте сторонники теории Большого Взрыва умалчивают.
Сегодня ученые заняты выявлением флуктуаций, т.е. различий в температуре (анизотропия) данного излучения, приходящего от разных областей неба. Они и отражают флуктуации плотности в ранней Вселенной.
В 1992 г. спутник COBE (Cosmic Background Explorer) впервые измерил эти флуктуации; позже спутник WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) помог составить карты с высоким разрешением.
Микроволновое изображение неба получено спутником WMAP в K-полосе (23 ГГц, вверху), W-полосе (94 ГГц, внизу) и в трех других полосах спектра (не показаны). Полная небесная сфера в проекции представлена эллипсом, как географическая карта. Горизонтальная красная область - излучение Млечного Пути. Подобное излучение переднего плана изменяется с переходом от одной полосы спектра к другой, что позволяет отделять его от фонового реликтового излучения.В 2003 г. Анжелика де Оливейра-Коста (Angelica de Oliveira-Costa) и Макс Тегмарк (Max Tegmark) из Пенсильванского университета, Матиас Залдарряга (Matias Zaldarriaga) из Гарвардского университета и Эндрю Гамильтон (Andrew Hamilton) из Колорадского университета в Боулдере заметили, что направления главных осей квадрупольной и октупольной мод очень близки друг к другу и имеют дефицит амплитуды. А ведь большинство инфляционных моделей предсказывает, что между этими модами не должно быть ничего общего.
В том же 2003 г. Ганс Эриксен (Hans Kristian Eriksen) и его коллеги из Норвежского университета в Осло выявили совпадение направлений. Они разделили небо на всевозможные пары полушарий и вычислили относительную амплитуду флуктуаций на противоположных половинках неба. Результат работы полностью противоречил стандартной инфляционной космологии: многие пары полушарий очень сильно различались по спектру мощности. Но самым неожиданным оказалось то, что пара наиболее различающихся полушарий оказалась в точности разделена эклиптикой - той плоскостью, в которой лежит орбита Земли вокруг Солнца.
Это стало первым указанием на то, что флуктуации реликтового излучения, которые считались в основном космологическим и, хотя и с некоторой примесью неоднородностей галактического излучения, на самом деле существенно "загрязнены" излучением Солнечной системы.
Тем временем один из нас (Старкман) вместе с Крэгом Копи (Craig Copi) и Драганом Хатерером (Dragan Huterer) из Университета Западного резервного района в Кливленде, шт. Огайо, развил новый метод представления флуктуаций реликта в векторной форме. Это позволило нам (Шварц, Старкман, Копи и Хатерер) проверить прогноз о том, что флуктуации реликта не должны быть связаны с особыми направлениями во Вселенной.
В 2004 г. мы нашли также и неожиданные корреляции, подтвердившие результаты Оливейра-Коста и ее коллег. Некоторые из векторов оказались лежащими почти в плоскости эклиптики и расположенными неожиданно близко к точкам равноденствия - тем двум точкам, где проекция земного экватора на небесную сферу пересекается с эклиптикой. Те же самые векторы оказались ориентированы подозрительно близко к направлению движения Солнца во Вселенной. Другой вектор лежит очень близко к плоскости Местного сверхскопления галактик, называемой сверхгалактической плоскостью.Каждое из данных совпадений имеет вероятность случайной реализации не более 1/300. И, несмотря на то, что они не полностью независимы друг от друга, вероятность их совместной случайной реализации заведомо меньше, чем 1/10000 (без учета странных свойств мультиплетов низкого порядка).
ОРИЕНТАЦИЯ ПЕРВЫХ ДВУХ МУЛЬТИПОЛЕЙ
Квадруполь (синий) и октуполь (красный) должны быть ориентированы случайно, но вместо этого они тяготеют к точкам равноденствия (пустые кружки) и к направлению движения Солнечной системы, определенному осью диполя (зеленые точки). К тому же их оси лежат близ плоскости эклиптики (фиолетовая линия). А две из них находятся в плоскости Сверхгалактики, объединяющей нашу Галактику, соседние с ней звездные системы и их скопления (оранжевая линия). Вероятность случайного совпадения данных направлений - менее 1/10000.Потрясающее совпадение! Невольно вспоминается мое достаточно старое предсказание. Вот кусочек со страницы Предсказания 1998:
1.Мы видим Солнце с двух сторон одновременно.
Предположим, что мы можем выдерживать любые перегрузки при ускорении. Пренебрежём также следствием Космической Генетики, о том, что мы можем быть "сожжены" получаемым теплом при сверхвысоких ускорениях. Итак, мы стартуем с поверхности Земли в направлении от Солнца с умопомрачительным ускорением, сравнимым тому, которое испытывают заряженные частицы в ускорителе. При этом, уже на недалеком расстоянии от орбиты Земли, вследствие эффекта Доплера, все наблюдаемые звёзды будут стягиваться к точке, соответствующей направлению нашего движения.
Угловые размеры Солнца, остающегося позади, будут не уменьшаться, а увеличиваться, при условии, что наше ускорение действительно грандиозно, то есть на небольшой пройденный путь мы имеем большое значение эффекта Доплера, и аберрации, - изменение угла между направлением движения и направлением на объект при переходе из одной системы отсчета в другую. Таким образом, ускорение должно быть таким, чтобы при небольшом пройденном расстоянии, была приобретена скорость, при которой бы угловые размеры диска Солнца преобразовались со значения w к значению j = 4p-w. То есть, всё Солнце занимает весь небосвод, за исключением небольшого диска, впереди по направлению нашего движения. Оказывается, что в этом диске теперь будут сконцентрированы все звезды и их излучение получит такое смещение, что они будут в гамма диапазоне. В этом же диске сконцентрируется все реликтовое излучение, и оно будет выдавать спектр температурой, выше температуры Солнца. Растянутое же Солнце, наоборот, получит такое красное смещение, что будет представлять собой реликтовый фон. Поверх этого реликтового фона будут рассыпаны новые звезды и галактики, происхождение которых см. в предсказании 4. Новая пространственно-временная кривизна будет в точности такой же, как и до ускорения, за исключением зеркального отражения картинки сзади на перёд. То есть, некоторое подобие воронки будет не сзади, а спереди, поскольку заднюю воронку мы растянули на весь небосвод, и она распрямилась до состояния, подобному стартовому виду геометрии наблюдаемой Вселенной. Изменение модуля и направления силы гравитации, соответствующее кривизне, показано на рисунке векторами фиолетового цвета. Как видим, в результате грандиозного ускорения мы переходим через некоторый потенциальный барьер, где сила притяжения к Солнцу в его нынешнем виде, меняет направление в противоположную сторону. Но уже к новой звезде, которую мы наблюдали раньше в виде реликтового излучения, растянутого на весь небосвод.
Но это была через чур надуманная гипотеза 1998 года. А вот какой вывод о результатах наблюдений дают Глен и Доминик:
У космоса сложная топология. Если Вселенная конечна и обернута вокруг себя, подобно кренделю, то колебательные моды в ней должны быть совсем иными. Мы могли бы "на слух" распознать форму Вселенной, как мы отличаем, скажем, звон церковного колокола от завывания ветра. При этом нижние тона - крупномасштабные флуктуации - наиболее чувствительны к форме (и размеру) Вселенной. Наша Вселенная могла бы иметь сложную топологию, но быть раздутой инфляцией настолько сильно, что все особенности топологии "убежали" за горизонт и стали почти неразличимыми.
Надеюсь, понятно, почему я выделил жирным в их тексте слова "конечна и обернута вокруг себя подобно кренделю".
