Четверг, 21.06.2018, 19:33
Приветствую Вас, Гость | RSS
Категории раздела
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 22
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Научный дайджест » Наука

ПОЧЕМУ В НАШЕЙ ВСЕЛЕННОЙ ПРЕОБЛАДАЕТ МАТЕРИЯ
hubble-extreme-deep-fieldВ данной статье сделана попытка объяснить тот факт, что в пределах нашей (видимой, наблюдаемой)  Вселенной все планеты, звёзды, галактики и их скопления состоят из вещества, а антивещество составляет ничтожную долю процента. Объяснение основано на новом представлении о Вселенной в целом, то есть не только о нашей Вселенной, но и о том, что находится за её пределами.

Происхождение нашей Вселенной тоже пересмотрено. Согласно новому представлению наша Вселенная произошла не из сингулярного состояния. А именно: вещество (сначала нейтроны), сильное, слабое и гравитационное взаимодействия возникли одновременно в радиусе примерно 1,2 на 10 в 26 степени метров вследствие слабой кривизны пространства-времени в указанной области, в которой в дальнейшем эволюционировала наша Вселенная. С распадом нейтронов (примерно через 15,3 минуты) на протоны, электроны и нейтрино возникло электромагнитное взаимодействие. Образовались атомы водорода. С этого момента началась эволюция нашей Вселенной.

Энергия, которая потребовалась для возникновения вещества (сначала нейтронов), была заключена в кривизне пространства-времени.

До момента образования нейтронов не было масштабов времени и длины (не было спектров и размеров нейтронов). Поэтому до возникновения нейтронов говорить о времени и о пространстве нет физического смысла, поскольку пространство-время само по себе физически ненаблюдаемо, а значит время и пространство, можно сказать, возникли в нашей Вселенной вместе с возникновением нейтронов.

Современные статьи о возникновении нашей Вселенной (их сейчас сотни и сотни) разжигают воображение, но не дают нового достоверного знания. В эти сценарии трудно поверить. Но можно согласиться с тем, что число вселенных и антивселенных, находящихся за пределами нашей Вселенной бесконечное множество, и что наша Вселенная - одна из них. В таком представлении, как минимум, сразу решается проблема барионной асимметрии, достаточно ввести нормировку: разность масс вселенных и антивселенных во всей бесконечной Вселенной по времени и пространству строго равна нулю.

В теориях струн (суперструн) что-то есть, но в них больше противоречий, чем пользы. И выглядят они как математические фокусы, в которые пытаются вдохнуть физику, но у физиков пока практически ничего хорошего не получается. В дальнейшем эти теории, возможно, смогут быть полезными - с точки зрения их достаточно развитого математического аппарата.

В данной статье предложена физическая модель происхождения Вселенной, в которой сделана попытка объединить непрерывность пространственно-временного континуума с квантовой неопределённостью.

Модель основана на трех постулатах:

1. Все явления природы могут быть исчерпывающе объяснены физическими законами, выраженными в математической форме.

2. Эти физические законы универсальны и не зависят от времени и места.

3. Все основные законы природы просты.

Доказать эти постулаты невозможно, лучше не пытаться.

Основные положения теории Вселенной
(вещества, антивещества, квантов)

Теория Вселенной может быть построена на следующих представлениях.

1. Исходное представление о всей Вселенной: Вселенная не ограничена её наблюдаемой областью. Она бесконечна в пространстве и во времени. Наша (наблюдаемая, видимая) часть Вселенной – это только сверхмалая пространственно-временная область с суммарным барионным зарядом одного знака. За пределами наблюдаемой пространственно-временной области Вселенной находятся вселенные, подобные нашей, но с суммарным барионным зарядом противоположных знаков. Число таких вселенных бесконечно. Суммарный барионный заряд всей Вселенной равен нулю.

2. Всё, что в действительности существует в наблюдаемой части Вселенной и за её пределами, включая все известные и ещё не открытые элементарные частицы, античастицы, кванты, физические поля, есть бесконечное, динамичное восьмимерное непрерывное дифференциально-геометрическое многообразие.

3. Четыре измерения данного восьмимерного многообразия представлены во Вселенной физически ненаблюдаемым четырёхмерным пространственно-временным континуумом.

4. Ещё четыре измерения восьмимерного многообразия представлены во Вселенной физически наблюдаемым четырёхмерным волновым континуумом, который проявляется в виде существующих во Вселенной элементарных частиц, античастиц, квантов.

5. Каждой точке четырёхмерного пространственно-временного континуума может быть поставлено в соответствие некоторое значение (релятивистской) плотности функции Лагранжа.
6. Каждой точке четырёхмерного волнового континуума может быть поставлено в соответствие некоторое значение спектра плотности функции Лагранжа.

7. Плотность функции Лагранжа и спектр плотности функции Лагранжа связаны между собой двумя кратными интегралами Фурье: 1) четырёхкратным интегральным преобразованием плотности функции Лагранжа в спектр плотности функции Лагранжа с пределами интегрирования от «минус бесконечность» до «плюс бесконечность» по четырём пространственно-временным координатам и 2) четырёхкратным интегральным преобразованием спектра плотности функции Лагранжа в плотность функции Лагранжа с пределами интегрирования от «минус бесконечность» до «плюс бесконечность по четырём компонентам волнового 4-вектора.

Следствия из данного подхода просто удивительны. В частности, все частицы (и античастицы), кванты могут быть представлены в виде физически наблюдаемых спектров плотности функции Лагранжа, которые имеют конечные пространственно-временные размеры, обладают массой и импульсом. Для этого нужно воспользоваться соотношениями неопределенностей: каждое из 4-х произведений среднеквадратичных отклонений компонент волнового 4-вектора от их средних значений на среднеквадратичные отклонения пространственно-временных координат от их средних значений больше или равно 1/2.

Также нужно иметь в виду, что плотность функции Лагранжа принципиально не может быть определена точно ни в одной пространственно-временной точке (для такого точного определения потребовалось бы сосредоточить в этой точке информацию о распределении спектра плотности функции Лагранжа во всей (по определению) бесконечной Вселенной). Аналогично, спектр плотности функции Лагранжа принципиально не может быть определён точно ни в одной точке четырёхмерного волнового континуума (для такого точного определения потребовалось бы сосредоточить в этой точке информацию о распределении плотности функции Лагранжа во всей бесконечной Вселенной).

Возникающие неопределённости функции Лагранжа и спектра функции Лагранжа и есть коренная причина существования дискретно распределённого вещества и физических полей. Указанные неопределённости возникают вследствие того, что пределы интегрирования в четырёхкратных интегралах Фурье при определении плотности функции Лагранжа и спектра плотности функции Лагранжа внутри элементарных частиц, античастиц, квантов нельзя принимать бесконечными - в соответствии с выше указанной причиной (см. про информацию выше). Эти пределы должны соответствовать соотношениям неопределённостей: каждое из 4-х произведений среднеквадратичных отклонений компонент волнового 4-вектора от их средних значений на среднеквадратичные отклонения пространственно-временных координат от их средних значений должно быть равно 1/2.

Уместно заметить, что исходным представлением была непрерывность восьмимерного дифференциально-геометрического многообразия, но, вместе с тем, соотношения неопределённостей требуют существования дискретно распределённого вещества, антивещества, квантов.

Динамика Вселенной

Во многих областях физической науки применяется понятие "Функция Лагранжа".  Отношение функции Лагранжа для заданной физической системы к единице трёхмерного пространственного объема, занимаемого данной физической системой, называют плотностью функции Лагранжа. Плотность функции Лагранжа в общем случае зависит от четырех переменных: от времени и трёх пространственных координат. С помощью четырёхкратного интегрального преобразования Фурье она может быть представлена в виде спектра. При этом спектр плотности функции Лагранжа в общем случае будет являться функцией четырех компонент волнового вектора.

Спектр плотности функции Лагранжа может быть представлен четырехкратным интегралом Фурье от плотности функции Лагранжа по четырем пространственно-временным координатам.

Плотность функции Лагранжа может быть представлена четырёхкратным интегралом Фурье от спектра плотности функции Лагранжа по четырём компонентам волнового 4-вектора.

В теории информации два указанных преобразования называют парой. Пределы интегрирования в каждом из двух преобразований в рассматриваемой паре - от "минус бесконечность" до "плюс бесконечность" (по четырем пространственно-временным координатам в первом интегральном преобразовании и по четырем компонентам волнового 4-вектора во втором интегральном преобразовании).

Попытаемся применить изложенное к Вселенной в целом (не только к наблюдаемой области), - какой бы она ни была протяжённой во времени и в пространстве, при этом имея ввиду возможность обращения времени и пространственную инверсию (в рассматриваемой паре время, пространственные координаты и компоненты волнового 4-вектора, обозначающие пределы интегрирования, могут быть и со знаком и "плюс" и со знаком "минус".

Мысленно разделим всю Вселенную на трёхмерные пространственные области воображаемой трёхмерной сеткой. Пусть число пространственных областей в сетке равно N. Устремим N к бесконечности. Тогда объём каждой пространственной области будет стремиться к нулю. Такие (нулевые) пространственные области (по сути, точки, не имеющие объёма) могут принадлежать как внутренней структуре той или иной элементарной частицы, так и находиться за пределеми внутренней структуры элементарных частиц или квантов.

В соответствии с изложенным каждой нулевой пространственной области должна соответствовать определённая плотность функции Лагранжа. Но чтобы её точно определить через спектр, нужно сначала точно определить сам спектр плотности функции Лагранжа в интервале значений пространственно-временных координат от "минус бесконечность" до "плюс" бесконечность.

Спектр плотности функции Лагранжа математически точно определяется через плотность функции Лагранжа с помощью первого преобразования Фурье с пределами интегрирования от от "минус бесконечность" до "плюс" бесконечность по четырём пространственно-временным координатам.

Таким образом, чтобы, например, в заданный момент времени точно определить плотность функции Лагранжа в какой-либо пространственной точке Вселенной, необходимо в этой точке каким-то способом в этот момент сосредоточить полную информацию о пространственно-временном распределении плотности функции Лагранжа во всей Вселенной: и в прошлом, и в будущем, и в наблюдаемой Вселенной, и за её пределами. И это относится к каждой точке Вселенной. В этом случае Вселенная оказывается переполненной информацией. Можно ли принять такую точку зрения? Если "нет", то, как следствие, плотность функции Лагранжа принципиально не может быть определена точно ни в одной точке Вселенной. Если "да", то Вселенная в интервале всех значений пространственно-временных координат каким-то образом наполнена информацией о мгновенном распределении и динамике плотности функции Лагранжа и её спектра. Представить такое невозможно. И главное, такое представление противоречит СТО: постулату о скорости света.

Функция Лагранжа есть трёхкратный интеграл от плотности функции Лагранжа по трём пространственным координатам с заданными пределами. Если пространственные пределы ограничены, скажем, размерами протона, то функция Лагранжа для него не будет определена точно. И это принципиально. Действие для этого протона как интеграл от функции Лагранжа по времени также не будет определено точно. И тоже принципиально.

Таким образом, динамика Вселенной оказывается в целом неопределённой - в силу допущения о том, что ни в одной точке Вселенной физически невозможно сосредоточить полную информацию о распределении плотности функции Лагранжа во всей Вселенной.

Изложенное здесь в развитии (на основе четырёхкратных преобразований Фурье плотности функции Лагранжа в её спектр и спектра плотности функции Лагранжа в плотность функции Лагранжа, а также четырех соотношений неопределённостей для компонент волнового 4-вектора и пространственно-временных координат) приведут, возможно, к созданию теории Всего.

При таком подходе частицы и кванты - это спектры, а пространтство имеет восемь измерений (два подпространства по четыре измерения каждое). Одно подпространство (пространство-время) оказывается физически ненаблюдаемым, а второе (назовём его для определённости "волновое") представлено физически наблюдаемыми частицами и квантами.

Соотношения неопределённостей во Вселенной

В квантовой теории соотношения неопределённостей Гейзенберга между проекциями импульса и пространственными координатами, энергией и временем играют важнейшую роль и органически связаны с принципом дополнительности Н. Бора.

В теории волн в соотношения неопределённостей вместе с пространственно-временными координатами входят не проекции импульса и энергия, а компоненты волнового 4-вектора.

Разложение плотности функции Лагранжа в спектр - это переход к волновому описанию пространственно-временного континуума. Такое описание обладает следующим свойством: вблизи некоторой заданной пространственной точки волны будут иметь одну и ту же фазу, и в результате все амплитуды волн спектра плотности функции Лагранжа сложатся, а в вдали от этой точки будут гасить друг друга из-за разнобоя в фазах. Таким образом, ненулевая плотность функции Лагранжа будет сосредоточена вблизи заданной пространственной точки. Понятие "вблизи" определяется соотношением длины волны и расстояния до заданной пространственной точки. Если это расстояние соизмеримо с длиной волны, то применимо понятие "вблизи", если нет, то волны взаимно гасят друг друга, и плотность функции Лагранжа стремиться к нулю. Оказывается, согласно теории волн размер пространственной области, в которой волны имеют примерно одинаковую фазу обратно пропорционален ширине спектра в этой области.

Точные соотношения неопределённостей для компонент волнового 4-вектора и пространственно-временных координат по теории волн можно сформулировать следующим образом: каждое из 4-х произведений ширины спектра компонент волнового 4-вектора на координаты пространственно-временной области, в которой определяется ширина спектра, больше или равны 1/2.

Например, если размер пространственной области приблизительно равен размеру, скажем, нейтрона, то из сформулированных соотношений неопределенностей можно определить интервал волновых чисел, соответствующих данному нейтрону. Из соотношений неопределённостей также следует, что с уменьшением интервала волновых чисел возрастает пространственный размер, а с уменьшением частоты увеличивается интервал времени.

Действительно, возраст наблюдаемой Вселенной сейчас оценивается в 13,7 млрд. лет. Это самый большой временной интервал в наблюдаемой Вселенной. Величина, обратная возрасту наблюдаемой Вселенной, имеет размерность частоты и по величине оказывается равной постоянной Хаббла, то есть лежит в пределах 50–100 (км/с)/Мпк (принятое сейчас значение - 75 км/с)/Мпк. Произведение половины постоянной Хаббла на возраст наблюдаемой Вселенной равно 1/2. Достаточно принять половину постоянной Хаббла (размерность, кстати - 1/c) за неопределённость временной компоненты волнового 4-вектора, а возраст нашей Вселенной за неопределённость временной координаты пространственно-временного континуума, и, в результате, получаем одно из четырёх соотношений неопределённостей для видимой части Вселенной.

Этот факт либо случайность, либо одно из подтверждений предлагаемого подхода.

В любом случае четырёхкратные преобразования Фурье, рассмотренные в сообщениях под названиями "Теория Вселенной" и "Динамика Вселенной" в сочетании с соотношениями неопределённостей между компонентами волнового 4-вектора и пространственно-временными координатами дают возможность перейти к анализу следствий.

Можно ожидать, что масса частиц и квантов, спин, электрический заряд, электромагнитное и гравитационное поля  – это физически наблюдаемые свойства спектра плотности функции Лагранжа, определённого в волновом подпространстве.

Возникновение вселенных

В настоящее время представление о возникновении нашей Вселенной основано на открытии Хаббла и вычислениях А. Фридмана. Процесс возникновения нашейВселенной называется Большим Взрывом. С Большим Взрывом связано много нерешённых в космологии проблем.

Согласно вышеизложенному представлению о всей Вселенной, рассмотренному в разделах "Основные положения теории Вселенной (вещества, антивещества, квантов)", "Динамика Вселенной", "Соотношения неопределённостей во Вселенной", "Вещество и антивещество: барионная симметрия", Вселенная в целом представляет собой бесконечное число вселенных, состоящих из вещества, и бесконечное число антивселенных, состоящих из антивещества, - в бесконечном пространстве-времени. Наша Вселенная - это одна из вселенных, состоящих из вещества (хотя термины "вселенная" и "антивселенная" - условны, также как условны термины "протон" и "антипротон", "электрон" и "позитрон" и т. д.).

Такой взгляд на строение Вселенной в целом требует пересмотра вопроса о возникновении нашей (наблюдаемой, видимой) части Вселенной.

Проблема сингулярности была и остаётся. Никто её ещё не решил, не смотря на то, что такие умы пытались! Самый простой, и, кстати, очевидный способ решить эту проблему - заменить представление о возникновении нашей Вселенной из сингулярного состояния каким-то более приемлемым, непротиворечивым и понятным альтернативным вариантом. И, главное, нужно исключить понятие "сингулярность" в приложении к возникновению нашей Вселенной. Вопрос в том, как это сделать.

Рассмотрим следующий вариант.

Предположим, что примерно 13,7 млрд. лет назад наша Вселенная в радиусе 1,2 на 10 в 26 степени метров (определённом современным масштабом длины) была пустая, то есть без вещества и квантов. Но при этом существовала сверхслабая кривизна пространства-времени, плавно, волнообразно переходящая из области кривизны с одним знаком (в нашей Вселенной) в области кривизны с противоположными знаками (за пределами нашей Вселенной). Это волнообразное чередование знака кривизны простиралось бесконечно в пространстве и во времени. Но будем интересоваться пока только нашей Вселенной, в пределах которой кривизна имела один и тот же знак.

Важно признать то обстоятельство, что кривизна пространства-времени в рассматриваемой области Вселенной есть энергия, заключённая в пространстве-времени. В этом нет ничего нового: кривизна пространства-времени, обусловленная массами вещества (гравитация), обладает, как известно, энергией, хотя эта энергия и нелокализована.
 
Можно предположить, что 13,7 млрд. лет назад кривизна пространства-времени в радиусе примерно 1,2 на 10 в 26 степени метров достигла некоторого критического значения. Энергия, заключённая в искривлённом пространстве-времени, высвободилась в виде вещества (сначала нейтронов). Этот процесс охватил одновременно всю область в радиусе 1,2 на 10 в 26 степени метров. Через короткое время (порядка в среднем 15,3 минут) нейтроны распались на протоны, электроны и нейтрино. Затем из протонов и электронов образовались атомы водорода...

Такое представление о возникновении нашей Вселенной обходится без непонятной, необъяснимой сингулярности. Вопрос о "бесплатном ланче" тоже снимается; если Вселенная в целом – волнообразное чередование кривизны пространства-времени с разными знаками, то энергия, заключённая в пространстве-времени с кривизной, и есть тот "материал", из которого образовалось вещество в нашей Вселенной.

В областях пространства-времени, занятых антивеществом (в антивселенных) кривизна пространства-времени имела и имеет противоположный знак. В других вселенных кривизна пространства-времени такая же, как в нашей.

Изложенное здесь представление о возникновении вселенных, в том числе и в нашей Вселенной, не противоречит ни одному закону физики, основано на интегральных преобразованиях Фурье и соотношениях неопределённостей для компонент волнового 4-вектора и пространственно-временных координат. Кроме того, введение многомерного пространства (8 измерений: 2 по 4) представляется вполне оправданным, логичным и понятным.

Эволюция Вселенной

Предположим, что примерно 13,7 млрд. лет назад наша Вселенная в радиусе 1,2 на 10 в 26 степени метров (определённом современным масштабом длины) была пустая, то есть без вещества и квантов. Но при этом существовала сверхслабая кривизна пространства-времени, плавно, волнообразно переходящая из области кривизны с одним знаком (в нашей Вселенной) в область кривизны с противоположными знаками (за пределами нашей Вселенной). Это волнообразное чередование знака кривизны простиралось бесконечно в пространстве и во времени.

