Реферат: Новая модель эволюции вселенной

Преобразуя нашу вышеприведённую формулу.

, или , тогда

.

В итоге получаем формулу, которая связывает два измерения времени t и τ!

или

.

В этой формуле явно показано двухмерность (многомерность) времени. Одно измерение времени – это временной интервал – t , другое – t -выступает как “Возраст” объекта. Как соотносятся между собой t и t? Выскажем осторожное предположение, что эти две величины входят в “состав” комплексного значения времени!

Физический смысл этой формулы состоит в следующем:

“Вследствие того, что все объекты во Вселенной излучают энергию, вокруг этих объектов пространство-время меняет свои свойства. Эти изменения свойств пространства-времени проявляются как увеличение времени прохождения сигнала от объекта до наблюдателя. А увеличение времени прохождения сигнала от объекта равносильно тому, что этот объект наблюдается дальше. Смещение спектра излучения в “красную” сторону свидетельствует тому, что время прохождения сигнала увеличилось. Непрерывное воздействие этого фактора приводит к тому, что этот объект наблюдается всё дальше и дальше, то есть он удаляется от наблюдателя. Скорость “удаления” напрямую зависит от времени воздействия этого фактора, то есть, чем больше времени прошло, тем больше скорость, с которой объект “удалился”. А соответственно и расстояние “удаления” до него”.

Мысленный эксперимент # 1

Проделаем один мысленный эксперимент. Поместим наблюдателя в центре. Вокруг него, на каком-то одинаковом расстоянии, разместим “горячие” сверхмощные источники энергии (на схеме они обозначены под номерами #1). На дальнем плане, пусть на удвоенном расстоянии, находятся “холодные” объекты (на схеме эти объекты обозначены под номерами #2). Тогда по истечению какого-то продолжительного времени, пространство-время (его свойства) вокруг всех этих объектов изменится. В окрестностях “горячих” объектов произойдут бóльшие изменения, нежели вокруг “холодных” объектов. То есть “горячие” объекты “удалятся”, как мы выяснили раньше, значительнее “дальше”, нежели их “холодные” “соседи”. Наш наблюдатель увидит следующее: “холодные” объекты “окажутся” на переднем плане, а “горячие” - на заднем плане. По истечению ещё какого-то продолжительного времени, наш наблюдатель не обнаружит “горячих” объектов, а затем очередь подойдёт “скрыться” и “холодным” объектам.

Картина, которая представится наблюдателю, через некоторое продолжительное время.

Вот оно объяснение тому, почему квазары и другие “горячие” Источники Энергии наблюдаются на краю видимой части Вселенной!

Давайте ещё раз взглянем на те две формулы, которые встречались уже нам:

и .

Простой анализ этих формул показывает, что с увеличением параметра t – значения их увеличивается. Увеличивается расстояние S и скорость V* . А тот наблюдатель, который рассматривает эти объекты, видит следующее: что скорость “удаления” и расстояния до объектов увеличиваются. Не зная об относительной мощности – Н и параметре – t и тех доводах, что были даны выше, он делает вывод о том, что скорость удаления зависит от расстояния до объекта! Хотя, как мы показали выше – скорость и расстояние увеличиваются одновременно и зависят от параметра – t . А как было сказано раньше – если увеличивается расстояние до объекта, то такой объект – удаляется! На самом деле, хотя и расстояние увеличивается, но этот объект никуда не “удаляется”! вот такой парадокс! Нам кажется, что он удаляется! Снова повторим вышесказанное:

“Вокруг объекта, излучающего энергию, меняется свойства пространства-времени. Изменение этих свойств пространства-времени проявляется как увеличение времени прохождения сигнала от этого объекта до наблюдателя. А увеличение времени прохождения сигнала наблюдается как увеличение расстояния от этого объекта до наблюдателя”

В этой статье мы снова намеренно ставим слово “удаляется” в кавычки “”. Речь здесь идёт о кажущихся, о мнимых величинах! Для объяснения этого парадокса “удаления” проделаем ещё один мысленный эксперимент.

Мысленный эксперимент # 2

Поместим нашего наблюдателя в центре. по одну сторону от него расстоянии R поместим “горячий” объект, а по другую сторону на расстоянии 2R – “холодный” объект. В качестве образного “средства доказательства”, позаимствуем из Общей Теории Относительности (ОТО) её “гравитационную воронку”.

Повторим снова все вышеприведённые доводы:

“Вокруг этих объектов, в следствии того, что они излучали энергию, изменились свойства окружающих их пространства-времени. А изменение свойств пространства-времени проявилось так, как эти объекты #1 и #2 стали наблюдаться как “удаляющиеся” от наблюдателя”.

Как было выяснено раньше, пространство не может разорваться, разлететься. Куда же тогда “деваются” эти объекты? Куда же они “удаляются? А давайте образно предположим, что эти объекты “проваливаются” в эти “воронки”. И чем дальше этот объект “удаляется”, тем самым он, следовательно, глубже он “проваливается”!

Приведём формулы, по которым производится вычисление расстояний:

и , где:

R – действительное расстояние,

S* – “кажущееся”, мнимое “удаление”,

S – полное наблюдаемое расстояние.

Как видим – S – расстояние от наблюдателя до объекта равняется геометрической сумме расстояний R и S* и состоит из:

из действительной части – R – действительного удаления;

мнимой части – S*– “кажущегося” расстояния.

Само значение наблюдаемого расстояния S представляет собой комплексную величину, что и породило известную проблему “Тёмной Массы”, но в тоже время в ней и содержится ключ к её решению.

Проблема “Тёмной Массы”

В начале статьи было упомянута проблема “Тёмной Массы” в Космологии. Суть её состоит в следующем: В начале прошлого века, когда астрономы (Фриц Цвикки, 1933) стали “взвешивать” объекты во Вселенной, выяснилось то, что результаты этих вычислений, произведённых с применением зависимости “Светимость-Масса”, очень сильно отличались от тех результатов вычислений массы объектов по их гравитационному влиянию друг на друга. Обнаружилось “большое” несоответствие. В расчётах казалось, что не хватает той “видимой” массы, которая создаёт наблюдаемое гравитационное влияние тел (объектов) друг на друга. В качестве решения этого несоответствия были предложены следующие гипотезы:

- Было высказано предположение, что присутствует “невидимая”, “Тёмная Масса”, которая и создаёт это необходимое влияние; В последующие годы были выдвинуты различные “кандидатуры” на роль “Тёмной Массы”: от нейтрино до самых экзотичных.

- Было высказано также и другое предположение, что Закон Ньютона не верен (Мордехай Мильгром, 1987).

Само это “недоразумение” появляется из-за того, что “подменялись” значения величин подставляемые в формулы. Как видно из вышеприведённых объяснений, значение наблюдаемого расстояния – S всегда заведомо больше действительного расстояния от объекта до наблюдателя – R.

Здесь необходимо уточнение: увеличение “мнимого”, “кажущегося” расстояния “удаления” – S* становится заметным только на очень больших расстояниях, например в межгалактических масштабах. Соответственно и превышение расстояния – S над – R также становится заметным в этих масштабах расстояний.

Да и сама проблема “Тёмной Массы” появляется именно в этих межгалактических масштабах.

Решение проблемы “Тёмной Массы”:

Если в формулу, определяющую силу F гравитационного взаимодействия тел (объектов) между собой (Закон Ньютона),

,

где F – сила гравитационного взаимодействия тел,

G – гравитационная постоянная,

M1 и M2 – массы тел (объектов),

R – расстояние между центрами тел (объектов).

вместо действительного значения расстояния – R, подставить наблюдаемое значение расстояния – S, то в результате вычислений получим силу – F во много раз меньшую необходимой для поддержании гравитационной устойчивости взаимодействующих объектов. Чтобы значение силы – F оставалось прежним (гравитационная устойчивость взаимодействующих объектов), то в искомой формуле нужно будет увеличить значение числителя, то есть значения масс M1 и M2. А эти значения масс, которые находятся из диаграммы “Светимость-Масса”, из которой сверх того больше, чем наблюдается ничего дополнительно взять нельзя. Вот тогда-то и появляется так называемый “дефицит” “светящегося вещества”, который и породил известную проблему “Тёмной Массы”; А эта “Тёмная Масса”, как оказалась, обладает удивительными свойствами – сама не наблюдается, а гравитационно взаимодействует со всеми объектами во Вселенной.

Для наглядности сравнения достоинств новой космологической модели и гипотезы “Большого Взрыва”, поместим в виде таблицы все те трудные вопросы, на которые эти две модели пытаются дать ответ.

В завершение этой статьи соберём и приведём все “новые идеи” в виде тезисов:

не механическое расширение, в виде последствий “Большого Взрыва”, было причиной “удаления” объектов во Вселенной, а ею (причиной) оказалось раннее неисследованное свойство пространства-времени;

изменение свойств пространства-времени (его искривление, изменение объёма) вызывается энергетическим процессом, происходящий в этой точке пространства;

этот энергетический процесс происходит из-за того, что все объекты во Вселенной излучают энергию;

изменения этих свойств пространства-времени проявляются как увеличение времени прохождения сигнала. А увеличение времени прохождения сигнала от объекта до наблюдателя равносильно тому, что этот объект наблюдается дальше;

смещение спектра излучения в “красную” сторону свидетельствует тому, что время прохождения сигнала увеличилось. Непрерывное воздействие этого фактора приводит к тому, что объект наблюдается всё дальше и дальше, то есть он удаляется от наблюдателя;

скорость “удаления” напрямую зависит от мощности Источника Энергии и Времени Воздействия этого фактора, то есть, чем больше времени прошло и выше относительная мощность, тем больше скорость, с которой объект “удалился”. А соответственно и расстояние “удаления” до него;

- “глобальное” проявление этого феномена породило представление о том, что Вселенная “расширяется”;

- в силу специфических особенностей проявления этого феномена, большая часть объектов во Вселенной перестала быть “видимой”;

- мы наблюдаем во Вселенной только её “холодную” ограниченную часть;

- постоянная Хаббла, которая характеризует скорость “удаления” объектов во Вселенной, (её “расширение”), как оказалось, в своей глубинной сути, выражает её среднюю относительную мощность;

- так как постоянная Хаббла выражает собой среднее значение, этим и объясняется трудность её точного измерения;

- выяснилось то, что пространство и время имеют в своей сути комплексное значение, то есть мы имеем дело с комплексным пространством, а ниже, в следствии с этим, перечислены следующие возникшие “трудности”:

- истинное положение объектов во Вселенной нам неизвестно, мы знаем только точные координаты в проекции на наше обычное пространство-время;

- нам неизвестен возраст самой Вселенной;

- использование таких категорий как “расстояние”, а вследствие с этим таких категорий как “направление” и сравнительных оценок “ближе” и “дальше” вряд ли возможно в дальнейшем без специальных оговорок;

- использование трёх пространственных и одного временного измерения пространства-времени для дальнейшего изучения Вселенной явно недостаточно;

Приложение к статье

#1. 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.

#2. Масса Солнца

Светимость Солнца

Скорость света в вакууме

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 =300± 4 км/сек по данным (NED)

RМ31 – расстояние до Галактики М31 - RМ31 = 2900 000 с.л.

G – Гравитационная постоянная

F – сила притяжения между Млечным Путём (Нашей Галактикой) и Галактикой М31.

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

# 3.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.

# 4 Как нам известно, что при отсутствии гравитационного поля – Закон Сохранения Энергии и Импульса Материи (вместе с электромагнитным полем) выражается уравнением

Обобщением этого уравнения на случай наличия гравитационного поля является уравнение

Производя несложные преобразования, разделяя переменные, можно получить следующее

уравнение: , тогда , или

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). (смотрите список литературы_1 в конце статьи). 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. (смотрите список литературы_2 в конце статьи)

где , – изменения энергии и импульса соответственно,

а , есть изменения Гравитационного Поля (выражения, составленные из производных Метрического Тензора).

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:

где ρ – плотность массы, – объём единичного параллелепипеда, составленного из определителя метрического тензора , (в Евклидовом пространстве ), а

Производя несложные преобразования умножая оба члена уравнения на коэффициент k равный произведению элементарного объёма ν и скорости света в квадрате С2 , ( k = ν.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.

# 5. 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 над первой скобкой идёт суммирование по i, а над 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 символы Кристоффеля, (известно то, что в символах Кристоффеля и 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.

# 6. 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.

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

(9)

(10)

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.

Список литературы

П.К. Рашевский “Риманова геометрия и тензорный анализ”

Л.Д. Ландау и Е.М. Лившиц “Теория поля”

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

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

У. Мизнер, К. Торн, Дж. Уилер “Гравитация”

В.И. Елисеев “Введение в методы теории функций пространственного комплексного переменного”

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru