Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Институт Физики Вакуума - Публикации

Н.Н. Попов, О.В. Петренко
Космология шестимерного пространства-времени

Oб авторе - Н.Н. Попов
Oб авторе - О.В. Петренко

 

Непротиворечивое православное мiровоззрение должно основываться на уверенности в согласии истинных научных знаний и библейского повествования. В вопросе о происхождении видимого мiра, к сожалению, такое согласие пока отсутствует, что негативно отражается на отношении определенной части общества к Священному Писанию в целом.

Один из главных источников противоречия между сложившейся научной картиной происхождения существующего материального мiра и Божественным Откровением находится в библейском Шестодневе. Современному секуляризованному мышлению трудно принять тот факт, что Священное Писание есть единственный для нас источник подлинного знания как начала вещей, так и их конца. Тем не менее многие существующие концепции теоретической физики следует пересмотреть с точки зрения их совместимости со Священным Писанием. Кроме того, для создания целостной научной картины мiра необходимо появление новых теорий, которые должны базироваться на фундаментальных, научных представлениях и в то же время следовать идее сотворения мiра Богом. Последние достижения в области построения единой теории всех физических взаимодействий на основе геометрических свойств пространства-времени вселяют определенную надежду на скорое достижение этой цели.

Предложенная в работе космологическая модель примиряет Шестоднев и известные научные данные, традиционно интерпретируемые как указания на миллиарднолетний возраст вселенной.

 

Стандартные космологические модели

После того, как в 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал свою теорию тяготения или, как обычно ее называют, общую теорию относительности, он применил ее к описанию вселенной как целого. Для этого была избрана самая простая модель вселенной  однородная, изотропная и статичная. Однородность вселенной означает, что из какой бы точки мы ни наблюдали вселенную, в масштабах, превышающих в десятки раз размеры наиболее крупных скоплений галактик, она выглядит одинаково. Изотропия вселенной, в свою очередь, означает, что в указанных масштабах она выглядит одинаково во всех направлениях. Свойство же статичности делает во вселенной равноправными все моменты времени.

Общековариантное уравнение гравитационного поля ГильбертаЭйнштейна, которое, в частности, описывает космологические модели, имеет следующий вид

Rij = –χ (Tij1/2 gijT). (1)

В приведенном уравнении гравитационное поле задается метрическим тензором gij; χ – некоторая положительная постоянная; Rij – тензор Риччи, получающийся свертыванием тензора кривизны пространства-времени Rirjh по индексам h и r; Tij – полный тензор энергии-импульса материи; Т – результат свертывания Tij с тензором gij по индексам i, j. [1]

В выражении (1) в определении тензора gij по материальному тензору Tij содержится серьезный логический недостаток. Однозначное и общековариантное определение gij в данном случае требует выделения определенной системы отсчета из всех других, что достигается введением граничных условий в пространственной бесконечности. Однако подобное выделение некоторых систем координат с помощью граничных условий противоречит основной идее теории относительности. [2] Поэтому Эйнштейн видоизменил уравнение (1), введя в него так называемый λ-член, предположив существование в природе еще одного типа сил – сил отталкивания. Эти силы отталкивания имеют одно особое свойство. Они существенно проявляют себя лишь в масштабах целой вселенной – на расстояниях порядка 1010 световых лет, будучи ничтожно малы по сравнению с обычными силами тяготения в масштабах, например, Солнечной системы. [3]

Основываясь на новых уравнениях поля тяготения с λ–членом [4]

Rij – λgij = –χ (Tij1/2 gijT), (2)

легко показать, что мiр, заполненный материей постоянной плотности, находится в равновесии. Распределение вещества во вселенной, как следует из этого уравнения, полностью определяет характерные черты ее неевклидовой геометрии. Такая вселенная должна иметь конечный объем, который зависит от средней плотности вещества в ней. Иными словами, статическая модель Эйнштейна описывает сферическую пространственно-замкнутую вселенную. При условии пространственной замкнутости мiра необходимость в граничных условиях на бесконечности отпадает. Последнее обстоятельство позволило определить гравитационное поле общековариантным образом, что устранило существенный недостаток, который был присущ теории в предыдущей форме.

Пространственно-замкнутую вселенную легко представить наглядно, уменьшив на единицу число пространственных измерений. Рассмотрим для этого двумерную поверхность обычной сферы. Хотя площадь поверхности сферы и конечна, тем не менее, она не имеет границы. Двигаясь прямо из произвольной точки на этой поверхности, можно пройти целый круг и вернуться в исходную точку. Сферическая, замкнутая вселенная точно так же имеет конечный объем, но у пространства нет границ. Луч света, испущенный из любой точки такого неевклидового пространства, обойдет когда-нибудь его полностью и вернется в ту же самую точку с противоположной стороны в силу положительной кривизны пространства.

В 1917 году нидерландский астроном Вилли де Ситтер нашел для совершенно пустого однородного пространства решение, которое описывало четырехмерный эллиптический мiр. Чрезвычайно важной особенностью такого мiра является его постоянное расширение. Таким образом, космологическая модель де Ситтера описывает однородную, изотропную, нестатическую, но абсолютно пустую вселенную, в которой нет материи. Красота модели свидетельствовала в ее пользу, но и одновременно указывала на определенную недостаточность исходного уравнения (2).