Но кривизна пространства-времени в рассматриваемой области Вселенной по условию есть энергия, заключённая в пространстве-времени.

Можно предположить, что 13,7 млрд. лет назад кривизна пространства-времени в радиусе примерно 1,2 на 10 в 26 степени метров достигла некоторого критического значения. Энергия, заключённая в искривлённом пространстве-времени, высвободилась в виде вещества (сначала нейтронов). Этот процесс охватил одновременно всю область расстояний (в радиусе 1,2 на 10 в 26 степени метров). Через короткое время (порядка в среднем 15,3 минут - по Физическому энциклопедическому словарю - М.: Советская энциклопедия, 1983) нейтроны распались на протоны, электроны и нейтрино. Затем из протонов и электронов образовались атомы водорода...

С появлением нейтронов время и пространство обрели современный смысл. Поэтому 15,3 минуты с момента возникновения нейтронов и 15,3 минуты сейчас - это один и тот же интервал времени (одна секунда в момент возникновения нейтронов и одна секунда сейчас - это одна и та же секунда), а один метр в момент возникновения нейтронов и один метр сейчас - это один и тот же метр.

Таким образом, возникновение времени и пространства непосредственно связано с возникновением нейтронов. С возникновением нейтронов появились спектры, точки отсчёта расстояний, а значит, появились масштабы времени и длины. Другими словами, можно сказать, что время и пространство возникли 13,7 млрд. лет назад. До этого не было ни масштаба времени, ни масштаба длины, а значит не было ни времени, ни пространства. Но время и пространство остались физически ненаблюдаемыми (если не считать кривизны).

Нейтроны и другие элементарные частицы и кванты возникли в нашей Вселенной тоже 13,7 млрд. лет назад, но они являются спектрами плотности функции Лагранжа и поэтому физически наблюдаемы.

В течение интервала времени 13,7 млрд. лет ход времени, по-видимому, не менялся, не менялся также и масштаб расстояний.

Эволюция нашей Вселенной происходила, согласно всему вышеизложенному, по схеме: возникновение нейтронов одновременно в радиусе примерно 1,2 на 10 в 26 степени метров (из энергии искривлённого пространства-времени), вместе с ними слабого, сильного и гравитационного взаимодействий - распад нейтронов на протоны, электроны и нейтрино под воздействием слабого взаимодействия и одновременное возникновение электромагнитного взаимодействия - образование атомов водорода и малого количества гелия под воздействием электромагнитного взаимодействия - образование звёзд, планет, галактик и скоплений галактик под воздействием гравитационного взаимодействия - охлаждение планет, образование воды и атмосферы на Земле и на других планетах нашей Вселенной - возникновение жизни и цивилизаций на всех планетах, на которых это было возможно.

Всё сказанное здесь об эволюции нашей Вселенной справедливо по отношению также и к другим вселенным и антивселенным. Похоже, число цивилизаций во всей Вселенной (а не только в нашей, видимой, наблюдаемой её части) бесконечно.

PS. В современных стандартных космологических теориях (5 теорий струн и др.) "лишние измерения" пытаются как-то объяснить, найти причину, почему они физически не наблюдаемы и т. д. В данном подходе всё наоборот: компактифицированные четыре измерения восьмимерного многообразия - это физически наблюдаемые элементарные частицы и кванты. И не надо объяснять существование "лишних" четырёх измерений.

ПОЧЕМУ В НАШЕЙ ВСЕЛЕННОЙ ПРЕОБЛАДАЕТ МАТЕРИЯ

(или что находится за пределами нашей Вселенной)

автор:  Курнышев Б.С



Категория: Наука | Добавил: belok (20.01.2013)
Просмотров: 628 | Теги: почему, галактики, Теория Струн, нейтрино, происхождение, звезды, материя, Вселенная | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Форма входа