Научные ошибки в области физики

Самая большая ошибка в истории физики

© 2018 HOWSTUFFWORKS

Сегодня мы обсудим одну из величайших нерешённых проблем фундаментальной физики — знаменитую катастрофу энергии вакуума. Что делает эту проблему такой увлекательной, так это то, что она сплетает воедино две самые успешные теории 21 века: квантовую теорию поля и общую теорию относительности, при этом демонстрируя, что что-то пошло катастрофически не так в нашей попытке понять происхождение расширения Вселенной. Чтобы разобраться, в чём собственно дело, нам придётся совершить путешествие по самым захватывающим идеям современной физики — от мельчайших квантовых флуктуаций вакуума до загадочной тёмной энергии, которая является движущей силой эволюции Вселенной.

Наша история начинается в двадцатых годах прошлого века в обсерватории Маунт-Вилсон. Она была оборудована рекордным на тот момент 100-дюймовым (2.5 м) телескопом, и одним из исследователей, которым выпала честь работать с инструментом, был Эдвин Хаббл. Первое умопомрачительное открытие состояло в том, что Вселенная не ограничивается нашей галактикой. Был идентифицирован ряд объектов слишком далёких, чтобы быть частью Млечного Пути, и некоторые известные «туманности» являлись в действительности отдельными галактиками за пределами нашей собственной. Конечно же, идея была принята в штыки консервативным научным сообществом, но под давлением накапливающихся наблюдательных фактов, скептики вынуждены были признать, что Вселенная куда больше, чем полагалось ранее.

Во-вторых, наблюдая за стандартными свечами, Хаббл заметил, что спектры многих объектов претерпевают красное смещение. Здесь сразу вспоминается эффект Доплера: если источник излучения или звука приближается к вам, то частота (излучения или звука) увеличивается, а при удалении — уменьшается, то есть сигнал смещается в более длинноволновую (красную) область. Но, что весьма странно, красное смещение зависело от расстояния — чем дальше находился объект, тем сильнее проявлялся эффект, и это работало во всех направлениях. Хаббл нанёс точки на график и уверенно провёл аппроксимирующую прямую:

Наклон подогнанной линии составляет 464 км/сек/Мпк и этот параметр теперь известен как постоянная Хаббла H₀. Согласно полученному значению, космический объект, находящийся от нас на расстоянии в 2 мегапарсека, будет удаляться со скоростью около 1000 км/с! Поскольку и километры, и мегапарсеки (1 Мпк = 3e22 м) являются единицами измерения расстояния, можно выразить постоянную Хаббла в обратных секундах и выполнить грубую оценку возраста Вселенной:

Два миллиарда лет — слишком грубо! Мы знаем (и это было известно в 1929 году) благодаря радиоизотопному датированию, что возраст Земли больше 2 миллиардов лет, и эта несостыковочка привела к значительному скептицизму в отношении полученных Хабблом результатов, а последователи стационарной Вселенной получили передышку. Однако, более поздние работы показали, что Хаббл перепутал два разных типа переменных звёзд Цефеид, используемых для калибровки расстояний, а также то, что Хаббл считал яркими звёздами в далёких галактиках, в некоторых случаях на самом деле было областями ионизованного водорода. Коррекция этих ошибок привела к снижению значения постоянной Хаббла. В настоящее время существует в основном две группы, использующие Цефеиды и сверхновые типа Ia получившие 74.03±1.42 (км/с)/Мпк и 67.4±0.5 (км/с)/Мпк. Другие методы определения шкалы расстояний включают временную задержку в гравитационных линзах и эффект Суняева-Зельдовича в далёких скоплениях: оба не зависят от калибровки Цефеид и дают значения, согласующиеся со средним значением у других групп: 65±8 (км/сек)/Мпк. В совокупности множество различных методов дают фактический возраст Вселенной 13.7±0.2 млрд лет.

▍ Уравнения Фридмана для самых маленьких

Итак, куда не посмотри вглубь небосвода, обязательно найдётся галактика содержащая краснеющие и мутнеющие стандартные свечи. Самым очевидным предположением будет, что имеет место эффект старения света: чем дальше находится объект, тем дольше свет в пути и, возможно, во время распространения он постепенно переходит в длинноволновую область из-за пыли, диссипации в вакуум или ещё каких странных эффектов. Было предложено множество механизмов, но ни один из них не был в состоянии объяснить всю совокупность наблюдаемых явлений. Природа упорно указывала на разлёт галактик в разные стороны, и если откинуть вариант, что мы находимся в центре вселенной, то получалось разбегание всех от всех. Так что постепенно наиболее популярной моделью стала расширяющаяся Вселенная подчиняющаяся общей теории относительности.

Согласно этой модели, космологическое красное смещение в излучении наиболее далёких объектов обусловлено не эффектом Доплера в классическом понимании, а расширением самого пространства, из-за которого расстояние между любыми достаточно отдалёнными частями Вселенной увеличивается с течением времени. Модель применима к современной эпохе только для крупных структур (скоплений галактик и больших). На меньших масштабах материальные объекты связаны друг с другом силой гравитационного притяжения, и такие скопления не расширяются.

В основе современной космологии лежит космологический принцип. Этот постулат гласит, что при наблюдении в достаточно больших масштабах, распределение объектов во Вселенной выглядит одинаково для всех наблюдателей. Вселенная однородна и изотропна. Однородность означает, что свойства Вселенной везде одинаковы, а изотропия означает, что с любой заданной точки обзора, свойства Вселенной одинаковы в любом направлении. Теперь, учитывая, что Вселенная расширяется и что действует космологический принцип, мы хотим понять, как математически описать это расширение. Для этого мы рассмотрим очень большую сферическую область пространства, содержащую очень большое количество равномерно распределённых галактик:

На одиночную галактику с малой массой, расположенную на краю сферы, согласно универсальному закону тяготения Ньютона действует сила:

Знак минус говорит, что сила, действующая на маленькую галактику, направлена к центру сферы. Далее вспомним второй закон Ньютона и выполним ряд преобразований:

где K — просто константа интегрирования. Первое слагаемое — половина квадрата скорости, является кинетической энергией на единицу массы, второе — это потенциальная энергия на единицу массы, и поэтому мы видим, что константа K представляет собой полную энергию на единицу массы. Другими словами, это уравнение — просто утверждение о сохранении энергии. Итак, давайте подумаем, что происходит, когда Вселенная расширяется и рассматриваемая область пространства увеличивается в размерах. Галактики будут удаляться друг от друга, и объём пространства, содержащего эти галактики, будет увеличиваться. Мы можем представить изменение радиуса сферы, содержащей галактики, с помощью того, что космологи называют сопутствующими координатами:

Получили ряд полезных соотношений, связывающих закон Хаббла (красное равенство) с масштабным фактором a. Этот множитель говорит, во сколько раз изменилось расстояние между космологическими объектами по прошествии некоторого времени. Также мы определили скорость расширения сферы, в которую заключено рассматриваемое скопление галактик. Выполним подстановку в наш закон сохранения энергии:

Здесь масса скопления галактик выражена в содержащейся в ней терминах плотности материи, а также использована известная формула для объёма сферы. Полученное уравнение известно как уравнение Фридмана в ньютоновой форме, поскольку мы вывели его, используя ньютонову механику. О чём говорит нам это уравнение? Прежде всего, отметим, что оно содержит скорость изменения масштабного фактора. Когда она положительна, рассматриваемая сфера расширяется и галактики разлетаются. Иначе будет стационарный или сжимающийся объём.

Хотя уравнение ньютоновской системы даёт полезную отправную точку для размышлений о расширении и сжатии сферической области пространства, оно не способно учесть динамическое искривление геометрии, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, и поэтому, если мы хотим правильно понять расширение Вселенной, нам придётся использовать релятивизм. Хорошей новостью является то, что при выводе с помощью общей относительности общая структура уравнения Фридмана остаётся неизменной (подробный строгий вывод ищите в ссылкографии).