Наконец, в 1922 году в Петрограде Александром Фридманом были найдены нестатические решения уравнений гравитационного поля (2). Найденные решения, как и решения де Ситтера, описывали нестационарный, пространственно-однородный и изотропный мiр. Наиболее существенное различие заключалось в том, что мiр Фридмана, в отличие от мiра де Ситтера, был заполнен материей. [5]

Модели Фридмана и де Ситтера нестатические, они показывают, что вселенная увеличивает свои размеры. Открытый в 1929 году американским астрономом Эдвином Хабблом эффект разбегания галактик, который связан с расширением мiра как целого, сделал возможным применение этих моделей к реальной вселенной. Благодаря открытию космологического расширения отпала необходимость в модели стационарной вселенной. Поэтому в настоящее время большее признание получила модель Фридмана, хотя она имеет ряд существенных недостатков.

Один из них состоит в том, что в модели Фридмана была выбрана форма метрики, в которой рассматривается трехмерная сфера с пространственными координатами постоянными для вещества, движущегося вместе с расширяющимся пространством. Существенно снижает ценность модели и то, что время в ней, как и в классической теории Ньютона, рассматривается отдельно, само по себе. Таким образом, модель Фридмана не имеет общековариантного вида в силу неэквивалентности используемых ею пространственных и временных координат.

 

Большая неправда Большого взрыва

Согласно модели Фридмана, когда-то в прошлом вся вселенная была сжата в одну точку. Это начальное состояние представляет собой так называемую сингулярность с огромной плотностью массы – не меньше 1093 г/см3, чрезвычайной кривизной пространства и колоссальной температурой: Т > 1013 К. В современной космологии считается, что это состояние сингулярности появилось в результате квантовой флуктуации. Происхождение же наблюдаемой вселенной обусловлено Большим взрывом, в результате которого из упоминаемой сингулярности и произошло гигантское расширение пространства-времени, замедляющееся со временем.

Следует особо подчеркнуть, что в момент наступления сингулярного состояния нарушается математически корректное описание геометрии пространства-времени. Таким образом, существование сингулярностей наводит на мысль о некоторой неадекватности теории тяготения Эйнштейна реальному мiру. [6]

Итак, именно взрыв, несущий обычно хаос и разрушение, считается «колыбелью» чрезвычайно сложного и упорядоченного материального мiра нашего времени. Именно хаосу приписывается организующая и направляющая роль. Кроме этого, от момента рождения вселенной до сего дня предполагается многомиллиарднолетний эволюционный период ее развития.

В работах, посвященных стандартной космологической модели, подчеркивается существенное различие между тем, что принято называть Большим взрывом во вселенной, и обычным взрывом, например, бомбы. В бомбе ответственная за разлет частиц сила вызвана градиентом давления внутри нее. В нашей вселенной, где вещество распределено в первом приближении однородно, никаких градиентов нет.

Перечисленные особенности теории Большого взрыва не могут не вызывать обоснованных сомнений в ее правдивости. Вряд ли следует слепо верить, что элементарная экстраполяция, основанная на сегодняшнем уровне физических знаний, может дать точный ответ на основной вопрос космологии.

Теория Большого взрыва опирается на два эмпирических факта. Один из них – красное смещение спектральных линий излучения галактик, свидетельствующее об их удалении друг от друга. Этот факт не вызывает никакого сомнения и интерпретируется абсолютно правильно. Второй факт – наличие микроволнового фонового излучения с температурой приблизительно 2,7 К градуса по абсолютной шкале. Согласно общепринятой модели горячей вселенной, такое фоновое излучение является «отголоском» колоссального всплеска энергии, которым сопровождалось рождение вселенной. Однако в стандартной модели «горячего» Большого взрыва не объясняется, почему вселенная начиналась именно с горячего состояния. Существуют также альтернативные теоретические модели, объясняющие природу фонового излучения как не связанную с каким-либо взрывом. Одно из объяснений основано на предположении интенсивного рассеяния других видов излучения на частицах межгалактической пыли, при котором происходит их термализация с образованием микроволнового фона.

 

Теория «мгновенного» расширения вселенной

Самая ранняя стадия Большого взрыва описывается теорией инфляционного расширения, которая, как предполагается, началась спустя 10–42 секунды после рождения классического пространства-времени. Эта стадия характеризуется предельно высоким отрицательным давлением:

р = –ρс2, (3)

при котором меняются сами законы обычной гравитационной физики. В этом уравнении р – давление вещества (в изотропной и однородной модели);ρс2 –плотность энергии. Вещество в таком состоянии представляет собой не источник притяжения, а источник отталкивания. Следует отметить, что в лабораторных условиях такое уравнение состояния не встречается. Тем не менее, отрицательное давление имеет простой физический смысл. Если обычное положительное давление препятствует сжатию вещества, то отрицательное давление характеризует силы натяжения и, следовательно, препятствует растяжению вещества.

