CC BY
38PHYSICS AND MATHEMATICS
РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ
КАРТИНЫ МИРА
Кошман В.С.
Канд. техн. наук, доцент
«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова» г. Пермь, Россия
RELICT RADIATION AND DESCRIPTION OF THE VARIABILITY OF THE COSMOLOGICAL
PICTURE OF THE WORLD
Koshman V.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor "Perm State Agrarian and Technological University named after Academician D.N. Pryanishnikov"
Perm, Russia
Аннотация
В работе рассмотрены актуальные фрагменты ситуации, характерной для современных космологических исследований. Предпринята попытка ответить на вопросы, которые остались нерешенными в рамках стандартного подхода к описанию движения Вселенной. Отмечено, что изотропию наблюдаемой Вселенной следует рассматривать на основе гипотезы первичного ядерного взрыва.
Abstract
The paper considers the actual fragments of the situation typical for modern cosmological research. An attempt is made to answer the questions that remained unsolved in the framework of the standard approach to the description of the motion of the Universe. It is noted that the isotropy of the observed Universe should be considered on the basis of the hypothesis of a primary nuclear explosion.
Ключевые слова: реликтовое излучение, модель Вселенной, физические законы излучения, планков-ские величины, эпоха Планка, ядерные реакции, элементарный квант действия.
Keywords: relict radiation, model of the universe, physical laws of radiation, Planck quantities, Planck epoch, nuclear reactions, elementary quantum of action.
«...тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является» Галилео Галилей
Как известно, существенное отличие астрономии от других естественных наук в том, что она -наука дистанционная, в ней невозможно проведение прямых экспериментов. Объекты, весьма интересующие исследователей, расположены и на огромных удалениях от Земли. Основным методом является изучение различных излучений, приходящих из космических глубин. Сообщения об открытии космического объекта или явления, как правило, излагаются в предположительной форме: «можно думать», «скорее всего», «вероятно», «есть основание предполагать» [1]. Р. Фейнман [2] кратко поясняет: «Одна из поразительных особенностей природы - многообразие возможных схем ее истолкования. Это обусловлено самим характером наших законов, тонких и четких». И при традиционном подходе, и при нестандартных решениях
космологических задач неизменно сохраняется вопрос: какая из возможных картин в астрономии ближе к истине.
Космологическая модель Вселенной могла быть сформулирована еще во времена И. Ньютона, но эту функцию исполнил А. Эйнштейн. Уравнения поля Эйнштейна были доступны многим, и их исследование не заставило себя долго ждать. В математическом мире Фридмана Вселенная либо расширяется, либо сжимается, либо пульсирует, а где - то порядка десяти тысяч лет тому назад весь мир был стянут в точку, его объемная плотность была невообразимо большой. Развитие ядерной физики в 1940-е годы стимулировало разработку теоретических моделей эволюции Вселенной в далеком космологическом прошлом, когда ее вещество, как предполагалось, было сжато до высокой плотности, при которой были возможны ядерные реакции [3]. И новые идеи дополнили геометрию и динамику Фридмана [4,5]. Предсказанные расширение Вселенной, а также присутствие в ней реликтового излучения (РИ) подтверждены прямыми наблюдениями. Более того, достоверно установлен тот факт, что спектр регистрируемого РИ является спектром излучения абсолютно черного тела (АЧТ) [6,7 и др.]. То богатство космологической информации,
которое несет нам реликтовое излучение, нуждается в осмыслении [7].
Здесь в целях краткого ознакомления интересующихся с ситуацией, сложившейся в области космологических решений, можно выделить следующие элементы современной астрономической и физической мысли:
а) Я.Б. Зельдович [8, с. 238] подчеркивает, что «выводы о ядерных реакциях при t = 1 с и позже практически не зависят от предположений о более ранней стадии.. .и о том , достигалась ли когда - нибудь плотность больше 106 г/см3 и температура выше 1010 градусов. Уже при указанных условиях все процессы идут быстро; какой бы ни был задан начальный состав, в этот момент произойдет почти мгновенное установление равновесия; система забудет начальный состав.После периода ядерных реакций (1 с < t <100 с) второй характерной вехой является момент t = 3-106 лет, соответствующий температуре T = 3000 ^ 4000 K...».
б) «Наблюдаемое нами сегодня реликтовое излучение образовалось во времена перехода первичной высокотемпературной плазмы в состояние газа - частиц атомов водорода и гелия» [9].
в) Я.Б. Зельдович и Р.А. Сюняев [10, c. 256]: «Рассмотрение физических процессов, приводящих к формированию спектра реликтового излучения, показывает, что практически любое выделение энергии в ходе расширения Вселенной до момента t ~ 1010с будет полностью переработано; плазма и излучение будут все время находиться в термодинамическом равновесии, спектр излучения будет планковским. В интервале 1010 < t < 3 • 1017 с взаимодействие излучения с электронами уже не может превратить спектр, отличающийся от план-ковского, в планковский. Отсюда следует, что наблюдаемое сейчас реликтовое излучение было сформировано до момента t ~ 1010с».
г) Р. Пенроуз [11, с. 3]: «наблюдаемый нами этап эволюции Вселенной является лишь одним из бесконечной последовательности таких повторяющихся циклов - зонов».
д) Дж. Нарликар [12, с. 174]: «Большинство космологов нашего времени склонны думать, что наблюдаемая нами Вселенная возникла в гигантском Большом взрыве, и что с момента своего рождения она продолжает эволюционировать. .Мы будем придерживаться общепринятой картины, основанной на общей теории относительности Эйнштейна и на известных сегодня законах физики».
е) Х. Юкава [13, c. 7]: «Поскольку мы не понимаем целого, отдельные части кажутся нам очень загадочными. Можно думать, что от понимания элементарных частиц, т. е. в сущности, от понимания всего физического мира, мы далеки, но насколько - нам не известно».
ж) С. Вайнберг [14, c. 60]: «Вселенная имеет лишь очень ограниченные воспоминания о своих начальных условиях. Это грустно, если мы хотим реконструировать самое начало, но в то же время потеря компенсируется тем, что мы можем вывести ход событий с самого начала без слишком большого числа произвольных предположений».
з) А.Д. Долгов, Я.Б. Зельдович и М.В. Сажин [15, c. 148]: «Естественно ожидать, что Вселенная рождается со средним объемом L^ . При этом радиус кривизны ~ Lpi и все остальные параметры тоже имеют характерные планковские величины. .Естественно задаться вопросом, как могла увеличиться масса вешества от планковской массы шрг до массы вещества в наблюдаемой части Вселенной порядка Мйи = 1052 кг».
и) «Теория Большого Взрыва в сущности заключается в том, что расширение Вселенной началось из очень горячего и плотного состояния (a fireball). Хотя вопрос о начальных условиях расширения остается открытым, существуют свидетельства в пользу того, что Большому Взрыву предшествовал период экспоненциально быстрого раздувания. Пока не известно, какова была температура Вселенной, когда закончилась инфляция.» [16].
к) «Если опустить детали, то существуют две принципиально разные возможности для условий, в которых протекало начало расширения Вселенной: ее вещество могло быть либо холодным, либо горячим. Следствия ядерных реакций при этом в корне отличаются друг от друга» [3].
л) П. Девис [17, с. 10]: «Вопреки громадному прогрессу в понимании основных сил природы, достигнутому физиками в последние годы, многие фундаментальные свойства физического мира все еще кажутся случайными и бессмысленными».
Автор разделяет мнения по позициям а), г) - з), л), не согласен с содержанием позиции б), принимает к сведению смысловую нагрузку позиций в), и) и к). В отмеченных выше фрагментах сложившихся теоретических представлений прослеживаются контуры грандиозной по своим масштабам картины изменчивости физического мира: На смену эпохе Планка приходит период / эпоха инфляции с характерным для нее режимом экспоненциального расширения, и он, в свою очередь, сменяется периодом ядерных реакций, причем в настоящее время реализуется [4] адиабатный режим расширения Вселенной. В эпоху инфляции основной вклад в плотность энергии Вселенной определяется энергией вакуума, но отмечается: «Пока что детальные свойства инфляции не известны, а сама идея инфляции остается лишь гипотезой, хотя все более правдоподобной» [6]. Необходим поиск наличия естественных связей между элементами стандартной модели и фактами, установленными по результатам астрономических наблюдений.
В целях космологии предложенная М. План-ком идея элементарного кванта действия h продолжает оставаться невостребованной. В доступной нам литературе не обсуждаются истоки появления РИ, а также объективные предпосылки, корни возможного природного взрыва и его границы во времени. Что в данной связи нам могут сказать логические построения и законы физики?
Эпоха Планка пока не является хорошо изученным предметом. При отсутствии данных об «абсолютном рождении» мира есть возможность в качестве рабочего принять сценарий, согласно которому настоящему циклу космологического
расширения Вселенной предшествует цикл сжатия. Если считать мир изначально заселенным квантами, то их присутствие приводит к удивительным выводам. На начальный момент времени t = 0 секунд первичные кванты неподвижны, а физический мир, окруженный просторами космического вакуума, находится в весьма сжатом состоянии. Далее можно мысленно представить эволюцию облака материальных частиц от порядка к хаосу и вновь к внутренней упорядоченности, или некоторое непрерывное объемное движение материи, переводящее её из начального положения с температурой, близкой к абсолютному нулю: Тнач = 0 ^ через максимально достижимую планковскую температуру Тр1 = 1032 К к состоянию с температурой, которая вновь весьма близка к абсолютному нулю: Тп = 2,725 ^
Предложенные М. Планком естественные единицы измерения определяются как комбинации четырех мировых констант: c - скорость света в вакууме, G - гравитационная постоянная, h - постоянная Планка и кв — постоянная Больцмана. В докладе «Единство физической картины мира» (Лейден, 1908 г.) Планк подчеркивает: достоинство его системы единиц в том, что она опирается на мировые константы, существенные для описания таких универсальных явлений природы как тяготение и тепловое излучение. Под физической картиной мира Планк понимает модель мира, которая складывается из системы теоретических объектов и связей между ними, выраженных в физических законах [18, а 758].
Расширение Вселенной в эпоху Планка сопровождается ростом её температуры. Решение интеграла Планка // йцйр [19] применительно к план-ковской эпохе дает величину элементарного, по Планку, кванта действия [20]: // йцйр = ир1Ьр1 = h = 6,626-10-34 Дж с. Здесь действие определяется по формуле: (действие) = (энергия) х (время). Самобытность момента видится в том, что само действие по своей величине является минимальным из возможных, а планковское состояние материи -единственно возможным. В сложившейся ситуации, если следовать принципу наименьшего действия, интерес представляет вполне конкретная начальная траектория движения материи; данная траектория энергетически выгодна, её не запрещают никакие законы сохранения. В земных условиях существование нестабильных ядер естественно объясняется тем, что их распад просто разрешен энергетически. В эпоху Планка, скорее всего, реализуется тот реальный переход, который обеспечивает дальнейшее развертывание грандиозного по масштабу космического фронта ядерных реакций.
В последовавший за эпохой Планка период ядерных реакций Вселенная лавинообразно наполняется обилием нестабильных (до определенного момента времени) элементарных частиц, причем в естественном физическом процессе формируется отношение числа барионов и фотонов
Л
= Еь=?±=( ть|
Ne п£
,1/2
mbpl I
(1)
где и - количество барионов и фотонов соответственно, пь и пЕ - их объемные концентрации, т(1) - масса бариона, а тьр1 - доля полной массы в своей проекции на мгновение окончания планковской эпохи [21]. В эпоху ядерных реакций (ЭЯР) барион - фотонное отношение г] изменяется в пределах от г]р1 = 1 до его
Ло~27\1/2
современной величины = ( ) = 3-10-10.
Здесь вспоминаются слова Вайнберга [6, а 216]: «Решающее подтверждение правильности любой теории синтеза барионов будет состоять в успешном предсказании современного значения отношения числа барионов к числу фотонов». Из литературы нам известно, что «отношение нуклонов к фотонам п во время нуклеосинтеза имеет исчезающе малое значение = 5 х 10-10» [6 и др.].
Однако, пожалуй, уместно мнение П.А.М. Дирака: «Может показаться, что результаты очень нелепы и что в такой теории вообще ничего нельзя добиться». Со стороны физиков возможны возражения, поскольку ныне общепринятым является
взгляд на барион - фотонное отношение ц = ^ через призму «вещество - антивещество» (но присутствие антивещества во Вселенной четко не установлено). Вместе с тем, в своей сути выражение (1) отвечает модели, предложенной Ж. Леметром [22]: «Согласно этой модели Вселенная начиналась с одного - единственного атома...Этот единственный очень массивный атом был чрезвычайно радиоактивным, Он мгновенно распался на части, которые претерпели дальнейший распад, распады продолжались, и радиоактивность, которую мы наблюдаем сейчас, представляет собой просто остатки начальной радиоактивности». По этому поводу в литературе мы встречаемся с полярными мнениями: Дирак [22] считает данную модель достаточно красивой, а автор [23] полагает «неизящную модель конечной бомбы, взрывающейся в совершенно пустом пространстве» бесперспективной и сопоставляет её с «несовершенным суррогатом».
Для теплового фотонного излучения абсолютно черного тела (АЧТ) справедливы
- закон излучения Планка (для монохроматического потока фотонного излучения) [5, 19]:
йиЕ
8 nhv3
с3 ehv/kBT-1
(2)
- закон Стефана - Больцмана (для интегрального потока излучения) [6, 17]:
и£= □•Г4 = ^4Г4 . (3)
£ V 15с3к3 У '
В аналитических выражениях (2 и (3), где а -постоянная плотности излучения, отражены внутренне глубокие связи между такими энергетическими параметрами фотонного излучения как его
йиЕ ^
спектральная плотность , объемная плотность
энергии иЕ, частоты V и абсолютная температура T. Кривая, рассчитанная по формуле Планка (2), согласуется с установленным в лабораторном экспе-
1
рименте распределением спектрального состава излучения АЧТ, а сама формула (2) позволяет установить точный вид функции (3). В поисках подлинного физического смысла формулы (2) воображение Планка рисовало единую картину физических явлений «для всех времен и для всех культур, в том числе и внеземных и нечеловеческих» [24, с. 232].
Предпримем попытку проникнуть в детали космологической изменчивости изучаемой объективной реальности. Из числа естественных единиц измерения М. Планка выделяем планковские величины длины времени энергии массы и температуры :
L
рг
= И"2; ЙГ; =
=
V .
Т„
_ 1 fhc5\ = fcB ( С )
5 ч 1/2
'Р' С
и в согласие с размерностью мировых констант с, к и принимаем
с = — ; к = и кп = —
После подстановки (4) в аналитическое выражение для постоянной плотности излучения (3) имеем
.(4)
« =
5,4
c3h3
= (?V
-М-)- (5)
ffg) (,рг,рг)3
= / у у 1
dv ^pi-vpi (vPi) evrpi/vpir-1 C^1/2
(7)
-) - планковская частота.
vG)
где V = (Й
Из физических законов чернотельного излучения (6) и (7) мы видим:
а) фотонное излучение возникает на планков-
ский момент времени = (—) = 10-43с;
б) энергия и масса фотонного излучения воз-
в) во все времена расширяющаяся в просторы космического вакуума наша Вселенная конечна по своим размерам;
г) начиная с планковского времени Вселенная расширяется с охлаждением, причем ее объем V и температура Т изменяются соответственно в пределах 7рг = 10-105 м3 < V < 7„ и Грг = 1032 К > Т > Гп ~ 2,73 К.
В ЭЯР количество барионов неуклонно нарастает до фиксированной величины = =
Мйп 1052 ^ г.79
~~= 10_27 = 10, где и ниже подстрочные индексы о и п соотносят параметры соответственно к моменту завершения ЭЯР и к настоящему времени £„. Поэтому количество планковских квантов «ответственных» за барионную составляющую материи (а это протоны и нейтроны как строительный материал звезд и их скоплений) можно оценить
(1)
непосредственно в согласие с формулой М&= щ •
(1)
, где М& - суммарная масса барионов, а щ -масса единичного бариона. Тогда после дифференцирования вблизи планковской эпохи можно запи-
^Мь йтн ^Мь т-.
сать уравнение ----1--. Решая данное
Мйрг ^йрг ^йрг
уравнение в области изменения входящих в него переменных, выходим на аналитическое выражение для искомой величины = —щ. При число-
где — планковский объем, = ¿Зг. Тем самым, в единой связке скомбинированы константы с размерностями энергии, объема и температуры на момент окончания планковской эпохи. Это позволяет рассматривать изменчивость энергетических параметров Вселенной в безразмерных планков-ских величинах энергии —, объема — и температуры —. Иными словами, мы выходим на своеоб-Грг
разные масштабные космо - факторы, которые зависят от космологического времени и показывают как изменяются с течением времени параметры состояния нашей Вселенной. Привычный для нас закон физики (3) неожиданно ярко свидетельствует [21] в пользу расширения Вселенной с охлаждением:
2 ^ ^рг / г \4
Аналогично можно выйти и на формулу Планка (2) в записи вида
= =
вых значениях планковской массы шйрг
10-8 кг и массы протона т^1 = 10-27кг имеем
10-8
величину планковских квантов = 1р_27 = 1019 (при средней массе единичного планковского кванта порядка т^ = 10—8 = 10-27 кг). Аналогично для «глубинных предков фотонов»: =
1022 [25] и m
(1) _ 10 _ , п-30
10 30 кг. В многокомпо-
росли от планковских 109 Дж и = 10-8 кг до их современных число вых значений У£П и М£И;
1022
нентной системе с постоянным числом планков-ских частиц различия между действительными и
(1) (1)
средними массами т \ и на момент окончания планковской эпохи весьма малы. Тем самым, есть смысл рассматривать изотропию наблюдаемой Вселенной на основе гипотезы растянутого во времени природного взрыва. Тогда регистрируемая ап-паратурно изотропия Вселенной обусловлена спецификой ее эволюции.
Расчет изменчивости энергетических параметров фотонного, барионного и иных газов лежит в основе алгоритмов математического обеспечения описания движения Вселенной. В связи с этим разработка методов расчета как усредненных режимов, так и сгущений плотности материи в отдельных областях пространства по завершению ЭЯР представляет интерес. На первом этапе рассматривается приближенный метод, когда объемную плотность энергии ^ каждой из i - ых составляющих материи Вселенной можно представить как
(1)
величин иР1 = произведение средней энергии ) единичной элементарной частицы на их объемную концентрацию
(1)
пь то есть принять щ = Щ щ. Для ныне реликто-
(1)
вых фотонов и^ = [14, с. 81] и П„ =
2
с
1
-^(jr) .Для барионов U^1 = mb)c2, nb
Nb V f Т\
Vne = —n£ = — ,
Ne Vvl\Tvi)
и ub
(1) 2 / \3
J Us T
Nb = — V (8)
b Vpl\TpiJ
-(—) , а с учетом (1) и уравне-
vpi \TpiJ
ние для объемной плотности энергии газа барионов [21]
2 иь v3UbPi( т\3
Ub= Рь^с =Т= ^fU ■ (9)
Уравнения (6) и (9) при U£pi = Ubpl позволяют увязать входящие в них переменные uE,ub, п и T простым соотношением
, (10)
которое отвечает мнению [4, с. 76] о том, что «должно было существовать время в не столь далеком прошлом, когда энергия излучения была больше энергии, сосредоточенной в веществе Вселенной». Функция (10) отвечает ситуации, когда вещество и излучение проходят через состояния теплового равновесия. Согласно выводам статистической механики, свойства любой физической системы в тепловом равновесии полностью определяются как только заданы температура системы и плотности нескольких сохраняющихся величин [14]. Движение материи характеризуется энергией. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает. В ЭЯР она переходит из формы, свойственной для космического вакуума, в характерную именно для Вселенной форму, а далее остается неизменной. Из (10), в частности, видно, что в настоящее время при = 3- 10-10,Tpi = 1032K и Тп = 2,73 K энергия реликтовых барионов Ubpl примерно в 1000 раз превышает энергию реликтовых фотонов UEpi, что согласуется с известными данными [17, с. 76 и др.].
Можно также просчитать ситуацию, выделенную автором [14, с. 77]: «Чтобы энергия излучения превысила энергию вещества, при наличии одного миллиарда фотонов на одну ядерную частицу необходимо лишь, чтобы средняя энергия фотона излучения черного тела стала больше одной миллиардной доли энергии, отвечающей ядерной частице, т. е. больше примерно одного электронвольта. Это соответствует тому, что температура была в 1300 раз
больше, чем сейчас, т. е. около 4000 К». Интерес
n£
представляет величина —. По условию задачи ЭЯР уже завершена: ц = ^ = const. Вместе с тем,
имеем ТРП = 4000 K, U.
'eq
(1) eeq
N£eq = U,
(1)
beq ^ Nbeq
U
eeq = ubeq. Из (10) находим величину отношения
количества фотонов к числу ядерных частиц:
V
-1 - 'pi
(1рЛ1/3 = (1°32\1/3 =
(Teq) V4-103/
Nb
3-109. Как видим, по
фотон - барионному отношению — имеем согласие
Nb
Посмотрим, к какой величине для приведет формула (9), если мы предположим, что корень третьей степени от объема однородной и изотропной Вселенной линейно зависит от космологического времени: У1/ъ = с•Д Согласно (9) можно записать
t = Lpl'Tyl( Ub \ n-Tc (uhpi)
1/3
(11)
по порядку величины.
В этой формуле присутствуют начальные условия движения Lpi, Tpi и Ubpi, поэтому она в какой - то мере связана с конкретной кривой на координатной плоскости V - t. При числовых значениях Lpl = 10-35м, Tpl = 1032K, с = 3-108 м/с, п = 310-10, Тп =3 К,МЬп = ^ = 1052кг [15, с. 148] и Ubpi = 109Дж имеем tn = 3 • 1010с. Видим согласие полученного результата с известными количественными оценками возраста Вселенной, которое можно объяснить весьма малой продолжительностью ЭЯР со свойственным ей нелинейным режимом возрастания объема Вселенной.
Согласно общей теории относительности на этапе расширения пока Вселенная была радиаци-онно - доминированной объемные плотности массы фотонного излучения и вещества соответственно удовлетворяли соотношениям
p£R4 = const и pbR3 = const, (12) где R - радиус кривизны [26]. Из (6) и (9) на том же этапе вслед за ЭЯР имеем
= const и ^ = const, (13)
а следовательно, по мере расширения Вселенной её температура T обратно пропорциональна радиусу кривизны R:
T « 1 . (14)
Взаимосвязь (14) примечательна тем, что в свое время она была установлена Г.А. (Дж) Гамо-вым при теоретическом предсказания современной величины температуры РИ. Из работы [4, с. 892] мы узнаем: «При адиабатическом расширении температура излучения падает по закону T « 1/R, соответствующему показателю адиабаты у = 4/3. По этой причине плотность массы излучения изменяется в расширяющемся мире рт « Т4 « R-4», что в полной мере отвечает (12) - (14). По Гамову, «температура вещества во все времена ее (Вселенной -В.К.) истории была отлична от нуля, и в самом начале расширения она была очень высокой. .. .вместе с веществом во Вселенной имелась и чернотель-ное излучение с той же температурой. В ходе космологического расширения излучение охлаждается, но не исчезает и в результате сохраняется в мире вплоть до нашей эпохи» [там же]. Для мира Гамова важен расчет ядерных реакций, естественным продуктом которых является и фотонное излучение. Заметим, что закон (14) отвечает закономерности (8) при условии завершения ЭЯР. При п = const, Nb = const и Mbn = const из выражения (8) явно следует уравнение адиабаты: T3V = (Т • R)3= const.
В наши дни величина полной энергии Uz Вселенной не известна в той же мере, как не известны ее объем V, а также сводка всех составляющих материи Вселенной. Однако, исходя из физических
и
N
£
соображений, можно принять полную энергию как сумму энергий фотонов У£, барионов У^, нейтрино гравитационного поля и т. д., допуская возможность = У£рг + + + идр1 + ... . Тогда, вспоминая формулу (10), в простейшей модели изменяющегося мира для соотношения между величинами энергии У£, можно принять
_ _ и/у _ _
u£ u£ ий
(15)
u = ^ = ü(1)-n = ^^ "я к "я ^ VT.
"pi VpZ,
или
% (1) Ря = т = 4 ) •n
_ ч тДРг я = ^рг Vr-
(55)- a6)
(^i)2 (17)
и как вариант
.,■■(1) Mflpi-Tpi.
(18)
"Я = * = Г 1т I . (19)
Как видим, с одной стороны, в отличие от
(1)
средней энергии реликтового фотона У£ = •
)3.
Т по мере расширения Вселенной с охлаждением
(1) (1) 2
средняя энергия гравитона = с2 =
возрастает, а с другой, при AL = const и
где и - объемные плотности энергии соответственно нейтринной и гравитационной составляющих Вселенной. При этом результаты оказываются удивительными.
При объемной концентрации = п£И расчет дает величину средней энергии реликтового (1)
нейтрино У^и , равную 0,52 эВ [27], тогда как по результатам анализа последней информации о распределении галактик во Вселенной верхний предел энергии единичного нейтрино 0,25 эВ [28]. Однако
(1)
в целом в отношении величины следует отметить отсутствие адекватного запаса надежных данных.
Заметим, что реликтовые нейтрино в той же мере, как и реликтовые фотоны, являются продуктом ядерных реакций. Поддержкой в пользу ЭЯР может служить совпадение решения интеграла Планка // ^^р применительно к условиям план-ковской эпохи: // ^^р = = к со следствием
из аналитических выражений (2) и (7): ^^ = к.
Иными словами, заметно наличие увязки результата теоретического построения с информацией наблюдения. Речь не идет об одновременном взрыве глыбы материи, но изначально взорвался первичный весьма малый планковский сгусток вещества, взрыв начался из единого центра с последующим охватом ядерными реакциями всё большего объема космического вакуума. В ЭЯР масса Вселенной по мере ее расширения с охлаждением нарастает и еще только предстоит установить динамику изменчивости и достигнутый масштаб многих энергетических величин.
В общей теории относительности влияние гравитации закодировано в искривлении пространства - времени. И также как видимый свет электромагнитного поля состоит из огромного количества фотонов, гравитационное поле состоит из огромного числа гравитонов [29]. Для гравитационного поля [30]:
^ = const, следуя (19), мы вновь выходим на уравнение адиабаты 7Г3 = const. Естественно возникает вопрос: в какой мере результаты количествен-
(1)
ной оценки величин рди, и пди отвечают реальной действительности? При числовых значениях = 3 • 10-10,тда; = = 10-8кг, Гп = 2,73 K, 7рг = 10-105м3 и Грг = 1032K для нашего времени имеем объемную плотность массы гравитационного поля рди = 5 • 10-24кг/м3, среднюю
(1)
массу
реликтового
гравитона
т,
-дп
10 24 кг, а также их объемную концентрацию пди = 5 м-3. Заметим, что в работе [31] в связи с вопросом темной материи Вселенной обсуждается возможность частиц, которые «сильно отличаются от нейтрино по массе: они должны быть очень тяжелыми, примерно в 1000 раз тяжелее протона, так что энергия покоя такой частицы составляет около 1 ТэВ. Такие частицы до сих пор не были известны ни в теории, ни в физическом эксперименте». Вместе с тем, гипотеза (15) далека от доказательства. Как было видно, мы только выписали приближенное соотношение и выдвинули ряд предположений по структуре входящих в него переменных; доказательство по - прежнему должно быть приведено. Тем не менее, существует и указание на то, что принятое нами описание, по крайней мере, приближенно является верным. В числе свидетельств в
пользу (16) и (17) можно отметить закон (14) и ана-
* с 1
литическое выражение 4л— р = , которое автор
[32] полагает основным результатом общей теории относительности.
Отмеченное выше лежит в русле идей модели горячей Вселенной, предложенной физиками -ядерщиками вскоре после окончания второй мировой войны. сОккв - теорию природы еще только предстоит создать. Изложенное выше базируется на корректно установленных в земных лабораториях законах физики, на которые однозначно указывает регистрируемое аппаратурно электромагнитное поле Вселенной. Подход к изучению Вселенной с опорой на законы черного тела в их записи через гравитационную постоянную вряд ли следует считать эмпирическим подходом и тем более противопоставлять его строгому теоретическому рассмотрению. Не исключено, что современной эпохе адиабатного расширения Вселенной предшествуют эпоха Планка и эпоха ядерных реакций. Автор допускает, что наблюдаемое выше по тексту отсутствие сложных теоретических построений, доступных узкому кругу специалистов, как возможное замечание со временем будет устранено. Отметим также, что затронутые нами вопросы достаточно сложны и не всегда рассмотрены с необходимой степенью строгости. Эпиграф принят по данным работы [33, с. 14].
г
3
Т
Список литературы
1. Комаров В.Н., Пановкин Б.Н. Занимательная астрофизика. М.: Наука. 1984. - 192 с.
2. Фейнман Р. Характер физических законов / пер. с англ. М.: Наука. 1987. - 160 с.
3. Реликтовое излучение [Электронный ресурс]. URL: https://www. kru-gosvet.ru/enc/nauka_i_technica/astrono-miya/RELUCTOVOE_IZLUCE-NIE. html (дата обращения 1 июня 2021).
4. Чернин А.Д. Как Гамов вычислил температуру реликтового излучения, или немного об искусстве теоретической физики // Успехи физических наук. 1994. Т. 264. № 8. С. 889 - 896.
5. Реликтовое излучение [Электронный ресурс]. URL: https://ru/wikipedia. org/wiki/Реликтовое_излучение (дата обращения 30 мая 2021).
6. Вайнберг С. Космология / пер. с англ. М.: ЛИБРИКОМ. 2013. - 608 с.
7. ЧерепащукА.М., Чернин А.Д. Современная космология: факты и идеи // Вестн. Моск. ун -та. Серия 3. Физика. Астрономия. 2008.№ 5. С. 3 -19.
8. Зельдович Я.Б. «Горячая» модель Вселенной // Я.Б. Зельдович. Избранные труды. М.: Наука. 1985. С. 237 - 244.
9. Реликтовое излучение [Электронный ресурс]. URL: nyclphys.sinp.msu. ru/photon/04.pdf (дата обращения 30 мая 2021).
10. Зельдович Я.Б., Сюняев Р.А. Взаимодействие вещества и излучения в горячей модели Вселенной // Я.Б. Зельдович. Избранные труды. М.: Наука. 1985. С. 255 - 269.
11. Пенроуз Р. Циклы времени. Новый взгляд на эволюцию Вселенной / пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2014. - 333 с.
12. Нарликар Дж. Неистовая Вселенная / пер. с англ. М.: Мир. 1985.-256 с.
13. Юкава Х. Лекции по физике / пер. с яп. М.: Энергоиздат. 1981. - 128 с.
14. Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной / пер. с англ. М.: Энергоиздат. 1981. - 208 с.
15. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М.: Изд - во Моск. ун - та. 1988. - 199 с.
16. Введение в космологию [Электронный ресурс]. URL: cosmology.pdf (дата обращения 31 мая 2021).
17. Девис С. Случайная Вселенная / пер. с англ. М.: Мир. 1985. - 160 с.
18. Сачков Ю.В., Чудинов Э.М. Философские взгляды М. Планка // М. Планк. Избранные труды. М.: Наука. 1975. С. 757 - 761.
19. Планк М. Законы теплового излучения и гипотеза элементарного кванта действия // М. Планк. Избранные труды. М.: Наука. 1975. С. 282 -310.
20. Кошман В.С. Обоснование необходимости переосмысления феномена «эпоха Планка» // The scientific heritage. 2021. No. 64. Vol. 1. pp. 11 -14.
21. Кошман В.С. Закон Стефана - Больцмана и оценка изменчивости плотности энергии барионов Вселенной // American Scientific Journal/ 2019. No. 30. Vol. 1. pp. 37 - 41.
22. Дирак П.А.М. Космология и гравитационная постоянная // П.А.М. Дирак. Воспоминание о необычной эпохе: сб. статей / пер. с англ. М.: Наука. 1990. С. 178 - 188.
23. Гекман О. Эйнштейн и космология // Проблемы физики: классика и современность / пер. с нем. и англ. М.: Мир. 1982. С. 155 - 163.
24. Планк М. О необратимых процессах излучения // М. Планк. Избранные труды. М.: Наука. 1975. С. 191 - 233.
25. Кошман В.С. О зоне ближайшего к сингулярности развития нашей Вселенной // Sciences of Europe. 2020. No. 51. Vol. 1. pp. 29 - 31.
26. Бёрке У. Пространство - время, геометрия, космология / пер. с англ. М.: Мир. 1985. - 416 с.
27. Кошман В.С. К вопросу нейтринного излучения в расширяющейся с охлаждением Вселенной // American Scientific Journal. 2020. No. 37. Vol. 1. Pp. 48 - 53.
28. Астрономы получили самую точную оценку массы «частицы - призрака» (рус) РИА Новости (22 июня 2010) [Электронный ресурс]. URL: Wikipedia.green/Нейтрино (дата обращения 30 мая 2021).
29. Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории / пер. с англ. М.: Едиториал УРСС. 2004. - 288 с.
30. Кошман В.С. К вычислению объемной плотности энергии гравитационного излучения Вселенной // Sciences of Europe. 2020. No. 52. Vol. 1. pp. 23 - 27.
31. ЧерепащукА.М., Чернин А.Д. Космология: открытия и загадки // Наука из первых рук. 2009. Вып. 1 (25). С. 26 - 37.
32. Редже Т. Этюды о Вселенной / пер. с итал. М.: Мир. 1985. - 191 c.
33. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание: учебное пособие. М.: Изд. фирма «Агар». 1996. - 383 с.