Появилась лишь пара новых параметров. Во-первых, мы ввели плотность энергии ε. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, кривизна пространства-времени связана с наличием как массы, так и энергии, и, более того, вы можете думать о массе как о форме энергии. Второе изменение заключается в замене ньютоновой энергии эйнштейновской кривизной. Если вы помните, постоянная К, фигурирующая в ньютоновском уравнении, представляла собой полную энергию на единицу массы, и как только что было сказано, в теории Эйнштейна присутствие энергии влияет на кривизну пространства, и поэтому, когда мы выводим уравнение Фридмана, у нас появляется к (каппа) называемая кривизной и R₀ — радиусом кривизны.

▍ Кривизна Вселенной и критическая плотность

Одной из наиболее важных характеристик уравнения Фридмана является значение константы кривизны к, поскольку она определяет конечную судьбу Вселенной. Если каппа равна -1, то пространство считается отрицательно искривлённым, а правая часть уравнения Фридмана всегда положительна, и это описывает открытую Вселенную, которая будет продолжать расширяться вечно. С другой стороны, если каппа равна +1, то пространство положительно искривлено, и правая часть уравнения Фридмана в конечном итоге станет отрицательной, что приведёт к сжатию Вселенной, и такой тип решения называется закрытым. И, наконец, если каппа равна нулю, то мы имеем нулевую кривизну, и это описывает ситуацию, в которой Вселенная будет продолжать расширяться вечно, но с замедлением. Такая Вселенная, как говорят, плоская. Совершенно естественно, что одной из больших проблем в современной космологии, является определение значения каппы.

Как узнать, какой из этих трёх сценариев определит судьбу нашей Вселенной? Ну, первое, что нужно понять, это то, что если мы хотим применить уравнение к реальной вселенной, то нам нужно найти какой-то способ связать его с наблюдаемой и измеряемой величиной. К счастью, такая величина существует. Если вы помните, мы можем записать параметр Хаббла в терминах масштабного фактора , и поэтому допустимо переформулировать уравнение Фридмана:

Если мы сможем измерить значение параметра Хаббла в настоящий момент вместе с текущей плотностью энергии и кривизной, то в принципе мы должны быть в состоянии использовать уравнение Фридмана для определения судьбы вселенной. Как же измерить параметр Хаббла? Как мы уже видели, параметр Хаббла для нашей Вселенной в данный момент — это то, что мы называем постоянной Хаббла, и она может быть измерена путём наблюдения за красным смещением света от далёких галактик, и если мы используем самые современные измерения, то значение постоянной Хаббла составляет около 70 километров в секунду на мегапарсек (на каждые 3.3 млн световых лет). Мы также можем выразить постоянную Хаббла в базовых единицах си как . Поэтому давайте теперь используем это значение постоянной Хаббла для определения критической плотности Вселенной.

Что за критическая плотность? Как мы только что видели, если параметр кривизны каппа отрицателен, то Вселенная будет продолжать расширяться вечно, а если он положителен, то Вселенная, в конце концов, сожмётся, и поэтому ясно, что особый случай, когда каппа равна нулю, представляет собой критическую точку пересечения между открытой и закрытой Вселенной, и поэтому мы можем установить каппу равной нулю и выяснить, какое ограничение это накладывает на плотность энергии Вселенной.

Заметим, что критическая плотность зависит от значения параметра Хаббла в данный момент времени. Если плотность энергии Вселенной больше этого значения, то Вселенная выпуклая, а если меньше — то

впуклая

отрицательно искривлённая. Поскольку мы кое-как знаем текущее значение постоянной Хаббла, то находим современное значение критической плотности. Вышла величина эквивалентная примерно четырём атомам водорода на кубический метр. Может показаться, что это невероятно низкая плотность, однако следует помнить, что большая часть объёма Вселенной состоит из межгалактических пустот, где плотность чрезвычайно низка, и как мы увидим позже, средняя плотность наблюдаемой Вселенной, как оказалось, невероятно близка к критической плотности, но пока не будем забегать вперёд.

▍ Уравнение ускорения

Давайте вернёмся к нашему анализу расширяющейся Вселенной. Хотя уравнение Фридмана очень важно, оно не может само по себе сказать нам, как масштабный фактор изменяется со временем. Даже если у нас есть очень точные измерения современного параметра Хаббла и критической плотности, уравнение Фридмана по-прежнему остаётся уравнением с двумя неизвестными a и ε, обе из которых являются функциями времени. Нам нужно другое уравнение, включающее обе величины. Как мы уже видели, уравнение Фридмана в ньютоновском приближении является утверждением о сохранении энергии. В частности, говорится, что сумма гравитационной потенциальной энергии и кинетической энергии расширения постоянна. Сохранение энергии — в целом полезная концепция, поэтому давайте рассмотрим другое проявление той же идеи — первый закон термодинамики.

здесь dQ это поток тепла в или из рассматриваемой области, dU — изменение внутренней энергии системы, P — давление, а dV — небольшое изменение объёма. Теперь, если, как мы утверждали ранее, Вселенная идеально однородна, то для достаточно большого объёма пространства общий поток тепла в или из некоторой области будет равен нулю. Далее мы можем определить выражение для внутренней энергии в объёме пространства как равное плотности энергии в этой области, умноженной на объём области. Если мы предположим, что наша область пространства сферическая, то мы можем записать объём сферы как функцию от масштабного фактора. И, в конце концов, подставить всё в первый закон термодинамики:

Мы видим, что на правую часть этого уравнения наложено ограничение. Поскольку известно, что Вселенная расширяется, следует, что масштабный фактор a должен быть ненулевым, и поэтому для того, чтобы правая часть была равна нулю, придётся занулять выражение в скобках:

Это уравнение известно как уравнение жидкости, которое является просто альтернативным утверждением сохранения энергии, также как и уравнение Фридмана. Объединив эти два уравнения, мы можем получить уравнение ускорения, которое говорит нам, как скорость расширения вселенной меняется со временем.

Уравнение ускорения является одним из ключевых уравнений в космологии. Во-первых, обратите внимание, что если плотность энергии и давление положительны, то правая часть уравнения ускорения отрицательна, а значит, относительная скорость любых двух точек во Вселенной будет уменьшаться со временем, что приведёт к замедлению и сжатию Вселенной. Таким образом, согласно общей теории относительности Эйнштейна, положительное значение давления, вызванное тепловым движением атомов в газовом облаке, замедляет расширение Вселенной, а значит, уравнение ускорения подразумевает, что замедление и сжатие Вселенной неизбежно. Так как же объяснить положительно ускоряющуюся расширяющуюся Вселенную или, если на то пошло, статичную Вселенную?

Оказывается, это именно тот вопрос, над которым начал задумываться Эйнштейн после публикации своей первой работы по общей теории относительности в 1915 году. Тогда он, как и большинство физиков считал, что Вселенная статична. Но мы только что видели, что уравнение ускорения подразумевает, что Вселенная имеет отрицательное ускорение, и поэтому она неизбежно должна сжиматься, так что же сделал Эйнштейн? Ответ удивительно прост — Эйнштейн понял, что он может просто добавить положительное постоянное слагаемое в свои уравнения:

Если бы этот постоянный член точно соответствовал отрицательному вкладу плотности энергии и давления, то общее ускорение было равно нулю и Вселенная была бы статичной. В противном случае, если постоянный член достаточно велик, то общее ускорение будет положительным, и Вселенная будет ускоряться в своём расширении. Согласно распространённой среди современных исследователей интерпретации наблюдательных данных — именно это и происходит с нашей Вселенной. Поскольку эта константа относится ко всему пространству космоса, она стала известна как космологическая постоянная. Следует попытаться понять её роль и природу.

Для начала давайте сосредоточимся на нашем модифицированном уравнении Фридмана. Мы можем переписать его в более интуитивной манере, приведя все слагаемые к одной размерности:

Первое слагаемое мы разбили на плотность энергии материи и совокупного излучения (ещё иногда выделяют нейтрино, космические струны и прочие ужасы, но пока забудем о них). Также имеем плотности энергии, вызванные кривизной пространства и присутствием космологической постоянной. Как вы знаете, физики любят драматические названия, и они, конечно, не разочаровали, когда космолог-теоретик Майкл Тёрнер придумал термин «тёмная энергия» для описания таинственной плотности энергии, стоящей за ускоренным расширением нашей Вселенной.