Таким образом, расширяющийся элемент объема вселенной dU во время инфляционной стадии совершает отрицательную работу

pdU = –ρс2dU, (4)

что должно приводить к увеличению плотности энергии. [7] Однако такое увеличение полностью компенсируется обычным уменьшением плотности при расширении: dρ = –ρ dU. Тем самым во время инфляционной стадии предполагается сохранение неизменности плотности среды от времени и масштабного фактора: ρ = const. Последнее противоречит представлению о том, что мiр появился из сингулярности, уже обладавшей всем запасом необходимой энергии для своего гигантского расширения. Согласно формуле (4), именно в процессе самого инфляционного раздувания вселенной откуда-то извне в появляющийся мiр накачивалась колоссальная энергия. При огромном увеличении размеров рождающегося мiра она поддерживала постоянными величины его внутренних параметров или, по крайней мере, сохраняла неизменной плотность его среды.

Из-за большой величины отрицательного давления, которое, как полагают, существовало в ранней вселенной, меняется знак самого источника гравитационного поля. При подстановке отрицательного давления в уравнение массы в модели Фридмана выбранной пробной сферы получается отрицательная масса:

М ~ (ρс2 + 3р) = – 2ρс2, (5)

и возникает эффективная антигравитация, ответственная за разлетание вещества. Именно она и послужила толчком к расширению мiра и к формированию хаббловского закона разлета галактик со скоростью VХ, пропорциональной расстоянию r между этими галактиками:

VХ = Hr. (6)

Величину Н называют постоянной Хаббла.

Если в общей теории относительности одним из основных понятий является пространственно-временной интервал между двумя событиями, то в космологии его эквивалентом является масштабный фактор a(t). Он показывает изменение расстояний во вселенной с течением времени и определяет метрику пространства-времени.

Из совместного решения уравнений Фридмана и уравнения состояния вещества во вселенной (3) определяется временная зависимость масштабного фактора a(t), характеризующего изменение со временем расстояний между космологическими объектами на инфляционной стадии развития вселенной. [8] Из решения уравнения эволюции масштабного фактора следует, что этот фактор растет со временем экспоненциально:

a(t) ~ exp[H(tti)], (7)

где время ti – показание часов в начале инфляционной стадии. Такая зависимость a(t) приводит к тому, что во время инфляционной стадии объем вселенной увеличивается на много порядков или даже на порядки порядков, так что вся вселенная оказывается в одной причинно-связанной области. Гравитационные силы отталкивания в инфляционный период разгоняют частицы, а дальше они движутся по инерции, так что для современной вселенной зависимость масштабного фактора от времени имеет вид: a(t) ~ t2/3.

Следует добавить также, что существование некогда чрезвычайно краткосрочной стадии расширения вселенной с гигантской скоростью получило первое экспериментальное подтверждение при изучении анизотропии реликтового излучения. [9]

 

Некоторые итоги развития научных взглядов

Из приведенного краткого обзора существующих космологических моделей следует особо выделить модель де Ситтера, пространственная часть которой описывается замкнутой гиперсферой 3-х измерений. Само пространство де Ситтера может рассматриваться как четырехмерная пространственно-временная гиперповерхность с координатами произвольной точки (t, x1, x2, x3, x4) в пятимерном пространстве. Основные положения модели де Ситтера будут использованы в рассматриваемой далее шестимерной космологической модели за исключением одного – пустоты пространства. Искривленное пространство предполагает наличие в нем гравитирующей материи, поэтому следует построить такую теорию тяготения, которая «наполнила» бы пустое пространство де Ситтера веществом.

Следует принять во внимание также и инфляционную модель расширения вселенной, указывающую на гигантские силы отталкивания, существовавшие вначале и, по-видимому, существующие в определенном качестве во вселенной и до настоящего времени. Теории же Большого взрыва и горячей вселенной по своим характеристикам на начальном этапе расширения вселенной являются искусственными и нереалистичными, даже если их рассматривать исключительно с научной точки зрения. Кроме того, эти теории совершенно не соответствуют Священному Писанию, поэтому должны быть отброшены как абсолютно ложные.

 

Недостатки метрики Шварцшильда

Прежде чем описывать предлагаемую шестимерную теорию гравитации, необходимо коротко остановиться на фактах, указывающих на возможность существования шести измерений у реального пространства-времени. В такой возможности можно убедиться, рассматривая проблему решения известной задачи о перигелии Меркурия. Как оказалось, эта задача не имеет строгого решения для четырехмерного пространства-времени, однако разрешима в шестимерном многообразии.

Приближенное решение задачи о вековом вращении орбиты Меркурия было получено в 1915 году.[10] Построенные уравнения описывают траекторию движения пробного тела в гравитационном поле точечной массы при условии, что пробное тело на бесконечном удалении от гравитационного источника приходит в состояние покоя. Как известно, эти расчеты получили полное экспериментальное подтверждение. Год спустя задача о вековом вращении орбиты Меркурия, как считается, была решена строго в общем виде. [11] Шварцшильдом была найдена метрика четырехмерного пространства-времени, содержащая точечный источник гравитации, а затем по метрике получены точные уравнения движения пробного тела, совпадающие с приближенным решением Эйнштейна.

Однако недавно выяснилось, что Шварцшильд в своих выкладках допустил ошибку. Для четырехмерного пространства-времени задачу о движении перигелия пробного тела строго математически можно решить только в случае выполнения граничного условия, не имеющего достаточно разумного обоснования. Оно гласит, что пробное тело на бесконечном удалении от гравитационного источника не может находиться в состоянии покоя. [12]

В рамках же шестимерного многообразия приближенные расчеты Эйнштейна получают строгое математическое обоснование. Это позволяет предполагать, что размерность нашего мiра не является четырехмерной, а имеет, по меньшей мере, шесть измерений.

 

Шестимерная теория гравитации

Прежде всего, охарактеризуем те свойства, которыми необходимо наделить реальное физическое пространство-время.

1. Пространство-время представляет собой шестимерное многообразие с тремя пространственными x1, x2, x3 и тремя временными измерениями t1, t2, t3.

2. Между двумя любыми точками шестимерного многообразия можно определить расстояние.

3. Шестимерное пространство-время является пространством с абсолютным параллелизмом. Другими словами, параллельное перенесение вектора между двумя произвольными точками нашего пространства не зависит от выбранного пути.

4. Рассматриваемое пространство-время относится к типу пространств Римана–Картана, то есть пространств, обладающих свойством кручения.

Описав таким образом геометрическую структуру многообразия, можно теперь сформулировать основные положения шестимерной теории гравитации.

I. Гравитационное поле задается метрическим тензором gij, как и в теории гравитации Эйнштейна.

II. В каждой точке пространства для тензора Риччи выполняется соотношение:

Rij = (χ /2) gij, (8)

где χ – некоторая постоянная, отличная от нуля в области пространства, в которой присутствует материя, то есть гравитационная масса. Это является принципиально новым положением 6-мерной теории гравитации.

Там, где материи нет, выполняется соотношение χ = 0 и, следовательно, Rij = 0. Это положение совпадает с требованием стандартной теории гравитации. Как известно, для псевдоевклидова пространства тензор Риччи везде тождествен нулю. В контексте предлагаемой теории это означает, что в плоском пространстве-времени материя отсутствует.

Следует отметить также, что поскольку величина χgij характеризует только энергию гравитационного поля, сформулированные положения шестимерной теории, строго говоря, справедливы лишь в случае отсутствия всех других видов полей, кроме гравитационного.

Общековариантное уравнение 6-мерной теории гравитации записывается в виде: [13]

Rij – (1/2) R gij = χ gij, (9)

где R = gijRij.

Если мы достаточно полно описываем свойства пространства путем установления групп симметрий пространства, не меняющих метрический тензор gij (такие группы симметрий называют группами движений метрики gij), то, решая уравнение (8) с учетом групп движений, мы можем найти и саму метрику gij и таким образом полностью описать гравитационное поле, а следовательно, и все характеристики рассматриваемого пространства: его кривизну, как тензорную, так и скалярную, геодезические траектории, топологию самого пространства-времени и так далее.

Исходя из основных положений шестимерной теории гравитации, можно решить задачу о придании геометрического смысла физическому понятию точечной массы. Для этого заметим, что шестимерное пространство-время сферически симметрично по координатам x1, x2, x3 и аксиально симметрично по координатам t1, t2, t3. Аксиальная симметрия возникает во временном подпространстве за счет кручения выделенной оси t1 с угловой скоростью ω. Метрика gij остается инвариантной относительно произвольных поворотов системы координат в пространственной части (x1, x2, x3) и относительно поворотов в плоскости (t2, t3) во временном подпространстве.

Для всего пространства, за исключением бесконечно малой цилиндрической окрестности оси t1, следует использовать случай, когда χ= 0. В бесконечно же малой цилиндрической окрестности оси t1 следует решать уравнение (8) при c χ> 0.

Решения этих уравнений для компонент шестимерной метрики gij были найдены одним из авторов данной статьи. [14] Отметим, что компоненты g11, g22, g33 и g44 задают обычную метрику Шварцшильда в четырехмерном подпространстве.

Для исследования гравитационного поля представляет интерес только компонента R44. При подстановке в формулу (9) компоненты g44, найденной из уравнения (8), получаем выражение:

R44 – (1/2) R g44 = –χ γ2ω2, (10)

где γ – некоторая постоянная, ω – угловая частота вращения оси t1.

Сравнивая выражение (10) с известным уравнением Гильберта–Эйнштейна

R44 – (1/2) R g44 = –χ mc2, (11)

правая часть которого была введена как гипотетическая, приходим к заключению, что

m =(γω /c)2. (12)

Таким образом, руководствуясь только геометрическими соображениями при решении уравнения (8), удается придать понятию точечной массы исключительно геометрический смысл, успешно реализуя тем самым задачу геометризации материи. Следует подчеркнуть, что решение этой задачи возможно только в пространстве-времени не менее шести измерений.

Кривизна шестимерного пространства-времени и его кручения в конечном итоге описывают всю существующую материю во вселенной.

 

Поправка в законе тяготения Ньютона

В законе тяготения Ньютона на малых расстояниях, сравнимых с гравитационным радиусом rg , была найдена релятивистская поправка. [15] Истинная размерность пространства при решении этой задачи не играет роли, поэтому достаточно ограничиться рассмотрением стандартного четырехмерного случая.

Согласно известному решению Шварцшильда, гравитационный радиус определяется по формуле:

rg = 2GM/c2, (13)

где G – гравитационная постоянная, задает некую сферу вокруг массы М, которую не может покинуть никакая частица, включая фотон. Если при сжатии тело достигает размеров меньших гравитационного радиуса, то далее процесс коллапса становится необратимым. Гравитационный радиус, например Земли, согласно формуле (13), равен ~ 1 см, для Солнца же он составляет ~ 3 км. [16]

Новый результат, представляющий собой уточненный закон Ньютона, содержит релятивистскую поправку, характеризующую силу отталкивания. Анализ выражения для гравитационной силы приводит к неожиданному результату: при приближении к точечному источнику гравитации радиальная скорость и ускорение пробного тела не увеличиваются до бесконечности, как это следует из общепринятой теории Ньютона, а стремятся к нулю. Причем асимптотическое поведение скорости и ускорения определяются только радиусом rg. При движении тел со скоростями много меньшими скорости света вблизи источника гравитации, согласно новой формуле, в области радиуса порядка rg возникает сила отталкивания. В самой же точке, где находится источник гравитации, на пробное тело не действуют никакие гравитационные силы. Дойдя до «конечного пункта» мы как бы обнаруживаем отсутствие самого источника гравитации. Это еще раз указывает на то обстоятельство, что гравитационная масса может формироваться вне видимого 3-мерного пространства.

Замечательно, что этот результат, в конечном счете, получен только из общих свойств симметрии пространственно-временного многообразия. Его значение трудно переоценить.

Во-первых, полученная поправка устраняет сингулярность, представляющую собой неразрешимую проблему во многих физических теориях. Во-вторых, новый результат ставит по сомнение саму возможность существования так называемых черных дыр, по крайней мере, невращающихся и незаряженных, чья геометрия описывается метрикой Шварцшильда. Действительно, согласно уточненному закону Ньютона, на сфере с радиусом rg в сферической системе координат сингулярности не возникают, что свидетельствует о существовании решения, исключающего возникновение в космосе черных дыр.

 

Непротиворечивая космологическая модель

Перейдем теперь в рамках шестимерной теории гравитации к космологической модели однородного пространства-времени. Рассмотрим модель пространства инвариантного относительно группы поворотов в шестимерном многообразии. Однородность пространства означает, что любые две точки этого пространства можно перевести одну в другую некоторым преобразованием из этой группы. В таком случае все точки этого пространства должны удовлетворять уравнению некоторой гиперсферы, которая и представляет собой наше пространство-время:

с2t12 + с2t22 + с2t32x12x22x32x42 = R02. (14)

В этом выражении R0 –некоторый постоянный радиус шестимерной псевдосферы, а (t1, t2, t3, x1, x2, x3, x4) –координаты произвольной точки, лежащей на этой псевдосфере. Следует подчеркнуть, что выражение (14) описывает пространство в виде псевдосферы шести измерений, которая рассматривается как гиперповерхность в некотором семимерном многообразии.

С помощью математических преобразований нетрудно проверить, что метрика гиперсферы, заданной уравнением (14), удовлетворяет уравнению (8) при χ = 8/ R02:

Rij = (4/ R02) gij. (15)

Другими словами, решая уравнение (8) с использованием указанной метрики гиперсферы, получаем χ = 8/ R02. Причем уравнение (8) имеет решение при любой размерности с той лишь разницей, что χ будет принимать другие значения. Таким образом, все компоненты тензора Rij теперь определены.

Метрика пространства (14), образованного галактиками, удовлетворяет основному ковариантному уравнению теории гравитации (9):

Rij – (1/2) R gij = (8/ R02) gij. (16)

В новой космологической модели, согласно постулату II, распределение материи на гиперсфере радиуса R0 полностью определяется свойствами метрического тензора gij. В свою очередь, сама метрика gij однозначно определяется уравнением гиперповерхности (14). Таким образом, метрика пространства (14) содержит в себе всю информацию о гравитационных массах.

 

Начальный возраст вселенной

Введем для простоты обозначения: Т2 = t12 + t22 + t32 – квадрат мiрового времени, R2 = x12 + x22 + x32 + x42. Тогда уравнение (14) перепишется в следующем виде:

с2Т2R2 = R02. (17)

Очевидно, что одновременно Т иR не могут принимать нулевые значения, как это полагается, например, в модели Фридмана, поскольку R0 > 0. Отсюда следуют очень важные космологические следствия.

Первое из них гласит о том, что пространственная часть вселенной может начинать расширяться из точки в шестимерном пространстве-времени. Именно расширение пространственной части из точки обеспечивает, как будет видно из дальнейших рассуждений, объяснение видимых размеров вселенной.

Второй основополагающий результат касается времени. Оно не может начинать свой бег от нулевого значения, но только от величины:

сТначR0.

Тогда время Tнач является фиксированным параметром, указывающим начальный возраст вселенной.

Таким образом, вселенная начинает свое расширение от значения времени Тнач, причем временная зависимость радиуса расширяющейся трехмерной сферы, представляющей собой пространственную часть вселенной, описывается простым выражением:

R(Т) = (с2T2 R02)1/2. (18)

В этом контексте наблюдаемое красное смещение в спектрах галактик можно связать непосредственно с ходом времени. Такое смещение есть просто следствие полета «стрелы» времени. Известно, что расширение вселенной проявляется в том, что каждые 5 секунд «из ничего» в ней появляются 105 световых лет. Откуда они берутся? Теперь можно дать прямой ответ – они рождаются «из времени», за счет его непрерывного течения. Само расширение пространства обусловлено ходом мiровых часов.

Оценим теперь скорость расширения вселенной, а именно ее пространственной части, продифференцировав по времени выражение (18):

V = dR/dT = c2T/(с2T2 R02)1/2. (19)

Скорость расширения вселенной V имеет физический смысл только при с2Т2 ³ R02 и всегда превышает скорость света с. В начальный момент времени Tнач скорость расширения вселенной V стремится к бесконечности. Лишь асимптотически при Т » R0 она приблизится к значению скорости с, но никогда не достигнет ее. Последнее делает попытки разглядеть горизонт вселенной в телескопы безнадежными, поскольку он удаляется от нас со сверхсветовой скоростью. При этом очень важно отметить, что принцип причинности в такой модели не нарушается, поскольку мы всегда находимся внутри светового конуса, согласно уравнению (18). Последнее означает возможность движения со сверхсветовыми скоростями и в пределах светового конуса.

 

Оценка основных параметров

От какого же отсчета начали свой бег мiровые часы? С одной стороны, Библия свидетельствует о промежутке времени в ΔТ =7500 лет, прошедших от начала творения видимого мiра. С другой стороны, фундаментальная наука оценивает возраст вселенной величиной порядка 1010 лет.

Новая космологическая модель впервые в истории развития диалога науки и религии примиряет эти два, на первый взгляд, непреодолимых противоречия. Разрешение недоумения связано с определением значения Tнач – если оно окажется достаточно большим, то тогда «китайская стена», искусственно возведенная между Священным Писанием и научными представлениями о мiре, лишается своего фундамента.

Из предлагаемой в работе космологической модели можно найти зависимость между массой всей вселенной МВ, ее плотностью r В, Tнач и библейским возрастом вселенной D Т. Масса МВ, равномерно распределенная в трехмерной сфере радиуса r с плотностью ρВ, находится по формуле:

МВ = ρВ 2π 2 r 3.

С учетом равенства Tнач = R0/c и, следовательно, r ~ (2с2Tнач ΔТ)1/2 эта зависимость принимает вид:

МВ ~ ρВ 2π 2 (2с2Tнач Δ Т)3/2. (20)

Масса вещества вселенной, включающая в себя, как видимую, так и скрытую материю, оценивается значением порядка МВ ~ 1055 ÷1056 грамм. [17] Плотность вещества вселенной ρВ оценивается значением порядка 10–29 г/см3, ΔТ =7500 лет. Подставив указанные значения параметров в приведенную формулу, получим для Tнач значение порядка 1015 лет.

Значение Tнач можно также попытаться найти, воспользовавшись формулой (13) для гравитационного радиуса rg, определяющего расстояние, на котором начинает работать релятивистская поправка в законе Ньютона, характеризующая силы отталкивания между гравитационными массами. [18]

Использование формулы (13) для оценки R0 и, следовательно, величины Tнач не совсем математически корректно, хотя и имеет объективный характер. Ведь и в инфляционной модели расширения вселенной, притяжение, имеющее место при обычных уравнениях состояния, меняется на отталкивание материальных объектов друг от друга. Наличие гравитационного отталкивания на определенных масштабах предполагал и Эйнштейн, вводя уравнение тяготения с λ–членом (2).

Важно отметить, что в новом подходе сила отталкивания появляется как простое следствие геометрических свойств пространства без дополнительных предположений, используемых, например, в инфляционной модели расширения вселенной.

При подстановке в формулу (13) величины массы всей вселенной М = МВ получаем для гравитационного радиуса вселенной значение ~ 1026 метра. Но это и есть известное значение радиуса горизонта видимости вселенной RВ, составляющее предел видимости самых совершенных современных телескопов. Таким образом, гравитационный радиус вселенной совпадает по порядку величины с характерным размером расширяющейся вселенной или путем, пройденным световым лучом за 10 миллиардов лет. Однако никакого коллапса вселенной не происходит, но, наоборот, она продолжает постоянно расширяться. Этого и следовало ожидать согласно релятивистской поправке в законе Ньютона, которая становится существенной как раз на расстояниях, сравнимых с rg.

Оценим теперь величину времени Tнач с помощью формулы (17), предположив, что пространственная часть вселенной расширялась из точки:

(сTнач + сΔТ)2RВ2 = R02.

Поскольку R0 = сTнач, то значение начального времени вселенной, получаемое из последней формулы, по порядку величины составляет 1015 лет. Эта оценка совпадает со значением Tнач, полученным независимым образом из формулы (20).

Таким образом получается, что «стрелки» мiровых часов изначально были выставлены на значение R0/с = Tнач ~ 1015 лет.

Здесь необходимо упомянуть также о существующей эвристической зависимости между фундаментальными константами и основными параметрами вселенной:

RВ ≈(α/G) a0, (21)

где α – электромагнитная постоянная тонкой структуры и a0 – радиус первой боровской орбиты атома водорода.

Равенство (21) можно получить также и аналитически, если предположить, что возраст вселенной не может существенно превышать возраста сверхновых TС или времени жизни типичной звезды (например, Солнца) на так называемой главной последовательности.[19] В противном случае практически все звезды превратились бы в белые карлики, то есть достигли бы финальной стадии своего развития. Поэтому полагают, что время нашей эпохи TВTС.

Согласно теории внутреннего строения и эволюции звезд, время TС связано с константой G и радиусом протона. Последняя величина, в свою очередь, может быть выражена через постоянные α и a0. Таким образом, в конечном итоге загадочное соотношение (21) получается с помощью теоретических выкладок, которые используют стандартное соотношение RВ = сTВ. Следует, однако, подчеркнуть, что такое соотношение противоречит инфляционной модели расширения вселенной, для которой принято считать, что видимые размеры мiра составляют лишь ничтожную часть его истинных размеров. Более того, так называемой эволюции звезд никогда не было. Появление гипотезы эволюции звезд, опирающейся на ложные теории Большого взрыва и горячей вселенной, обусловлено ошибочной интерпретацией наблюдательных данных. Звезды были сотворены в том качестве, в котором мы их наблюдаем в настоящее время. Теория эволюции звезд имеет ценность лишь как гипотетическая возможность развития материи в случае, если бы она была предоставлена самой себе.

По поводу объяснения соотношения, связывающего размеры вселенной с размерами атома, можно встретить рассуждения, в которых полагают, что формула (21) неким образом выделяет эпоху появления во вселенной разумных существ, фиксируя нынешнее время. Однако такое рассуждение совершенно недопустимо, поскольку в строгих логических исследованиях, каковыми должны являться исследования теоретической физики, не может быть места иррациональным умозаключениям.

С одной стороны, неправомерно связывать меняющуюся со временем переменную RВ со строго фиксированными величинами α , G, a0. С другой стороны, выполнение формулы (21) не может носить случайный характер. Наиболее приемлемым разрешением дилеммы может служить предположение о том, что величина RВ, оцениваемая значением ~ 1026 метров, также обладает статусом изначально заданного параметра, для которого лучше всего подходит название гравитационного радиуса вселенной rg.

Возвращаясь к оценке начальных параметров в рамках предложенной космологической модели следует еще раз подчеркнуть, что совершенно независимыми способами, используя библейское значение параметра ΔТ, удается получить одинаковую оценку для начального времени вселенной. Следовательно, церковный календарь, отсчитывающий от сотворения мiра промежуток времени примерно в 7500 лет, дает достаточно точную временную координату текущему моменту.

 

Заключение

Святые Отцы учили, что величие и премудрость Создателя раскрывается видимым образом через познание тварного мiра. Поэтому противопоставление науки и религии не менее пагубно, чем антагонизм разума человека с его сердцем. Путеводной звездой научного поиска должно быть Священное Писание, которое повествует о почти мгновенном творении всего видимого мiра за шесть земных суток. События шести творческих дней не подчиняются тем физическим законам, которые ныне правят природой. Творческие действия Бога вневременны, мгновенны.

Вероучительный догмат о мгновенности актов творения находит свое подтверждение в фундаментальной теории, устанавливающей связь между материей и геометрическими свойствами физического пространства-времени. Вся существующая материя описывается кривизной шестимерного пространства-времени и его кручениями. Ключевым моментом здесь служит предположение о трехмерности нашего времени, подобно видимому пространству.

Мiровоззренческий вывод, вытекающий из новой теории, чрезвычайно категоричен. Вселенная могла появиться только в результате творческого акта Всемогущего Разума, причем процесс творения мог быть сколь угодно кратким и даже мгновенным. Вся материя была создана с помощью геометрически структурированной энергии, имеющей Божественную природу.

На мгновенность актов творения специально указывали многие святые Отцы. Преподобный Ефрем Сирин утверждал, что «свет и облака сотворены во мгновения ока».[20] Святитель Амвросий говорит, что Моисей своими словами хочет «выразить непостижимую скорость деяния». Более того, он высказывает мысль, которая приложима уже и к теориям нашего времени: «Он (Моисей) не предвосхищал запоздалого и медлительного творения из стечения атомов». [21]

Святитель Афанасий Великий, излагая свое понимание Шестоднева, пишет, что все в каждый из этих дней было сотворено в одно мгновение – «все созданное произведено вдруг в совокупности одним и тем же повелением». [22] Святитель Василий Великий о третьем дне творения писал: «Ничего этого прежде не было на земле, и все в одно мгновение пришло в бытие»; [23] ««Да прорастит земля» (Быт. 1 : 11). Краткое сие повеление тотчас стало великою природою и художественным словом, быстрее нашей мысли производя бесчисленные свойства растений». [24]

Заключить высказывания святых Отцов на эту тему можно словами преподобного Исаака Сирина: «Бог по единому благоволению Своему внезапно привел все из небытия в бытие, и всякая вещь предстала пред Ним в совершенстве». [25]

Однако, несмотря на то, что каждый творческий акт мгновенен, целое творение состоит из правильной временной последовательности этих творческих актов. Об этом специально говорили преподобный Ефрем Сирин, святители Григорий Богослов и Иоанн Златоуст.

Предлагаемая космологическая модель шестимерного пространства-времени в этом контексте дает ясное и непротиворечивое представление о связи между экспериментальными физическими данными, свидетельствующими о кажущемся огромном возрасте вселенной, и истинной историей космоса, укладывающейся в краткие сроки библейского повествования.




Литература


[1] В. Паули. Теория относительности, М., «Наука», 1991. С. 216.

[2] Этот «недостаток» присущ не только указанной формулировке теории тяготения, но и классической механике, и специальной теории относительности. Сознавая это, Мах в свое время заменил абсолютное ускорение в механике Ньютона ускорением относительно остальных масс вселенной.

С другой стороны, в мiре, созданном Богом, не может быть все относительно. Такой мiр не может обойтись совсем без понятия абсолютного, если только, конечно, не разделять точку зрения деистов, которая, как известно, была справедливо отвергнута святыми Отцами Церкви.

[3] Дж. Нарликар. Неистовая Вселенная, М., «Мир», 1985. С. 178.

[4] В. Паули. Теория относительности, М., «Наука», 1991. С. 241.

[5] A.Friedmann. // Z. Phys., 1922, Bd. 10, Р. 377; 1924, Bd. 21. Р. 326.

[6] Дж. Нарликар. Неистовая Вселенная, М., «Мир», 1985. С. 183.

[7] Физическая энциклопедия, М., «Большая Российская Энциклопедия», 1994, Т. 4. С. 240.

[8] Современное естествознание: Энциклопедия, М., «Магистр–Пресс», 2000, Т. 4. С. 254.

[9] Современное естествознание: Энциклопедия, М., «Магистр–Пресс», 2000, Т. 4. С. 256.

[10] А. Эйнштейн. Собрание научных трудов, М., «Наука», 1965, Т. 1. С. 452–504.

[11] K. Schwarzschild. Sitzungsber. d. Berl. Akad., 1916. S. 189 (Перевод в сб.: Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., «Мир», 1979. С. 199–207).

[12] Н. Н. Попов. Новые представления о структуре пространства-времени и проблема геометризации материи, М., «УРСС», 2002. С. 40–45.

[13] Н. Н. Попов. Новые представления о структуре пространства-времени и проблема геометризации материи, М., «УРСС», 2002. С. 27.

[14] Н. Н. Попов. Новые представления о структуре пространства-времени и проблема геометризации материи, М., «УРСС», 2002. С. 29.

[15] Н. Н. Попов. Новые представления о структуре пространства-времени и проблема геометризации материи, М., «УРСС», 2002. С. 45–48.

[16] Ф. Хойл. Галактики, ядра и квазары, М., «Мир», 1968. С. 116.

[17] Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, И. А. Тутынь. Нуклеосинтез во Вселенной, М., изд-во Московского Университета, 1999. С. 92.

[18] Н. Н. Попов. Новые представления о структуре пространства-времени и проблема геометризации материи, М., «УРСС», 2002. С. 27.

[19] И. С. Шкловский. Земля и Вселенная, № 4, 1984. С. 34.

[20] Прп. Ефрем Сирин. Толкование на первую книгу (книгу Бытия). Творения, ч. 6, Сергиев Посад, 1901. С. 214.

[21] Цит. по: Иеромонах Серафим (Роуз). Православное святоотеческое понимание книги Бытия. Российское отд-ние Валаамского общ-ва Америки, М., 1998. С. 29.

[22] Свт. Афанасий Великий. Творения в четырех томах. Том II. Репринтное издание Спасо-Преображенского Валаамского монастыря. М., 1994. С. 341.

[23] Свт. Василий Великий. Беседы на Шестоднев. V, Творения, ч. 1, Сергиев Посад, 1900. С. 75.

[24] Свт. Василий Великий.Там же. С. 83.

[25] Цит. по: Иеромонах Серафим (Роуз). Православное святоотеческое понимание книги Бытия. Российское отд-ние Валаамского общ-ва Америки, М., 1998. С. 19.


Слово отеческое


Н.Н. Попов, О.В. Петренко, Космология шестимерного пространства-времени // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.17172, 03.01.2012

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru