Изучение ранее неисследованных свойств пространства-времени и их влияние на построение модели Вселенной

Так вот в физике известно, что для разведения зарядов друг от друга в потенциальном поле, в котором они находятся, нужно совершить работу. И нет, никакой принципиальной разницы в том, что эти заряды электрические и находятся в электрическом поле, или это гравитационные заряды, которые находятся в гравитационном поле. Всё равно нужно совершить работу. Пространственные масштабы и величины полей и зарядов не отметают необходимость совершения работы. Но для совершения работы нужна энергия! Откуда взять необходимую энергию для выполнения этой работы по разведению зарядов друг от друга? Где её источник?

А иначе Закон Сохранения Энергии не будет выполняться! (Соблюдение Законов Сохранения и является той гранью, которая отделяет развитие научной мысли от мифотворчества). Так вот, в концепции расширяющейся Вселенной, таким «источником» недостающей энергии и стала «Тёмная Энергия». «Тёмная Энергия» - в этой концепции, как оказалось, обладает удивительными свойствами - приборами не регистрируется, но «раздвигает» пространство Вселенной, заставляет «разбегаться» галактики. Вот видите, что получается, предположи хоть на минутку, что движение «удаления» реальны, мы так сказать образно - «сразу получаем в лоб» - нарушение Законов Сохранения. Подведя итог вышесказанному, можно добавить, что всё это мифотворчество появилось, вследствие того, что для интерпретации красного смещения в спектрах излучения Объектов было выбрано неверное обоснование - эффект Допплера. Еще одним «слабым» местом, также её фундаментальной проблемой гипотезы «Расширения Вселенной» является то, что скорость «разлетающихся» обломков не должна увеличиваться с расстоянием от «точки взрыва», иначе это противоречит Закону Сохранения Импульса.

В начале статьи мы обещались дать «свежий», «здравый» взгляд на эволюцию Вселенной. Попытаемся передать этот «взгляд» в виде тезисов, а так как мы разделили всё на Действительное и Наблюдаемое, то у нас получается два различных, непротиворечивых «взгляда» на Вселенную: В своей Действительной части Вселенная (где реальные действительные расстояния), представляет собой - Вселенную Ньютона - она бесконечная, однородная и вечная; Вселенная статична, она не расширяется и не сжимается; Все объекты во Вселенной (Объектами могут быть - галактики, квазары, звёзды, планеты и так далее) совершают свои собственные движения согласно законам Ньютона и небесной механики Кеплера; В спектрах излучения объектов присутствует красное смещение, которое является внутренним параметром этих Объектов; Это красное смещение прямо пропорционально относительной мощности излучения объектов и «возрасту» этих Объектов. А вот вследствие неправильной интерпретации красного смещения как проявления эффекта Допплера и появилась, так называемая, мнимая составляющая, которой, по сути, и нет, ведь мы её сами и придумали. Но эти «кажущиеся», иллюзорные представления наложились на ту «твёрдую основу» Действительной части, в итоге мы получили Наблюдаемое, которое есть сочетание Действительного и Мнимого. В наблюдаемой части мы имеем всё, что представляет концепция расширяющейся Вселенной, а именно: Вселенная расширяется; Все Объекты во Вселенной удаляются друг от друга со скоростями, пропорциональных их расстояниям между собой; Вселенная ограничена по размеру и возрасту, это её ограничение отражает законы Хаббла. В прошлом Вселенная имела компактные размеры, бесконечно большую температуру и давление, гигантскую плотность; Все Объекты стали удаляться друг от друга в силу Вселенского катаклизма «Большого Взрыва» произошедшего 20 млрд. лет назад; Во Вселенной присутствует «Тёмная Энергия», которая вызывает «ускоренное» расширение Вселенной; А также во Вселенной присутствует «Тёмная Масса», которая своим влиянием объясняет то несоответствие теоретических вычислений по гравитационному влиянию от Наблюдаемых. В этой статье мы затронули одну из сложных и можно снова таки повторить - «больных» тем в Современной Астрономии - измерение расстояний во Вселенной. Недостаточно полная осведомленность о свойствах пространства-времени и привела к появлению концепций «Расширяющаяся Вселенная», «Большого Взрыва», «Тёмной Массы» и «Тёмной Энергии», которые как оказались, являются «умозрительными» идеями, а по простому - иллюзиями. Ноябрь, 2006г. Самара Справочные материалы: Масса Солнца Светимость Солнца Скорость света в вакууме G - Гравитационная постоянная Уравнение гравитационного поля - уравнения Эйнштейна:

или

, или

где Tik, T - тензор энергии-импульса массы, Rik, R - тензор Риччи (преобразованный тензор кривизны), gik - метрический тензор пространства-времени. Приложения: #1. В начале статьи было высказано предположение, что всё дело в свойствах окружающего нас пространства-времени. А что мы об этих свойствах знаем? Какие «возмущающие» факторы меняют их, которые нам известны из школьного курса Геометрии? Перечислим эти «возмущающие» факторы: огромные Массы Вещества; около световые Скорости Движения; в дополнении к тем вышеперечисленным факторам, автор высказывает мысль, что этим фактором является Источник Энергии, характеризующийся таким показателем как Мощность. О влиянии этого фактора на свойства пространства-времени посвящена данная статья. Теперь рассмотрим влияние каждого фактора на свойства пространства-времени в отдельности: если Массы Вещества небольшие и Скорости Движения не высокие, то таким примером может служить наше околоземное пространство. Искажения в нём столь незначительны, что на практике их можно не учитывать. Такое пространство можно считать Евклидовым; если Скорости Движения приближаются к световым, то можно уже «говорить» о релятивистских эффектах Специальной Теории Относительности. Рабочим инструментом здесь будет 4-мерное псевдоевклидово пространство-время Минковского; напротив если Массы Вещества в какой-то области пространства значительны, то можно уже «говорить» об искривлении пространства-времени вблизи этого огромного тела. «Чем больше Масса, тем больше искривлений». Очень хорошо это влияние на свойства пространства-времени показаны в Уравнениях Эйнштейна, связывающими Тензор Кривизны пространства-времени с распределением Масс Вещества (в формуле в виде Тензора Энергии-Импульса). Рабочим инструментом в этом искривлённом пространстве будет уже не Геометрия Евклида, а Римана. «Рассматривая» такое свойство пространства-времени - как способность искривляться вокруг больших Масс Вещества, почему-то ранее не учитывался такой «существенный» фактор, что большие Массы Вещества, а это - звёзды, ядра галактик, квазары, сами галактики излучают энергию. А по всему они являются Источниками Энергии, которые характеризуются таким своим показателем как мощность - N. И чем мощнее Источник Энергии, тем значительнее будет его влияние на окружающее пространство. Отметим, что это влияние в космологическом плане, проявляется в следующем: «чем Источник Энергии мощнее, тем быстрее он «удаляется», а следовательно, и «наблюдается» дальше». #2. Подсчитаем величину гравитационного красного смещения на основе неоклассических представлений. Масса фотона, излученного с поверхности некоторой звезды:

нергия, затраченная фотоном на преодоление гравитационного притяжения звезды:

где М - масса звезды, r0 - её радиус, G - гравитационная постоянная. Эта же энергия изменит частоту фотона от v до v0.

Подставляя

в

и приравнивая

мы можем найти после некоторых преобразований выражение для относительного изменения частоты спектральной линии

Это выражение таково:

Подставляя в численные данные для Солнца, найдём, что красное смещение для него составит 2·10-6. #3. Здесь рассматривается система, состоящая из физического тела (объекта) излучающего энергию, а значит энергия всей этой системы явно зависит от времени. Поэтому к функции Лагранжа, определяющей движение этой системы, прибавляется её частная производная по времени. Значение L находим из выражения

,

а производная постоянной равна нулю

Подставляем значения в выражение

в итоге получаем:

заменяя последнее слагаемое на выражение

в итоге получим следующее:

где под первой скобкой идёт суммирование по i, а под второй - по j. Из уравнения движения

выразим значение через Тогда общее уравнение движения примет вид:

Функция Лагранжа и её частные производные имеют вид:

,

, ,

Подставляем в наше уравнение

 вынося множитель из-за скобок и для поднятия индекса умножаем всё выражение на . ,

и зная условие закона сохранения движения . Тогда разделяя первые и вторые производные и произведя замену частных производных метрического тензора на полновесные символы Кристоффеля, (известно то, что в символах Кристоффеля

меняя местами индексы m и i, в третьем и первом членах, в скобках, видим оба эти члена взаимно сокращаются, так что

В нашем случае, проделаем обратную «операцию», заменим частные производные метрического тензора на полновесные символы Кристоффеля. на , далее вынося из под скобок вторые производные обобщённых координат и сокращая на , в итоге получим

где ускорение частицы под воздействием стационарного искривления пространства-времени (скопление Масс Вещества), дополнительное ускорение частицы под воздействием фактора изменения энергии в этом объёме пространства-времени. - связность (символы Кристоффеля), определяющая искривленность пространства-времени под воздействием скопления Масс Вещества. - связность - определяющая искривленность пространства-времени под воздействием фактора изменения энергии в этом объёме пространства-времени. #4 Как нам известно, что при отсутствии гравитационного поля - Закон Сохранения Энергии и Импульса Материи (вместе с электромагнитным полем) выражается уравнением

стр. 362 Обобщением этого уравнения на случай наличия гравитационного поля является уравнение

Производя несложные преобразования, разделяя переменные, можно получить следующее уравнение: , тогда

, или

Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц «Теоретическая Физика» Том II «Теория Поля» В этом уравнении видно, что изменения состояния материи (изменения Тензора Энергии-Импульса) и изменения Гравитационного Поля (выражения, составленные из производных Метрического Тензора) происходит одновременно. То есть меняется состояние материи и меняется окружающее её поле (гравитационное). Влияние поля на состояние материи, можно продемонстрировать на примере, как движение частицы в переменном гравитационном поле, когда энергия и импульс частицы меняются соответственно с изменением окружающего её поля, что очень наглядно показано в этих уравнениях. Здесь приводится пример, когда рассматривается свободная частица, движущаяся в поле тяготения, в котором она (частица) получает ускорение, проекции которого на координатные оси выражаются:

Это ускорение зависит, как мы видим, от местоположения частицы и от времени, а также от её скорости движения. Где: - ускорение частицы (проекция ускорения на координатные оси), - скорость движения частицы (проекция скорости на координатные оси), - изменение компонент метрического тензора по времени, - изменение компонент - по расстоянию. В поле тяготения, которое не меняется со временем (стационарный случай), все частные производные метрического тензора по времени равны нулю, то выражение ускорения частицы примет вид:

А если ещё поле тяготения имеет центральную симметрию, то есть

его компоненты равны нулю, то ускорение движения частицы принимает классический вид:

где - градиент поля тяготения. (128.9) П.К. Рашевский «Риманова Геометрия и Тензорный Анализ» (7)

где , - изменения энергии и импульса соответственно, а , есть изменения Гравитационного Поля (выражения, составленные из производных Метрического Тензора). А.Л. Зельманов «Хронометрические инварианты и сопутствующие координаты в Общей Теории Относительности» Доклады Академии Наук СССР, 1956, Том 107, №6, с.815 Хотя эти вышеприведённые уравнения и показывают физическую суть происходящих процессов, но они не «удобны» для дальнейших операций. Нам нужно такое уравнение, которое показывало бы, что не только поле влияет на состояние материи, но и состояние материи влияет также на поле. Такое уравнение нашлось - это Уравнение Неразрывности и оно имеет вид: А.Л. Зельманов «Применение сопутствующих координат в нерелятивисткой механике» Доклады Академии Наук СССР, 1948, Том LXI, №6, с.993 где с - плотность массы, - объём единичного параллелепипеда, составленного из определителя метрического тензора , (в Евклидовом пространстве ), а Производя несложные преобразования

множая оба члена уравнения на коэффициент k равный произведению элементарного объёма н и скорости света в квадрате c2 , ( k = н.С2 ) далее получим

разделяя переменные, в итоге получим

уравнение совместного изменения энергии какого-то элементарного объёма пространства и изменения метрики этого пространства (объёма), в котором происходит этот процесс изменения энергии. Замечание 1. Объём единичного параллелепипеда, по определению равен корню квадратному из модуля определителя. Замечание 2. Было упомянуто выражение - «метрический тензор» (чтобы не отпугнуть читателя от продолжения чтения этой статьи), поясним что «страшное слово» - «метрический тензор» 4-х мерного пространства-времени, по определению, представляет собой квадратную таблицу из 16 чисел, расставленных особым образом, или 9 чисел для обычного 3-х мерного пространства. Метрический тензор состоит из постоянной составляющей и его переменной части , которая является отклонением метрического тензора от галлилеевского вида. . В свою очередь гij можно представить в виде произведения производной от метрического тензора по времени на время.

Или в общем, виде

Обратимся к распространению света в пустоте. Пусть - мировой волновой вектор, - Хронометрическая Инварианта циклической частоты. Тогда

, , ,

Имеем

Где - скорость деформации системы отсчёта Этот нерелятивисткий эффект аналогичен эффекту Допплера, вызываемому деформацией системы отсчёта. Ограничиваясь макроскопической метрикой, рассмотрим в направлениях, для которых в точке наблюдения , . Тогда из (9) найдём, что в каждом данном направлении величина в первом приближении пропорциональна расстоянию источника от точки наблюдения, причём для данного расстояния в любых двух противоположных направлениях полусумма величин даёт величину эффекта Допплера. А. Л. Зельманов «Хронометрические инварианты и сопутствующие координаты в общей теории относительности» Доклады Академии Наук СССР , 1956, Том 107, № 6, с. 815. #6. Выпишем уравнения (7) и (9) из работы А.Л.Зельманова «Хронометрические инварианты и сопутствующие координаты в Общей Теории Относительности» Доклады Академии Наук СССР, 1956, том 107, №6, с. 815.

, ,,,

С учётом вышеприведённых преобразований, перепишем уравнение (9)

А теперь из каждого уравнения (7) и (9) вычтем выражение , то есть

Далее вычтем (то есть прибавим с отрицательным знаком) из уравнения (7) уравнение (9).

сократим на

умножим почленно на m . В виду произвольности выбора системы отсчёта, можно выбрать такую систему отсчёта в которой, - негравитационная сила равна нулю, то есть выражение . Вспомним про эквивалентность Энергии и Массы , далее продолжим наши преобразования.

А в качестве примера можно привести шуточное «доказательство» этого утверждения. Представим себе в качестве Источника Энергии обычную электрическую лампочку и оставим её «гореть» этакое продолжительное время например в подъезде дома. Согласно нашим подсчётам, эта лампочка через некоторое время - некое количество миллионов лет - «исчезнет» из «поля зрения». Но наш повседневный опыт говорит нам, что лампочки «исчезают» гораздо раньше, в особенности из подъездов домов. #8. MMW - Масса Млечного Пути (нашей Галактики - Milky Way galaxy) -(Evans and Wilkinson, 2000) MМ31 - Масса Галактики в созвездии Андромеда М31 (NGC 224) V*М31 - Радиальная скорость «удаления» Галактики М31 - V*М31 =3004 км/сек по данным (NED) RМ31 - расстояние до Галактики М31 - RМ31 = 2900 000 с.л. F - сила притяжения между Млечным Путём (Нашей Галактикой) и Галактикой М31.

N*- мощность, которая бы потребовалась для «разведения» в противоположные стороны этих двух галактик.

Список литературы использованной при составлении статьи

1. А.Л. Зельманов «Применение сопутствующих координат в нерелятивисткой механике» Доклады Академии Наук СССР , 1948, Том LXI, № 6, с. 993.

2. А.Л. Зельманов «Хронометрические инварианты и сопутствующие координаты в общей теории относительности» Доклады Академии Наук СССР , 1956, Том 107, № 6, с. 815.

3. Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц «Теория поля»

4. Л.Д. Ландау, А.И. Ахиезер, Е.М. Лифшиц «Курс Общей Физики» М-1965 г., 384 стр. Издательство «Наука»

5. П.К. Рашевский «Риманова геометрия и тензорный анализ»

6. У. Мизнер, К. Торн, Дж. Уилер «Гравитация»

Размещено на Allbest.ru