▍ Судьба Вселенной

Космологическое уравнение Фридмана можно записать в удобной безразмерной форме:

где эпсилоны мы заменили безразмерными плотностями энергии омегами. Собственно, задача определения судьбы вселенной сводится к интегрированию этой дифурки для различных значений параметров плотности энергии. Рассмотрим ряд наиболее интересных решений:

Красная линия — энергетический бюджет Вселенной представлен только материей и разбросанными между ней фотонами. Это близко к тому, что называлось вселенной Эйнштейна-де Ситтера. Она была стандартной моделью многие годы из-за своей простоты и отсутствия эмпирических доказательств пространственной кривизны или ненулевой космологической постоянной. Она также представляет собой важный теоретический случай вселенной с критической плотностью материи, находящейся как раз на пределе возможного сжатия. Вселенная расширяется вечно, но с замедлением.

В модели, показанной зелёной кривой, кривизна гиперболическая. Расширение тоже вечное.

Розовая линия соответствует сферической вселенной. Примечательно, что это самая молодая вселенная, возраст которой около восьми миллиардов лет. Эта вселенная в конечном итоге реколлапсирует в сингулярность. И в принципе, решение можно не ограничивать одним периодом — тогда вселенная живёт в бесконечном цикле схлопываний-больших взрывов.

Коричневая линия иллюстрирует сценарий «большого отскока». Вселенная как-то развивалась из большого взрыва, бесконечных осцилляций или ещё невесть чего, но потом начала сжиматься и разлетелась, миновав большой взрыв. Кто знает, может, будут найдены чёрные дыры, не согласующиеся с современными представлениями о возрасте Вселенной, тогда эта теория стала бы востребованной.

Другая возможность — это «блуждающая» (loitering) (также называемая вселенной Леметра) вселенная, которая показана оранжевой линией. Такая вселенная начинает жизнь из состояния с доминированием материи. Затем она вступает в стадию, при которой масштабный фактор является почти постоянным в течение длительного периода времени. После долгого безделья космологическая постоянная берёт верх, и Вселенная начинает экспоненциально расширяться.

Ну и синяя линия — это наиболее распространённая и освещённая в масс-медиа ΛCDM-модель: 70 порций тёмной энергии, 30 порций материи (по большей части тёмной) и немного фотонов, нейтрино и прочего мусора. Эта модель наиболее хорошо согласуется с современными представлениями о динамике крупномасштабных структур, распространённости химических элементов, c характеристиками реликтового излучения и с наблюдательными данными по удалённым объектам.

(SDSS = Sloan Digital Sky Survey; SNLS = SuperNova Legacy Survey; HST = Hubble Space Telescope.)

Здесь показаны совокупные данные от различных проектов по наблюдению сверхновых типа IA, и ΛCDM-модель даёт лучшие предсказания, чем теория не содержащая Λ-член. Хотя недавно было показано, «что с очень высокой вероятностью светимость этого типа сверхновых коррелирует с химическим составом и возрастом звёздных систем — а следовательно, применение их для определения межгалактических расстояний, в том числе для определения скорости расширения Вселенной — может давать ошибку».

▍ Природа тёмной энергии

В представленных выше сценариях развития Вселенной космологическая постоянная играла ключевую роль. Но какова причина этой плотности энергии? Короткий ответ — мы не знаем. Однако мы понимаем, что какова бы ни была причина, она должна быть в состоянии объяснить тот факт, что плотность энергии постоянна во всём пространстве, и это предполагает, что плотность энергии может иметь какое-то отношение к самому пространству. Оказалось, что согласно квантовой механике пустое пространство действительно имеет постоянную плотность энергии, и эта плотность энергии известна как энергия вакуума, поэтому если мы сможем определить плотность энергии вакуума, то мы сможем определить значение космологической постоянной и предсказать значение ускорения нашей расширяющейся Вселенной.

Но подождите секунду, разве вакуум по определению не пуст, и поэтому плотность энергии пустого пространства не должна быть нулевой? Как может быть, что пустое пространство содержит энергию? Как и многое другое в фундаментальной физике, ответ связан с принципом неопределённости Гейзенберга, поэтому давайте посмотрим на вакуум космоса глубже — на квантовом уровне. Существует предел того, насколько точно мы можем одновременно знать положение и импульс объекта, и эта неопределённость закодирована в известном соотношении ΔpΔx ≥ ħ/2 где ħ — постоянная Дирака, а Δx и Δp представляют собой неопределённость положения и импульса рассматриваемой системы.

Теперь, согласно самой успешной теории физики, квантовой теории поля, Вселенная наполнена множеством квантовых полей, которые пронизывают все пространство, и каждый тип частиц соответствует небольшой пульсации соответствующего поля. Поэтому электрон — это возмущение в электронном поле, а фотон — это пульсация в электромагнитном поле и так далее. Можно подумать, что согласно этой картине пустое пространство просто соответствует отсутствию частиц и, следовательно, возмущений, другими словами, вакуум состоит из квантовых полей с нулевой амплитудой. Именно здесь всплывает главная хитрость принципа неопределённости — если квантовое поле имеет точно нулевую амплитуду, то неопределённость в положении или амплитуде поля будет нулевой. Но мы видим, что это запрещено неравенством Гейзенберга, и поэтому придётся принять, что всегда есть присущее квантовому полю флуктуационное движение, и это движение вносит энергию, и именно эта энергия называется энергией нулевых колебаний.

В принципе, мы действительно можем измерить влияние этих вакуумных флуктуаций на энергию электрона внутри атома водорода и обнаружить, что это приводит к крошечному сдвигу на двух энергетических уровнях, известному как лэмбовский сдвиг. Это предсказание было экспериментально проверено с огромной точностью и представляет собой одну из величайших историй успеха стандартной модели физики частиц. А как же оценить энергию вакуума? Оказывается, количество энергии вакуума зависит от частоты вибрации лежащего в основе квантового поля.

Теперь, если мы хотим вычислить плотность энергии пустого пространства в результате вклада этих вакуумных флуктуаций, мы должны просуммировать все возможные частоты, соответствующие всем возможным вакуумным флуктуациям. Но ведь раз частота флуктуаций вакуума стремится к бесконечности, то и энергия этих флуктуаций будет бесконечной. Что же пошло не так? Дело в том, что в основе наших рассуждений прячется предположение о существовании бесконечно малых промежутков времени и пространства. И тут мы должны вспомнить про ограничение наших теорий на планковских масштабах.

Большинство физиков согласны с тем, что при использовании принципа неопределённости Гейзенберга для расчёта вклада в плотность энергии вакуума, мы должны использовать время Планка как темпоральную точку отсечения, ограничивающую максимальное количество энергии, которое может внести флуктуация вакуума. Эта энергия зовётся энергией Планка. Мы можем использовать её для вычисления максимально возможной плотности энергии, обусловленной квантовыми флуктуациями.

Для этого мы предположим, что количество энергии, равное планковской энергии, содержится в минимально возможном объёме пространства — планковской длине в кубе:

Если мы подставим числовые значения всех констант, то обнаружим, что предсказанная плотность энергии вакуума составляет приблизительно 10 в степени 114 джоулей на метр кубический, что является невероятно большой плотностью. Эта энергия имеет массу, эквивалентную примерно 10 в 97 килограммам на кубический метр, что действительно непостижимо. Это равносильно сжатию массы миллиарда триллионов триллионов триллионов галактик Андромеды в один кубический миллиметр, и вся эта энергия, как предсказывается, существует в результате квантовых флуктуаций, вытекающих из нашей самой успешной теории фундаментальной физики. Так как же это предсказанное значение сопоставляется с наблюдаемой плотностью энергии вакуума и, если на то пошло, как космологи экспериментально измеряют плотность энергии вакуума? Чтобы ответить на эти вопросы, давайте ненадолго вернёмся к уравнению Фридмана.

Мы видим, что есть три основных вклада в плотность энергии — это плотность, обусловленная содержанием материи во Вселенной, предположительная плотность энергии вакуума, которую мы только что обсуждали, и слагаемое, которое мы можем свободно интерпретировать как плотность энергии, обусловленную кривизной пространства. Одной из больших задач экспериментальной космологии является измерение значений этих трёх вкладов в общую плотность энергии Вселенной. За последние несколько десятилетий было использовано несколько различных методов для измерения и ограничения возможных значений этих параметров. В частности, наблюдение светимости сверхновых типа Ia вместе с измерениями небольших неоднородностей в космическом микроволновом фоновом излучении наложили жёсткие ограничения на измеренные значения плотности энергии.

