CC BY
47
УДК 53; 52
Сумачев Ю.Н.
Инженер по метрологии, ФБУ «Тест-С.-Петербург» Санкт-Петербург, Россия
ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ: РЕАЛЬНОСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ Аннотация
В статье доказывается, что чёрные дыры могут реально существовать только больших размеров. Приведены примеры расчета их размеров, массы и плотности. Дано объяснение физической сущности образования таких объектов с материалистической точки зрения.
Ключевые слова Эфир, гравитация, свет, чёрная дыра, масса, давление, плотность.
Abstract
The article proves that black holes can actually exist only in large sizes. Examples of the calculation of their sizes, mass and density are given. An explanation of the formation of such objects from a materialistic point of view is given.
Keywords
Ether; gravity; light; black holes; mass; pressure; density.
Общая теория относительности (далее ОТО) А.Эйнштейна - это теория гравитации, в которой тяготение выражено через геометрию (кривизну) пространства - времени. В рамках этой теории гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а абстрактной деформацией самого пространства - времени, которое взаимосвязано неизвестным способом с присутствием массы - энергии. В настоящее время такая теория является общепризнанной теорией тяготения, которая якобы «подтверждена» наблюдениями. Одно из самых экзотических предсказаний ОТО - гравитационные коллапсары в виде чёрных дыр, которыми заканчивается эволюция звёзд с массой свыше двух солнечных. После выгорания в таких звёздах ядерного горючего они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Однако если радиус звезды уменьшился до некоторого критического значения - гравитационного радиуса, то никакие силы не могут воспрепятствовать её дальнейшему сжатию и превращению в чёрную дыру. Гравитационное притяжение коллапсаров настолько велико, что покинуть их и уйти на бесконечность не могут даже свет и тела, движущиеся со скоростью света. Граница этой области называется горизонтом событий, а её радиус - радиусом Шварцшильда. Чёрная дыра якобы искривляет пространство и замедляет время. Чёрные дыры нельзя наблюдать непосредственно с помощью телескопа. Астрономы пытаются обнаружить их по аномальному поведению соседних звёзд, когда частицы пыли и газа из внешних слоёв этих обычных звёзд устремляются в направлении горизонта событий черной дыры. Газопылевые частицы разгоняются почти до световой скорости, и трение приводит к выделению огромного количества тепла в смеси, которая начинает светиться в видимом и рентгеновском диапазоне излучения. Считается, что теория Ньютона уже не может правильно описывать происходящие явления, и приходится обращаться к теории относительности Эйнштейна. Существование коллапсаров следует из точных решений общей теории относительности, полученных К. Шварцшильдом [5, с. 177].
С точки зрения эфирной динамики (далее сокращённо ЭФД) чёрные дыры, как объекты, предсказываемые ОТО, не существуют [1, c.77]. Возникает вопрос: а могут ли существовать подобные
объекты в изначальном, классическом смысле, т.е. без горизонтов, замедлений времени, бесконечно большой плотности и силы гравитации. Возможность существования таких объектов ещё в конце 18-го века предсказал Дж. Митчелл, а позже П. Лаплас.
Цель статьи - оценка возможности реального существования чёрных дыр.
Шварцшильд геометрическую часть уравнения Эйнштейна, описывающего вакуумное гравитационное поле, приравнял к физическому закону всемирного тяготения материальных тел И. Ньютона. Радиус Шварцшильда равен
R = 2G M/c2, где G - гравитационная постоянная, М - масса объекта, с = 3 х 108 м/сек - скорость
света. Из метрики Шварцшильда следует, например, что для звезды с массой, равной солнечной (Мс =
1,99 х 10 30 кг), при сжатии её до гравитационного радиуса R = 2,95км плотность вещества почти на два
порядка превысить ядерную (р яд =2,8 х 1014 г/см3), что с точки зрения ОТО такое состояние материи и
даже с ещё большей плотностью допустимо. При коллапсе массивного тела по достижении R = 0 при
сохранении его массы сила гравитационного притяжения обращается в бесконечность, а сжатие вещества - вплоть до бесконечного значения плотности. Дело в том, что в ОТО вся масса тела сосредоточена в его центре массы. Причина бесконечно большой силы и плотности в том, что в ОТО источниками гравитации являются физические тела, а не эфир космического пространства. Отсюда видим, что теория относительности ограничивает скорость света, но не накладывает никаких ограничений на физическое состояние вещества. Раз нет ограничений, то учёные - релятивисты сделали вывод, что чёрные дыры могут быть любых размеров - от сверхмассивных объектов и вплоть до размеров элементарных частиц. Делаются попытки обнаружить миниатюрные чёрные дыры при физических экспериментах в ускорителях частиц (коллайдерах).
Запишем формулу Шварцшильда в несколько видоизменённом виде:
2g R = c , где g - ускорение свободного падения в поле гравитации, а
с2 = const. Скорость света в вакууме есть величина постоянная и максимально возможная скорость движения материи в мире (с точки зрения ОТО). Для чёрной дыры её вторая космическая скорость равна скорости света.
2R = D - диаметр коллапсара. Тогда g D = c2 = 9 х 1016 м2 /сек2
Значение ускорения g = 3 х 108 м/сек2 является максимальным для коллапсара, потому что изменение скорости движения в единицу времени не может быть больше скорости света. Тогда минимальный размер коллапсара D = 3 х 10 м. Зная размеры и ускорение определим, его минимальную массу и максимальную плотность вещества.
M = g R2/G, где G = 6,67 х 10 -11 м3/кг сек2 - гравитационная постоянная.
М = 3 х 108 х (1,5 х 108)2 /6,67 х 10 -11 = 1,012 х 1035 кг
Это примерно в 500 тысяч раз тяжелее массы Солнца.
Минимальный объём коллапсара равен: V = 4 л R3/3,
V = 4 х 3,14 х (1,5 х 108)3 /3 = 14,13 х 1024 м3
Максимальная плотность коллапсара равна: р = М/V,
р = 1,012 х 1035 /14,13 х 1024 = 0,0716 х 1011 кг/м3 или р = 7,16 х 106 г/см3, что значительно меньше ядерной плотности, которая в ЭФД считается максимально возможной в природе. Известно также, что звёзды массами М >50МС в Галактике не наблюдались. Однако имеется всё больше свидетельств в пользу того, что очень массивная чёрная дыра, масса которой в два с половиной миллиона раз
превосходит массу нашего Солнца, расположена в центре нашей Галактики. По мнению некоторых астрономов ещё более массивные чёрные дыры, с массами в миллиарды раз превосходящие массу Солнца, расположены в космосе в центрах расположения сияющих ярким светом квазаров.
Теория относительности не раскрывает физическую сущность гравитации, так как неизвестен силовой механизм взаимодействия между материей и пространством-временем, а так же неизвестно каким образом возникает кривизна пространства, и какая должна быть эта кривизна на поверхности физического тела и в центре его массы. Следует обратить внимание на то, что «пространство - время» и его «кривизна» не являются материальными объектами. Поэтому с точки зрения классической физики такое объяснение гравитации в теории относительности является абсурдным, потому что материя, пространство и время — это разные понятия и физически никак не влияют друг на друга. Кроме того в ОТО нет объяснения физической сущности взаимосвязи гравитации и света, которые якобы распространяются в вакууме, то есть без окружающей среды. Поэтому скорость распространения гравитационных волн «теоретически» равна скорости света, хотя они имеют разные способы распространения: свет — это электромагнитные поперечные волны, а гравитационные волны - продольные, когда распространяются колебания давления среды. С моей точки зрения (и не только моей) мировоззренческие понятия о природе физических явлений в теории относительности не объективны и не соответствуют реальности материального мира [2].
Эфирная теория объясняет явление гравитации следующим образом. Окружающая среда нашего Мира является материальной. На основе физических закономерностей причиной движения материи и сущности всех физических явлений, а в процессе эволюции самоорганизации, осознания и самопознания является сама материя. Гравитация и свет распространяются в разных средах: гравитация - в эфирной среде, а свет - в среде электрического поля [4]. Всё космическое пространство Вселенной заполняет эфир, обладающий свойствами идеального газа. Эфирная среда характеризуется механическими параметрами: плотностью, давлением, скоростью поступательного движения, скоростью распространения гравитационных возмущений и др. Причиной гравитации является ускоренное движение к центру массы каждого тела из космического пространства, где плотность эфира больше, локального потока частиц эфира, скоростной напор которых давит на тело со всех сторон, обжимая его в шар. «Силовое взаимодействие тел с эфиром складывается из сил, действующих на каждый атом тела в отдельности, а ещё более точно - на каждый нуклон атомного ядра. Остальной объём тел для эфира прозрачен. Электромагнитные и ядерные взаимодействия обусловлены специфическими, возбуждаемыми частицами вихревыми винтообразными формами движения эфира, гравитационно-инерциальные -поступательными» [1, с17]. Материя при взаимодействии с эфиром служит его стоком, поглощая эфир и уменьшая его плотность у поверхности тела. Силовое давление и ускорение потока эфира в гравитационном поле передаётся при свободном падении всем телам и частицам, и в том числе свободным электронам электрического поля. Ускорение и скоростной напор (давление) эфирной среды достигают наибольшие значения на поверхности тела. По мере проникания эфирного потока в тело ускорение и сила гравитации уменьшаются, а эфир отдаёт свою кинетическую, то есть гравитационную энергию, взаимодействуя с веществом тела, и нагревает его. Для начального разогрева звезды до высокой температуры «ядерное горючее» не нужно. Для этого необходимы гравитация и достаточная масса тела. Когда будут достигнуты необходимая температура и давление, то может возникнуть атомная реакция синтеза водорода в гелий. В центре тела ускорение и гравитационная сила становятся равными нулю, то есть наступает невесомость. Сжатие тела в шар гравитационной силой происходит с его поверхности, а в центре все разносторонние силы уравновешиваются. Высокая температура, расширение и сопротивление вещества тела противодействуют силе сжатия объёма тела. Поэтому сжатие тела в точку не реально. Если внутренние напряжение превысит силу гравитации, то устойчивое состояние нарушается, что может привести к взрыву сверхновой звезды. Можно предположить, что и в центре массы черной дыры
существует «невесомость». Черная дыра возникает, когда её электромагнитное излучение не может уйти в бесконечность космического пространства. Скорость распространения электромагнитного возмущения (в том числе и света) постоянна в среде электрического поля. Среда всегда является абсолютной системой отсчёта скорости распространения её возмущения. Электрическая среда характеризуется такими параметрами как электрическая и магнитная постоянные среды, проводимость, плотность зарядов и тока, напряжённость, скорость распространения возмущений, скорость поступательного движения среды относительно выбранной системы отсчёта. Эфирный поток, который всегда направлен к центру тела, смещает и электрическое поле. Поэтому для любого стороннего наблюдателя (например, на Земле), то есть из другой системы отсчёта, будет казаться, что скорость света, который излучает во всех направлениях массивная звезда навстречу потоку эфира, всегда будет замедляться, смещая спектр излучения в красную область [3]. Для того, чтобы черная дыра не излучала свет, необходимо чтобы скорость встречного эфирного потока вместе с электрическим полем была равна скорости света, которая для коллапсара является второй космической скоростью.
Определим параметры сверхмассивной чёрной дыры с массой М= 1040 кг. Радиус (горизонт событий) космического объекта равен: R = 2GM/ c2 .
R = 2 х 6,67 х 10 -11 х 10 40 /9 х 1016 « 15 х 1012 м, или 15 миллиардов километров, что сравнимо с размерами некоторых орбит планет Солнечной системы.
Ускорение свободного падения чёрной дыры равно: g= c2 /2Rg,
g= 9 х 1016 /2 х 15 х 1012 = 3 х 103 м/сек2
Объём чёрной дыры равен: V= 4 л R 3 /3,
V= 4 х 3,14 х (15 х 1012)3 /3= 1,413 х 10 40 м3
Плотность чёрной дыры равна: р = M/V,
р = 1040 /1,413 х 1040 = 0,7 кг/м3, что примерно в два раза меньше плотности воздуха атмосферы Земли. Массивный коллапсар такой плотности может состоять из газопылевой смеси, или возможно с твёрдым ядром в центре и с газовой атмосферой снаружи.
Рассчитаем плотность окружающей эфирной среды на границе горизонта событий минимального коллапсара, у которого ускорение g= 3 х 108 м/сек2.
Р = Р /c2, где Р - удельное давление (скоростной напор) массы m = 1кг на площадь S = 1м2 .
P = m х g/ S =1 х 3 х 108/1= 3 х 108 кг/м сек2
Р = 3 х 108 / 9 х 1016 = 3,3 х 10 -9 кг/м3
Рассчитаем плотность окружающей эфирной среды у массивного коллапсара, ускорение которого g = 3 х 103 м/сек2, удельное давление Р = 3 х 103 кг/м сек2.
Р = 3 х 103 / 9 х 1016 = 3,3 х 10 -14 кг/м3
Значения плотности, полученные астрофизиком С. Чандрасекаром по результатам астрономических наблюдений белых карликов, находятся в пределах от 0,504 до 140 х 10-9 кг/м3, а динамическое давление в свободном эфире оценивают равным 3,67 х 109 Н/м3. Скорость распространения гравитационных возмущений зависит от параметров эфирной среды - давления и плотности. Гравитационные продольные волны распространяются, передавая по принципу домино колебания плотности и давления среды. Оценим ориентировочно возможную максимальную скорость распространения гравитационных волн по результатам расчёта параметров эфирной среды на границе горизонта событий чёрных дыр.
Скорость распространения волн: v Р / р , где максимальное давление
Р = 3 х 108 кг/м сек2, и минимальная плотность р = 3,3 х 10 -14 кг/м3.
vg = (3 х 108 /3,3 х 10 -14 )0 5 = 0,95 х 1011 м/сек или 95 миллионов км/сек.
Скорость распространения гравитационных волн может превышать скорость света почти в 300 раз. Это указывает на то, сто скорость света не является предельно достижимой в природе. Оценим наибольшую скорость распространения гравитационных волн по данным расчёта С. Чандрасекара, где
Р = 3.67 х 109 кг/м сек2 и р = 0.504 х 10 -9 кг/м3.
v = (3,67 х 109 /0,504 х 10 -9)0 5 = 2,7 х 109 м/сек или, что приблизительно в десять больше скорости
света. Более точное значение может быть получено после измерения скорости гравитационных волн.
Поэтому, если скорость распространения гравитационных волн превышает скорость света, то чёрные дыры могут излучать гравитационные волны, для которых горизонт событий для света не является препятствием. Эти волны возбуждаются вместе со звуковыми волнами при взрывных процессах внутри чёрной дыры или при падении на её поверхность крупных астероидов и других массивных космических объектов. В случае наступления резонанса низкочастотных колебаний происходят колебательные изменения объёма коллапсара, и, если при этом изменяется граница горизонта событий, то коллапсар может излучать модулированный свет или радиоизлучение, становясь пульсаром или квазаром в газопылевом облаке.
Если скорость света не является предельной в природе, то возможно могут существовать космические объекты - гравитационные дыры, которые из-за очень высокой напряжённости гравитационного поля не могут излучать гравитационные возмущения. Вторая космическая скорость таких объектов должна быть равной (или больше) скорости гравитационных волн. Рассчитаем некоторые параметры гравитационного коллапсара с размерами равными минимальным размерам чёрной дыры и объёмом V = 14,13 х 1024 м3.
Радиус горизонта событий R = 1,5 х 108 м, скорость гравитационных волн равна v = 3 х 109 м/сек.
Из соотношения v^ = 2g R g определяем ускорение свободного падения g = 9 х 1018 /2 х 3 х 109 = 1,5 х 109
? 9 8? —1 1
м/сек2. Масса гравитационной дыры M = 2g R ^ /G =2 х (1,5 х 108 )2 /6,67 х 10 11 = 6,7 х 1038 кг.
14 3 9 3
Плотность гравитационной дыры р = 0,47 х 10 кг/м или 47 х 10 г/см , что меньше ядерной плотности. Однако такие объекты могут оказаться неустойчивыми из-за высокой внутренней энергии, и возможность их реального существования вызывает сомнения.
Можно предположить, что массивные чёрные дыры, обладая сверхбольшой гравитацией, поглощают большую массу материи и в числе эфира из окружающего космического пространства, то со временем их масса растёт всё быстрее. По результатам вычислений учёного-физика В.Ф. Блинова размеры и массы всех космических объектов растут примерно на восемь процентов за миллиард лет эволюции [1, c.90]. При высоком давлении и температуре внутри дыры происходят процессы формирования водородосодержащего вещества при образовании протонов из эфирной материи. При взрыве такой сверхмассивной чёрной дыры её вещество разлетается в космическом пространстве с последующим образованием звёзд новой галактики.
В заключение можно сказать, что чёрные и гравитационные дыры могут реально существовать только очень больших размеров и массы. Их плотность и силы гравитации не являются беспредельно большими. Существуют ли такие объекты в природе? Пока этот вопрос остаётся без ответа. Современное официальное мировоззрение на природу окружающей среды, гравитации, света, чёрных дыр и некоторых других физических явлений не верно, требует дальнейшего осмысления и пересмотра, потому что такое мировоззрение не соответствует реальностям материального мира.
Список использованной литературы:
1. Бухалов И.П. Физика инерции и гравитации. Изд. 2-е, исп. и доп. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009, -244 с. (Relata Refero)
2. Cавчук В.Д. От теории относительности до классической механики. - Дубна: Феникс + , 2001, -176 с.
3. Сумачев Ю.Н. Принципы и понятия в физике. Физическая сущность. // «Инновационная наука»: Международный научный журнал ISSN 2410-6070, 3-2/2022. -Уфа, Аэтерна, - 102 с.
4. Сумачев Ю.Н. Эфирный ветер: куда и откуда дует. // «Инновационная наука»: Международный научный журнал ISSN 2410-6070, 10-2/2022, -Уфа, Аэтерна, - 74 с.
5. Фейгин О.О. Удивительная относительность. / Олег Фейгин. - СПб.: Страта, 2017, -188 с., с илл. - (серия «Просто»)
© Сумачев Ю.Н., 2023