В настоящее время, согласно самым последним экспериментальным данным, плотность энергии, обусловленная содержанием материи во Вселенной, составляет примерно 30 процентов от критической плотности, в то время как плотность энергии, обусловленная кривизной пространства, близка к нулю. Другими словами, кажется, что Вселенная пространственно плоская и что параметр каппа, с которым мы столкнулись ранее, равен нулю. Наконец, измерение ускорения расширения Вселенной предполагает, что плотность энергии за счёт тёмной энергии составляет около 70 процентов от критической плотности и поэтому мы видим, что если сложить все вклады, то общая плотность энергии Вселенной на самом деле удивительно близка к критической плотности и поэтому кажется, что мы живём в тонко сбалансированной пространственно плоской Вселенной.

Стоит также отметить, что детальные измерения скорости вращения галактик показывают, что на долю видимой материи приходится лишь около четырёх процентов энергетического содержания Вселенной, в то время как около 26 процентов этого содержания обусловлено присутствием тёмной материи. Как следует из названия, это материя, невзаимодействующая со светом, и поэтому мы не можем её увидеть. Подробное обсуждение тёмной материи вынесем в следующую статью, но сейчас важно сосредоточиться на том, что в плотности энергии нашей вселенной полностью доминируют тёмная материя и тёмная энергия, тогда как видимая материя, содержащаяся во всех звёздах и галактиках и в нас с вами, составляет лишь крошечную долю. Так как же измеренное значение плотности тёмной энергии сопоставляется с теоретическим значением, которое мы рассчитали ранее?

Если вы помните, предсказанное теоретическое значение было ошеломляющим — 10 в степени 114 джоулей на метр кубический, тогда как измеренное значение составляет примерно 70 процентов от критической плотности энергии, которая составляет около 10 в минус 10 джоулей на метр кубический, и таким образом, мы видим, что предсказанное значение в 10 в степени 124 раз больше, чем измеренное. Это, без сомнения, худшее несоответствие между предсказаниями и наблюдениями в истории физики, и именно это несоответствие лежит в основе одной из величайших нерешённых проблем фундаментальной науки — так называемой проблемы космологической постоянной, также известной как вакуумная катастрофа. Катастрофичность заключается в том, что Вселенная, подчиняющаяся предсказаниям нашей теории, должна удваиваться в размерах за каждое мгновение немногим большее, чем планковское время. И всё должно было быть разорванным на части в первые же моменты существования Вселенной.

▍ Решение проблемы

Что-то явно не так, но трудно определить, где именно ошибка. Очевидно, что приведённый выше вывод основывается на многих предположениях. Например, мы предположили, что Вселенная однородна и изотропна и что гравитация хорошо описывается общей теорией относительности. Это означает, что априори проблема космологической постоянной существует только в этом контексте. Мы также неявно предположили, что причиной ускоренного расширения является энергия вакуума, в чём можно было бы усомниться. На самом деле, можно построить модели, в которых Вселенная ускоряется из-за какого-то нового источника материи. Это, например, случай моделей квинтэссенции и/или галилеонов, где за ускорение отвечает скалярное поле. Однако это не решает проблему космологической постоянной, поскольку, даже если источником ускорения является некая таинственная субстанция, у нас всё равно остаётся проблема несоответствия плотности энергии вакуума критической плотности. Даже если тёмная энергия не является космологической постоянной, наблюдение, что плотность энергии сегодня является критической плотностью энергии, сильно ограничивает значение лямбда-члена.

С другой стороны, есть один очень простой способ решить эту проблему. Можно было бы предположить, что квантовое значение энергии вакуума по существу является поправкой к уже существующему классическому значению. Другими словами, мы просто утверждаем, что измеренное значение космологической постоянной является разницей между классическим и квантовым вкладом. Просто так совпало, что квантовый и классический мир компенсируют друг друга с точностью до 124 знаков после запятой. После утверждения о такой тонкой настройке некоторые начинают говорить что-то про разумного творца, но большинство останавливаются на пресловутом антропном принципе — вселенных, дескать, много, а мы в той, что по параметрам подошла. Для любителей теории струн и многих вселенных тонкая настройка должна быть приемлемым вариантом.

Иные предложения предполагают модификацию гравитации с целью отказа от общей теории относительности. Эти предложения сталкиваются с тем препятствием, что результаты наблюдений и экспериментов до сих пор, как правило, чрезвычайно хорошо согласуются с релятивизмом и ΛCDM-моделью. Кроме того, некоторые из предложений являются неполными, поскольку они решают проблему космологической постоянной, положив её значение равным нулю, а не крошечному числу, при этом не объясняя, почему квантовые флуктуации, по-видимому, не могут произвести существенную энергию вакуума.

Опять-таки существуют мнения, что проблема во многом надумана. Например, если тщательно учесть все тонкие эффекты (шутка ли, девять сотен формул отборной теории поля: arxiv.org/abs/1205.3365), то самая большая ошибка физики приблизится к 54 порядкам. А если плотность энергии квантового вакуума моделируется как флуктуирующее квантовое поле гравитирующее несколько иначе, чем представляется обычно, то проблема космологической постоянной просто не возникает ( arxiv.org/abs/1703.00543 +ответ (sci-hub), +ответ на ответ (sci-hub) ).

Так или иначе, статьи решающие проблему космологической постоянной появляются с завидной регулярностью. Вовсю идёт процесс генерации новых теорий, а всё более точные эксперименты их отсеивают. Так что с нетерпением ждём готовности «Джеймса Уэбба» вместе с прочими долгостроями и наслаждаемся происходящей научной революцией.

▍ Источники и материалы для дальнейшего погружения

• Dark Energy and the Vacuum Catastrophe
• Quantum Field Theory: What is a particle?
• Тёмная энергия во Вселенной
• wikipedia.org/ Cosmological constant problem
• Everything You Always Wanted To Know About The Cosmological Constant Problem
• Утечки энергии решили проблему космологической постоянной
• Тёмную материю и тёмную энергию заменили отрицательной массой
• Resolving the Vacuum Catastrophe: A Generalized Holographic Approach
• Ned Wright’s Cosmology Tutorial
• Adventures in Friedmann Cosmology
• Ранняя вселенная 4. Кинематика однородной расширяющейся вселенной
• Космология. Подробный разбор решения Фридмана
• Краткая история Лямбды, или почему Итан привирает
• Визуализация решений уравнения Фридмана на julia и на python

Современная физика находится в глубочайшем кризисе, который сравним, а может и превышает, кризис науки начала двадцатого века. Главной особенностью этого кризиса, в отличие от иных, имевших место в истории науки, это неосознание кризисного положения физическим большинством, его вера в то, что физика развивается в правильном направлении. Но благодаря этому кризису физика оказалась неспособной решать стоящие перед ней задачи и погрузилась в область патологической физики (по определению лауреата Нобелевской премии академика АН СССР Л.Д.Ландау). Методы научные в ней зачастую заняли методы мистического «законотворчества». Таковы представления о ненабюдаемых, невидимых,  непознаваемых сущностях, расплодившихся в современной физике.

Этот кризис связан, прежде всего, с тремя центральными ложными идеями, которые порой насчитывают более чем трехвековую историю и привязаны к трем «великим», по современному научному мифотворчеству, личностям, играющим в современной физике демоническую роль.

Первая ложная идея

Первая и наиболее древняя ложная идея, насчитывающая более чем трехвековую историю связана с именем сэра Исаака Ньютона, представляющегося в глазах современного общества величайшим в истории человечества ученым, есть идея гравитационных сил и всемирного тяготения.

Во времена Ньютона, более трех веков назад не были известны ни электрические, ни ядерные, ни иные причины движений. Единственными средствами механического передвижения были лошадь с повозкой, да парус или весельная лодка по воде. И вот механизм движения лошади с повозкой Ньютон распространил на планетно-солнечный механизм. Солнце есть лошадь, которая управляет движением телег  ̶  планет. Более того, этот механизм приобрел тоталитарность, всемирность. Ибо солнечная телега-планета в свою очередь является лошадью по отношению к механическим объектам второго порядка спутникам и лунам и т.д. Эта всеобщность прямо соответствует церковной иерархической структуре, где папа-отец, управляет всеми католиками и прежде всего епископами, которые, в свою очередь, управляют своими прихожанами и т.д.  Вот почему эта идея иерархической всемирности гравитации получила такое широкое признание.

Но эта система хороша при тотальной всемирной единой системе. Но как только объект попадает в поле действия нескольких «лошадей», например, христианства и ислама, так система дает сбой.

Аналогично с этим, всемирное тяготения более или менее давало подтверждаемые ответы при строго иерархической системе силового воздействия, фактически, в иерархической системе двух тел. Но как только механический объект попадал в поле нескольких «сил», так вся система рушилась и теория оказывалась бессильной и неверной. Так возникло множество сбоев движения космических аппаратов в области действия нескольких гравитационных объектов, например, Солнца, Земли, Луны и пр. А там, где каждый объект ансамбля есть одновременно и лошадь, и телега по отношению к иным членам ансамбля, там закон всемирного тяготения и основанная на нем кинематика движения рушилась и для их сохранения пришлось прибегать к мистике невидимых, неслышимых, ненаблюдаемых воздействий почище астрологических кармических штучек. Так произошло в теории галактик, в которых, в соответствии с теорией Ньютона, должно было наблюдаться уменьшение скорости движения звезд по мере их удаления от центра, а реальность оказалась прямо противоположной.

Оказалось, что перенос законов ньютоновской механики макромира на иной масштабный уровень – например, уровень микромира – уже привел к полному фиаско этой механики в микромире. Но и перенос законов макромира на мегамир – мир астрономических и космологических масштабов – тоже демонстрирует крушение ньютоновской механики в сфере мегамира (за небольшим исключением механики двух тел). А если учесть, что мегамир стал полем практической научной и технической деятельности и даже существования человека, то кризис механики налицо. И этот кризис распространяется все шире, для латания какового сочиняют все более бредовые типа научных представлений.

Ложность идеи гравитационных сил настолько очевидна, что только научной сверхслепотой можно объяснить ее существование до настоящего времени. Действительно, рассмотрим простейший пример стоящего на Земле человека. На него со стороны поверхности Земли действует вертикально направленная и приложенная к его стопам сила, которая препятствует падению человека к центру Земли. И это сила есть сила твердости и упругости земной поверхности, имеющая чисто электрическое происхождение. По закону равенства действия и противодействия со стороны стоп человека к земной поверхности приложена противодействующая сила – сила упругости стоп и твердости человеческого скелета. И это все силы электрического происхождения. Никаких третьих сил в этом силовом контакте нет. В том числе и мифических гравитационных сил. Нет никаких гравитационных сил в состоянии невесомости при свободном (инерциальном) движении тел в гравитационном поле (например, космонавтов на космической станции в поле Земли, планет и комет в солнечном гравитационном поле, звезд в галактическом гравитационном поле, галактик в космологическом гравитационном поле и т.д.).  Гравитация не есть силовой феномен, потому и нет ни гравитационных сил, ни всемирного тяготения, это сугубо кинематический феномен, тотально изменяющий характеристики свободного (инерциального) движения механических объектов в областях пространства близких к скоплениям масс.

Силы появляются только когда электрическое (или ядерное или иное) воздействие препятствует этому свободному инерциальному движению, например, приданием окружающему материальному пространству свойств твердости  или упругости. Силы возникают из иных, негравитационных источников, гравитация лишь придает проявлениям этих сил ту или иную форму. Вот главная ошибка концепции всемирного тяготения Ньютона, возникшая из перенесения законов макромира теперь уже на мегамир.

Силовая гравитационная теория Ньютона особенно ясно проявила свою фальшивую сущность с началом эры космоса. Понятия «невесомости» не существовало ни для Ньютона, ни для Лапласа и Пуанкаре. Открытие феномена невесомости при выходе человечества в космос явилось шоком для механики. Недаром сам термин «невесомость» появился в учебниках и энциклопедиях лишь в начале семидесятых годов прошлого века. Если посмотреть существующие энциклопедии или справочники, например, в интернете, поражает разнобой и невнятность ее описания, и отсутствие связи этого понятия с главными, фундаментальными понятиями ньютоновской механики. А ведь в космосе и практической космонавтике «невесомость» есть важнейшее механическое понятие и характеристика.

Вторая бредовая идея

Вторая бредовая идея связана с другим «гением» физики – Людвигом Больцманом. Он ее не сформулировал прямо, а ввел «де-факто». Она связана с распределением температур в гравитационном поле. В докторской диссертации 1866 года он рассмотрел вопрос о распределении давления с высотой в атмосфере Земли. Но для решения этой проблемы требовалось сделать определенные гипотезы о распределении температур в гравитационном поле. И он принял, что в состояние термодинамического равновесия (отсутствия тепловых потоков) температура характеризуется универсальным законом постоянства ее вне зависимости от каких бы то ни было условий.

Это положение сразу же раскритиковал его руководитель И.Лодшмидт, который справедливо указал, что температура в атмосфере Земли падает с высотой, и потому закон изотермизма для равновесной среды в гравитационном поле не может иметь места. Но Больцман отверг эту критику и продолжал настаивать на своем.

В дальнейшем Больцман приобрел большой авторитет в физике и его распределение температуры и давления в атмосфере получило официальное признание Этим самым де-факто было признано и представление об изотермичности термодинамически равновесных сред в гравитационном поле (отметим, что это представление отвергал еще К.Э.Циолковский).

Но оно полностью отвергается реальной практикой и наблюдением. Всюду – в атмосфере, морях и океанах, внутри планет и звезд имеем переменную температуру. Причем все большие системы, как правило, находятся в состоянии близком к равновесному.  Но постоянство температур почти не встречается в гравитационных системах.

Более того, в газотермодинамике издавна принято считать, что термодинамически равновесное состояние газа является не изотермическим, а изэнтропным, что полностью подтверждается практикой адиабатных течений и что, надо полагать, и явилось основой высокой эффективности этой науки в разнообразных практических приложениях.

В метеорологии в качестве стандартной (стационарной) атмосферы принята атмосфера с температурным распределением по высоте близким к изэнтропному, но отнюдь не изотермическая.

Ошибочное распределение Больцмана, из которого вытекала изотермичность любых термодинамически равновесных сред, практически закрыло возможность создания научной гравитационной термодинамики и теплофизики. А именно эта наука должна лежать в основе множества других наук – астрофизики, планетологии, метеорологии, энергетики и т.п. Только отказ от вредного наследия Людвига Больцмана и прежде всего его концепции изотермии термодинамически равновесных сред, в том числе и в гравитационном поле, позволит создать подлинно научную гравитационную термодинамику и теплофизику, на базе которой станет возможным исследование многочисленных систем и сред в гравитационном поле –звезд и планет, морей и океанов, атмосфер, энергетических и отопительных систем и многого другого.

Покажем на простом примере к каким нелепостям приводит концепция изотермии термодинамически равновесных систем.

Согласно преставлениям современной звездной астрофизики и планетологии температура в этих небесных мегаобъектах растет по направлению к их центру и в центре достигает максимума. Но из принципа изотермизма Больцмана следует, что в термодинамически неравновесных системах тепловой поток всегда идет от областей с высокой температурой к областям с низкой. Следовательно, в рассматриваемых небесных телах тепловой поток идет от их центра к периферии. Значит, в центре должен находиться некоторый тепловой (энергетический) источник, снабжающий своей энергией все небесное тело. Но центр есть всего лишь точка в геометрическом описании этих объектов. Спрашивается, как может точка небесного тела стать источником энергии для всего небесного тела? Какой такой в ней может быть источник энергии бесконечной удельной интенсивности? Таково следствие для астрофизики из неверной больцмановской концепции.  Эта неверная концепция фактически закрыла возможность создания астрофизики звезд и физической планетологии. Да их фактически и не существует.

Третья супербредовая идея

Эта новая супербредовая идея возникла в начале прошлого века как раз из представления  о недостаточной корректности ньютоновской механики в области мегамира.

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал статью «К электродинамике движущихся сред», в которой обосновал неньютоновскую кинематику быстрых, околосветовых движений в негравитационных пространствах в инерциальных системах отсчета.

Стало очевидным, что и ньютоновская гравитационнвя теория также нуждается в модернизации или замене.

В 1907 году Эйнштейн выдвинул новую концепцию гравитации. По этой концепции свободное (инерциальное) движение механических объектов в гравитационном поле аналогично таковому же в негравитирующем пространстве в неинерциальной системе отсчета. Этой концепции гравитации он дал название «принцип эквивалентности». Это была поистине революционное представление. Ведь из нее следовало, что гравитация есть изменение систем отсчета и движение тел в гравитационном пространстве не зависит ни от каких материальных характеристик движущихся объектов, аналогично тому как движения в неинерциальных системах любых объектов зависят только от системы отсчета и начальных кинематических характеристик объекта и не зависят от каких-либо собственных материальных характеристик наблюдаемых тел. Действительно, возможно неограниченное количество наблюдателей, рассматривающих движение одного и того же тела в своих системах отсчета, каковые рассмотрения, естественно, не могу влиять на собственные, имманентные, вещественные характеристики наблюдаемого тела. Свободное, инерциальное движение есть таковое во всех системах отсчета вне зависимости от того, каковы эти описания у конкретных наблюдателей.  Отсюда из принципа эквивалентности следует, что и на свободные тела в гравитационном поле не действуют никакие физические силы, их движение является инерциальным. Другими словами, концепция гравитационных сил и всемирного тяготения на этом рушится.  Кинематика тел в гравитационном поле не зависит от свойств этих тел в отличие, к примеру, от электрического поля, которое по разному действует на движение различных тела (в зависимости от их электрических зарядов и масс). Фактически, концепция эквивалентности отрицает главный ньютоновский концепт – концепт гравитационных сил, концепт гравитационного (всемирного) тяготения.

И неожиданно происходит нечто никогда ранее не случавшееся в истории науки. Автор выдающегося, гениального открытия вдруг отказывается от него и переходит к откровенно бредовой, супербредовой концепции гравитации. Это произошло в 1913 году, и эта бредовая идея получила название «общая теория относительности». Один из самых главных цивилизационных концептов есть концепт единства и неизменности эталонов и мер. Эталоны и меры должны быть едины и неизменны в Европе или в Антартиде, на Луне или в созвездии Бетельгейзе. Но именно на этот цивилизациесозидающий концепт Эйнштейн поднял руку и отбросил для достижения некоей «всеобщей ковариантности». Даже нет смысла разбирать, что это значит. Меры и эталоны – это святое, их недопустимо менять ни для каких целей. Подтасовка мер и весов имеет в современном мире статус уголовного деяния. И вот именно это и предложено Эйнштейном в своей новой «теории» гравитации. И хотя у этой «теории» много противников, но в «официальной» науке она признана в качестве «научной теории гравитации», якобы,  развивающей ньютоновскую теорию.

В результате этого гравитационная наука погрузилась в полную патологию типа исследования первых микросекунд «творения мира», она обогатилась феноменом принципиально недоступных для познания областей нашего мира, она обогатилась высосанными буквально из пальца всеобщими законами мира, не имеющими ни малейшего основания в современной наблюдательной астрономии.

Силы, как правило, имеют электрическое происхождение. Гравитация создает лишь предпосылки для их появления. Например, все элемента Земли находятся в гравитационном поле Земли и в свободном состоянии двигались бы к центру Земли. Но электрические силы твердости или упругости земного массива препятствуют этим движениям. Таким образом, гравитация создает некоторые кинематические предпосылки, реализации которых, однако, препятствуют электрические силы. Именно электро-гравитационный симбиоз и создает богатство материального мира.

Физике пора исключить гравитацию из списка фундаментальных силовых взаимодействий, гравитация кинематический феномен, а не силовой.

Механике нужно вернуться к первоначальной идее Эйнштейна на основе принципа эквивалентности. Но для этого предварительно нужно создать общую теорию кинематики неинерциальных систем отсчета в негравитационном пространстве, каковой до сих пор не существует. В современной механике используются неинерциальные системы отсчета простейшего вида, к примеру, равномерно вращающиеся, равномерно поступательно движущиеся и т.п., причем по преимуществу такие, в которых наблюдаемый объект неподвижен. Отсутствие такой теории и было, возможно, причиной отказа Эйнштейна от концепции гравитации на базе принципа эквивалентности.

Выводы

Для создания современной механики и физики необходимо:

{C}{C}{C}1.                  {C}{C}Отказаться от концепции гравитационных сил и ньютоновского закона всемирного тяготения. Гравитация изменяет свойства окружающего пространства, в результате чего инерциальное движение в нем механических объектов имеет не равномерно-прямолинейный, а более сложный характер, причем от имманентных характеристик самого движущегося объекта оно не зависит.

{C}{C}{C}2.                  {C}{C}Основным формо- и материально образующим механизмом мира является взаимодействие гравитационной кинематики и электрической динамометрики.

{C}{C}{C}3.                  {C}{C}Отказ от больцмановской концепции изотермизма термодинамически равновесных сред, в том числе в гравитационном поле, с заменой его принципом изэнтропизма (как в существующей газотермодинамике горизонтальных течений).

{C}{C}{C}4.                  {C}{C}Недопущение использования переменных мер, метрик и эталонов.

{C}{C}{C}5.                  {C}{C}Отказ от ОТО Эйнштейна и разработка гравитационной теории на основе выдвинутого им ранее принципа эквивалентности кинематики гравитационных движений и инерционных движений в неинерциальных системах отсчета.

Уникальность нынешнего кризиса в области физики состоит в том, что выход из него состоит, фактически, к возврату к отброшенным физическим представлениям прошлых лет и даже веков

– в области механики возврат от силовой концепции Ньютона к  кинематическим представлениям птолемеевской эпохи о гравитационных движениях;

– в области термодинамики равновесных систем к изэнтропному закону равновесия, введенному в газодинамику еще Эйлером;

– в области гравитации к принципу эквивалентности, выдвинутым Эйнштейном  и отброшенным им в процессе создания общей теории относительности.

Москва, 2016-08-12

Вернер Гейзенберг высказал очень точное замечание о порочности «экспериментов в пространственно-временном мiре»:

«Наши усложнённые эксперименты представляют природу не саму по себе, а изменённую… под влиянием исследовательской деятельности… И здесь мы снова наталкиваемся на непреодолимые границы человеческого познания». [Гейзенберг, 1963].

Но утрата античного представления об органической сущности природы произошла ещё в первом столетии до Рождества Христова, когда Цицерон (мнящий себя последователем Платона) ввел слово «materia» в качестве перевода греческого ὑλή (вещество), хотя оно отличается от латинского materia именно тем, что «materia» – это ὑλή, взятое в момент его наблюдения, a ὑλή включает в себя все моменты существования вещественного предмета, всю его биографию.

«Классическое» физическое пространство отличается от «классического» числового тем, что, по замечанию Германа Вейля, «в то время как континуум действительных чисел состоит из самых настоящих индивидов, континуум точек времени и пространства однороден» [Вейль, 1989]. Но реальное физическое пространство, т. е. пространство гилетическое, столь же неоднородно, как и пространство числовое, так как образующие его гилетические числа суть индивиды. «Мировые линии» этих индивидов в числовом континууме суть гиперкомплексные компоненты гилетического числа в его реальной жизни.

Внутреннее пространство трёхмерной сферы представляет собой гигантскую многомерную голограмму, содержащую в каждой своей точке (не только поверхности, но и всей «толщи» четырёхмерного пространства) информацию (память) обо всех совершившихся событиях, на каких бы пространственных и временных расстояниях они ни находились.

Идея многомерности физического пространства нашла свое выражение в «теории струн», согласно которой физическое пространство имеет более четырех измерений, что делает возможным не только «одновременное» (правильнее – «вечное») сосуществование всех времен «нашей» Вселенной, но и параллельное существование нескольких Вселенных, с возможностью корреляционной связи между ними.

Многомерностью Вселенной можно объяснить необъяснимые в «трехмерной» парадигме явления, такие, как параллелизм между объектами совершенно различных масштабных уровней, например – между биологическими и космическими объектами.

Как известно, корреляция не предполагает причинно-следственной связи. По мнению Бриллюэна, закон корреляции позволяет вообще отказаться от понятия причинности. Каузальной зависимости противостоит не статистическая зависимость (которая может быть приближенным представлением все той же каузальной зависимости), а зависимость корреляционная.

Согласно классической теории вероятности, для независимых случайных величин коэффициент корреляции равен нулю. Это дает возможность интерпретировать любое ненулевое значение корреляции в качестве меры информации, содержащейся во «входном сигнале», который воспринимается и запоминается живым существом.

Конструируемые математиками числовые пространства должны отражать свойства реально существующего физического пространства, иметь, подобно ему, «измерение памяти», а сами числа – обладать теми же самыми квантовыми свойствами, которыми обладают физические объекты. Подобно тому, как физическое пространство не существует без вещества, а представляет собой поле определенной кривизны, – так и реальное числовое пространство не может существовать без образующих его чисел. При этом пространство рациональных чисел – лишь координатная сетка, наброшенная на физический мiр, и большой ошибкой было бы отождествление её с самим мiром.

Любое событие можно рассматривать как сохранение памяти в несепарабельном (нелокализованном) состоянии гилетического числа. Память о каждом событии, в несепарабельном (нелокализованном) состоянии гилетического числа, присутствует во всём объёме пространственно-временного континуума. Истинной «элементарным объектом» вещества (как бы он не назывался – «частицей или волной») является именно число.

Интуиция подсказывает, что именно так устроена память любого живого существа. Процессы запоминания, мышления и воспроизведения памяти не могут быть полностью сведены к элементарным арифметическим операциям: мощность несводимых операций неизмеримо превосходит счётное множество сводимых, до сих пор являющихся базой современной информатики.

«Из аксионной гипотезы следует, что одна и та же точка пространства в каждый момент времени принадлежит разным Целым, например, клетка, человек, биосфера, солнечная система, галактика и т.д. Это противоречие разрешается тем, что точка – многоуровневое явление, каждый из уровней которой связан с организацией и синхронизацией процессов в каждом из целых» [Татур, 2018]. На наш взгляд, это утверждение можно подтвердить проиллюстрировать таким явлением, как параллелизм между объектами совершенно различных масштабных уровней, например – между живыми и космическими объектами.

В отличие от косной «материи» в понимании сегодняшней западноевропейской физики, ὑλή – это оформленная материя.

По словам В.Ю. Татура, «Мысль же это замкнутая, а потому ограниченная, последовательность Отображений. Первомысль, или эйдос, это мысль сама в себе и для себя – Монада.

Но материя – это оформленная субстанция, т.е. так же определенным образом замкнутая последовательность отображений. От этой последовательности и зависит первоформа. Поэтому первомысль есть первоформа субстанции и сущность границы материи. Таким образом, одномоментно, при возникновении замкнутой последовательности Отображений появляются мысль, материя и число. О последнем, т.е. числе, можно говорить, поскольку появляется граница и выделенность.

Эти первомысли, или эйдосы, есть материальные образования, составляющие субстанциональную основу слабой метрики – такой формы материи, для которой нет понятий протяженность и длительность. Монады взаимодействуют между собой через отображения, т.е. это аналог несиловой коррелятивной связи. Движение здесь – это установление определенных связей между разными монадами, фактически это аналог человеческих текстов в виде связи различных первомыслей. Можно сказать о пространстве Идей и Смыслов.

Именно из слабой метрики, из взаимодействия монад, рождается наше пространство и время, как протяженность и длительность. Поэтому весь мир наш, Космос, – это определенным образом организованная Первомысль, или Слово. У него есть Идея и Смысл.

У каждой формы монады появляется в нашем мире вибрационный рисунок, т.е. каждой мысли соответствует определенная вибрация Космоса. Вибрациями держится целостность объектов и определяется их жизнестойкость» [Татур, 2011].

В работе «Иерархия мира Н.О. Лосского» В.Ю. Татур развивает эту мысль: «Мир Слабой метрики, мир монад и гипердействительных чисел можно сопоставить со вторым и третьим уровнем иерархии бытия Н.О. Лосского. В этом мире любой пространственно-временной объект представляется в виде монады. Человек, как организм, так же предстает в виде монады, в которой отображаются все другие. Но в монаде объекта отражены все ее взаимодействия, вся ее история. Поэтому, отображаясь в монаде человека, монада объекта несет в себе и характер поведения этого объекта при разных взаимодействиях. Иначе говоря, человек действительно может, не проводя экспериментов в пространственно-временном мире, познавать объект. В рамках гипотезы о слабой метрике, как новой форме материи интуитивизм Н.О. Лосского получает материальную основу, если под материей понимать оформленную субстанцию, а не только то, что дается нам в чувственных отношениях» [Татур, 2013].

Корреляция физическая (понимаемая как несиловая связь) – не омоним математической корреляции, а ее конкретное вещественное выражение, проявляемое в формах усвоения и актуализации информационных блоков и применимое ко всем видам несиловой связи между системами любой природы [Татур, 1990]. Корреляция – это не передача информации из «одной точки пространства в другую», а перевод информации из динамийного состояния суперпозиции – в энергийное, при котором математические объекты, приобретая энергийный статус, становятся объектами физического мiра. (При этом их исходный математический статус никуда не пропадает, то есть физический статус не отменяет статус математический, а лишь добавляется к нему!

Математика корреляций (в обоих смыслах этого слова – и математическом, и физическом) призвана стать математическим аппаратом не только «физики косного вещества» (вместо искусственно приспособленного к ней, наподобие знаменитых «эпициклов» в геоцентрических системах, громоздкого математического аппарата, основанного на редукционистской математике Нового времени), но будет приложима и к исследованию живых систем.

Новую математическую дисциплину, предметом которой будет корреляционное взаимодействие монад, можно будет назвать корреляционным исчислением. Корреляционное исчисление не может быть сведено к применяемому в математической статистике корреляционному анализу. Именно оно станет математическим аппаратом Физики Реального Мiра, возвращая всем этим понятиям их исконный смысл!

В. Б. Кудрин

Источник.

.

Ошибки в создании теории образования «плазменного кристалла» в низкотемпературной плазме и в области экстремальных состояний вещества в работах академика Фортова В. Е.

Цитатa 1 [1] В апреле 2005 года академик Владимир Евгеньевич Фортов получил престижную международную награду — золотую медаль имени Альберта Эйнштейна, присуждённую ему за выдающийся вклад в развитие физической науки и международного научного сотрудничества.
Научные работы академика Фортова лежат в области физики экстремальных состояний вещества, включая плазму.
Плазма — самое распространённое состояние вещества в природе: по оценкам, в этом состоянии находится примерно 95% обычной материи во Вселенной. Свойства плазмы составляют основу современных технологий, плазма излучает свет в электроразрядных лампах, создаёт цветное изображение в плазменных панелях.
В плазменных реакторах потоки плазмы используют для производства микросхем, упрочнения металлов и очистки поверхностей. Плазменные установки перерабатывают отходы и производят энергию.
Физика плазмы — активно развивающаяся область науки, в которой по сей день совершаются удивительные открытия, наблюдаются необычные явления, требующие понимания и объяснения.
Одно из интереснейших явлений в низкотемпературной плазме сопровождается образованием «плазменного кристалла» – есть пространственно-упорядоченной структуры из мелкодисперсных частиц плазменной пыли.

Физика плазмы — активно развивающаяся область науки, в которой по сей день совершаются удивительные открытия, наблюдаются необычные явления, требующие понимания и объяснения.

Цитата 2 (теоретическое смысловое понимание и объяснение теории) [2] Размеры пылевых частиц относительно велики — от долей микрона до нескольких десятков, иногда сотен микрон.
Их заряд может иметь чрезвычайно большую величину и превышать заряд электрона в сотни и даже в сотни тысяч раз.
В результате средняя кулоновская энергия взаимодействия частиц, пропорциональная квадрату заряда, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию.
Получается плазма, которую называют сильно-неидеальной, поскольку её поведение не подчиняется законам идеального газа. (Напомним, что плазму можно рассматривать как идеальный газ, если энергия взаимодействия частиц много меньше их тепловой энергии).
Теоретические расчёты равновесных свойств пылевой плазмы показывают, что при некоторых условиях сильное электростатическое взаимодействие «берет верх» над низкой тепловой энергией и заставляет заряженные частицы выстраиваться в пространстве определённым образом.
Образуется упорядоченная структура, которая получила название кулоновского или плазменного кристалла.

Известный в научном мире, уважаемый академик Фортов В. Е. бесспорно имеет явные практические успехи в области физики экстремальных состояний вещества, включая плазму, в разработке технологий получения кулоновского или плазменного кристалла.
Однако известный в науке учёный, избранный Президентом РАН продолжает объяснять физику плазмы электростатическим взаимодействием – кулоновской энергией взаимодействия частиц.
Видимо, уважаемый Владимир Евгеньевич не знает, что кроме слабой энергии электростатического взаимодействия в природе существует мощная энергия неэлектростатического (не кулоновского) электрического взаимодействия.
Кроме монопольных электростатических кулоновских зарядов в структурах стабильных элементарных частиц электронов, позитронов, протонов и антипротонов существуют двухполюсные электрические заряды, известные в науке как спины частиц. Природа происхождения спина – электрическая.
Двухполюсный электрический заряд – спин элементарной частицы построен из монопольных электростатических (кулоновских) зарядов противоположных знаков полярности, расположенных последовательно и образующих спиновую электрическую трубку.
Батарея электростатических (кулоновских) зарядов в спиновой электрической трубке проявляется двухполюсным неэлектростатическим (не кулоновским) зарядом – спином.
Вот как автор теории объясняет природу происхождения чрезвычайно больших зарядов пылевых частиц в сильно-неидеальной плазме:
Цитата: Размеры пылевых частиц относительно велики — от долей микрона до нескольких десятков, иногда сотен микрон.
Их заряд может иметь чрезвычайно большую величину и превышать заряд электрона в сотни и даже в сотни тысяч раз.
По теории автора пылевая частица должна быть построена из ионов атомов. Ион – одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения к атому или молекуле одного или нескольких электронов. Если заряд пылевой частицы имеет чрезвычайно большую величину, может превышать заряд электрона в сотни тысяч раз, тогда она построена из ионов одного знака полярности.
Ошибку автора легко доказать, необходимо определить массу пылевой частицы для определения количества атомов в её структуре. Заряд пылевой частицы по электростатической теории автора не может превышать количество атомов в пылевой частице. Утверждаю, что это не так – заряд пылевой частицы превышает количество атомов в структуре пылевой частицы. Следовательно, теория автора о электростатической природе происхождения зарядов пылевых частиц в сильно-неидеальной (не равновесной) плазме несостоятельна.
Батареи электростатических зарядов «спрятаны» в спинах протонов ядер атомов пылевой частицы — нейтрализованы через индуцированное неэлектростатическое поле. Силовые линии непотенциального электрического поля замкнуты, начинаются у положительного полюса батареи электростатических зарядов (спина) и заканчиваются на отрицательном электрическом полюсе. Непотенциальное электрическое поле нейтрализации двухполюсного электрического заряда проявляется и магнитным полем спина элементарной частицы, атома. Доказательство (классическая электродинамика Максвелла-Лоренца):
Цитата. Электромагнитное поле – вид материи, фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами (зарядами), а также с телами (зарядами), имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Электромагнитное поле – это совокупность электрического и магнитного полей, которые в определённых условиях порождают друг друга, являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.
В сильном электрическом поле батареи электростатических зарядов (спин) атомов в структуре пылевых частиц и между пылевыми частицами выстраивают замкнутые последовательные электрические цепи нейтрализации. Силовые замкнутые линии нейтрализации спинов атомов раскрываются и выстраивают коллективное электрическое (электромагнитное) поле.
Подобный процесс происходит в опытах с последовательным построением единого большого магнита из меньших магнитов. Замкнутые силовые линии магнитного поля каждого бруска магнита раскрываются и образуют коллективную систему замкнутых силовых линий в последовательной цепи построенного коллективного магнита. В естественном бруске магнита раскрыты двухполюсные электрические заряды атомов железа, образовали последовательную электрическую цепь нейтрализации через индуцирование коллективного непотенциального электрического поля.
Для того, чтобы непотенциальное электрическое поле превратилось в магнитное поле необходимо выполнить основное условие Максвелла-Лоренца: — дипольные электрические моменты должны проявиться дипольными магнитными моментами!
Какие силы в бруске естественного магнита превращают дипольные электрические моменты в дипольные магнитные моменты? Атомы углерода!
Из мягкого железа построить естественный магнит не удаётся, но мягкое железо великолепный магнитопровод. В мягком железе недостаточно примесей – атомов углерода, поэтому отсутствует система влияния на дипольные электрические поля в бруске железа.
Батареи электрических зарядов спина атомов углерода в бруске магнита, также пытаются выстроить единую систему нейтрализации двухполюсных зарядов вместе с атомами железа, но только пытаются. В кристаллической структуре бруска магнита атомы железа выстраивают элементарные ячейки. Атомы углерода выстраивают собственную систему нейтрализации спинов в структуре бруска магнита и слабо связаны с элементарными ячейками железа и поэтому не могут создавать единую стабильную систему нейтрализации совместно с атомами железа.
По сути, атомы углерода в бруске магнита – это реле-прерыватели, превращают дипольные электрические моменты в дипольные магнитные моменты! Без атомов углерода или внешнего магнитного поля атомы железа не могут самостоятельно рождать дипольное магнитное поле. Подобные процессы происходят и в других ферромагнетиках.
Батареи электростатических зарядов – спинов протонов атомов в структурах пылевых частиц создают мощные электрические потенциалы в самих пылевых частицах между пылевыми частицами. Мощная коллективная система нейтрализации спиновых зарядов пылевых частиц нейтрализуется в структуре плазменного кристалла. Образуется упорядоченная структура, которая получила название кулоновского или плазменного кристалла.
Кулоновские электрические заряды в структуре атомов (пылевых частиц) – это ничтожно малая часть мощных электрических зарядов не кулоновского происхождения, в не нейтрализованных спинах протонов атомов.
Электроны, позитроны, протоны и антипротоны обладают двумя видами электричества – однополюсными кулоновскими и, двухполюсными не кулоновскими электрическими зарядами.
В батарее электрических зарядов, в спине электрона построена последовательная электрическая цепь – батарея электростатических, кулоновских зарядов.
Двухполюсный электрический заряд нейтрона в 38 раз превышает электрический потенциал спина нейтрона! Электростатические заряды ничтожно малы для формирования силовых структур в ядрах атомов, молекул и в веществах.
Теоретические ошибки в смысловом описании природы происхождения плазменного кристалла в работах уважаемого академика Фортова В. Е. очевидны, поэтому предлагаемое академиком и математическое описание не соответствует действительности по определению.

Добавлено спустя 2 дня 20 часов 59 минут 43 секунды:
Раскрыта природа происхождения спина элементарных частиц!
Спин — последовательная электрическая цепь электростатических зарядов, батарея электростатических зарядов. Спин — это двухполюсный электрический заряд, построен из монопольных электростатических зарядов.
Электростатические элементарные заряды протонов и электронов ничтожно малы для создания структур молекул из атомов. Мощные двухполюсные электрические заряды — спины свободных протонов в ядрах атомов рождают структуры молекулы.
Всё очень просто и понятно, посмотрите уважаемые физики как двухполюсные электрические заряды — спины протонов в ядрах атомов углерода выстраивают взаимную систему нейтрализации в сотовой структуре чешуек графита, в молекулах фуллерена и в алмазах здесь

http://2012over.ru/novaya-fundamantalnaya-fizika.html

и здесь

http://2012over.ru/novaya-fundamantalnaya-fizika.html

Молекулы со 100% вероятностью можно создавать теоретически, если учёный (технолог) изучит истинную силовую структуру молекул. Готов доказать практически.

Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать