# Куда расширяется Вселенная

Вадим Евгеньевич Шабанов

КУДА РАСШИРЯЕТСЯ ВСЕЛЕННАЯ

МОДЕЛЬ ПРОЕКТИВНОГО УСТРОЙСТВА


Шабанов В.Е.


"Истина слишком сложна, чтобы допускать что-либо, кроме приближений."

Джон фон Нейман


Сегодня уже не осталось сомнений: Вселенная расширяется с ускорением. Однако причины этого ускорения остаются неизвестными несмотря на значительные усилия, прилагаемые учеными в этом направлении. В этой статье мы предложим возможное объяснение ускоренного расширения Вселенной, исследуя аспекты, которые ранее не рассматривались. Попробуем найти ответ на этот вопрос там, где его не искали, но где, казалось бы, его надо искать в первую очередь. И попутно попробуем ответить на такой детский вопрос: "Куда расширяется Вселенная?" Ведь, действительно, чтобы что-то увеличивалось, необходимо дополнительное пространство, где это могло бы происходить.


Еще раз о гравитации

Закон Всемирного тяготения и закон Хаббла

Закон всемирного тяготения гласит, что два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:


где F - сила всемирного тяготения; m1 и m2 - массы двух тел; R - расстояние между этими телами; G - гравитационная постоянная (или постоянная всемирного тяготения).

В графическом виде зависимость силы тяготения от расстояния будет выглядеть как гипербола. Примерно так:

Рисунок 1:


На этом графике мы видим, что, как бы ни было велико расстояние R между телами, сила тяготения F всегда только притягивает их друг к другу, пусть даже и очень слабо на большом расстоянии. (F всегда больше нуля.)

Однако наблюдения за галактиками и оценка красного смещения в спектре приходящего от них света показывают, что галактики удаляются друг от друга. Скорость удаления галактик определяется законом Хаббла:


где v - скорость удаления галактик; r - расстояние между галактиками; Н - параметр Хаббла.

Значение параметра Хаббла H зависит от текущего глобального времени, и на сегодня оно составляет около 68 км/с на каждый мегапарсек, а, скажем, 1 млрд лет назад составляло около 80 км/с на мегапарсек. Но значение H одинаково в каждый данный момент времени во ВСЕХ точках Вселенной, а значит, чем больше расстояние r между двумя ЛЮБЫМИ галактиками, тем выше скорость их удаления друг от друга v. Из чего следует, что происходит именно такое расширение, при котором ВСЕ галактики взаимоудаляются. Речь идет, конечно же, об очень больших расстояниях, и расширение обнаруживается только в глобальном масштабе всей Вселенной. Сам по себе закон Хаббла предполагает самое простое расширение и не указывает на ускорение. Тем не менее, данные исследований последних лет говорят о том, что расширение не только имеет место быть, но происходит с ускорением, и параметр Хаббла является предметом горячих споров в космологии. Ускорение в этом процессе ставит под сомнение универсальность и закона Хаббла, и даже закона всемирного тяготения.

Что означает "расширение с ускорением"? Недостаточно представлять себе расширение Вселенной как процесс надувания воздушного шара, пусть даже он надувается все быстрее. Ведь галактики не просто становятся все дальше и дальше. На самом деле ускорение в расширении приводит к тому, что галактики у границ наблюдаемой Вселенной удаляются от нас со скоростью, все быстрее приближающейся к скорости света! И это крайне стремительный, сверхэнергичный разлет, который не может сравниться ни с одним известным взрывом. Можно сказать, что расширение Вселенной - это процесс исключительной интенсивности. И с точки зрения здравого смысла, не вписываясь в рамки понимания, он несет в себе какую-то неестественность. И на сегодняшний день у нас нет даже приблизительного объяснения, как и почему это происходит.

Но, раз уж причина ускорения все равно еще не установлена, можно пока ее придумать, чтобы попытаться понять саму суть процесса ускоренного расширения.

"Антигравитация"?

Для того чтобы придать телу ускорение, разумеется, требуется сила. Давайте придумаем такую силу, чтобы как-то пока оправдать ускорение галактик при их удалении друг от друга. Поскольку галактики обладают массой, эта сила должна быть по своей природе гравитационной. А так как она должна действовать в противоположном направлении, то разрешим постоянной всемирного тяготения G изменяться несмотря на то, что она постоянная, и пусть она на каком-то значительном расстоянии между телами меняет свой знак.

Рассмотрим, как в этом случае будут гравитационно взаимодействовать между собой тела некоторой массы. Если гравитационная сила в какой-то момент станет отрицательной, то тела начнут не притягиваться, а, наоборот, отталкиваться. Т.е. тяготение превратится в антитяготение. Тела будут отталкиваться друг от друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Тогда обобщенный график зависимости силы тяготения/антитяготения F от расстояния R будет выглядеть примерно следующим образом:

Рисунок 2:


На этом графике видим, как тяготение постепенно убывает и исчезает, уступая место антитяготению, которое начинает расти. Не углубляясь пока в детали графика, в то, какую математическую функцию он отображает, в рассмотрение его формы (парабола это или гипербола или еще какая-то кривая), просто предположим, что все так и происходит.

Максимально допустимое расстояние

Руководствуясь графиком на рисунке 2, можно сделать важный вывод: расстояние между телами не может расти бесконечно. На графике это показано пунктирной линией. А как это можно было бы объяснить с физической точки зрения? С увеличением расстояния растет сила антитяготения, которая все значительнее воздействует на тела, и, как результат, растет и скорость удаления. Но скорость не может расти бесконечно - она ограничена скоростью света. Именно это и отражено на графике вблизи пунктирной линии. Следовательно, можно предположить, что существует некоторое максимально возможное расстояние между двумя телами, которое нельзя превысить физически. Выходит, что на этом расстоянии сила антитяготения стремится к бесконечному значению, но само расстояние остается практически неизменным. Т.е. это ограничение связано не только со скоростью света и препятствует, собственно, наблюдению, но и действует фактически. Примем, что это расстояние - инвариантная физическая величина, определим его как максимально допустимое и это понятие будем использовать далее.

Самая простая логика говорит о том, что если пространство Вселенной расширяется, то расстояние между любыми двумя объектами не может быть больше того расстояния, до которого пространство расширилось в настоящий момент. Ведь чтобы объекты были и еще дальше друг от друга, они должны выйти за границы существующего пространства. Т.е., максимально допустимое расстояние должно иметь место, ведь элементарно сами размеры имеющегося физического пространства ничему не позволяют быть дальше. Но как такое может быть реализовано в природе? Рассуждаем дальше.

Вспомним, что с ростом скорости увеличивается и масса. И при приближении к скорости света масса тела стремится к предельному значению. Это увеличение массы усиливает инерционность, и действие ускоряющей силы нейтрализуется (тяжелый объект труднее ускорить), и скорость тела перестает расти несмотря на то, что сила продолжает действовать. Говоря иначе, энергия движения тела (кинетическая) постепенно преобразуется в его массу, затем полностью обращается в массу. Общеизвестно и следующее: если источник света удаляется от нас со скоростью света, то свет от этого источника не может до нас дойти, потому как красное смещение также стремится к бесконечному значению (период колебаний световой волны от удаляющегося источника становится бесконечным, а частота стремится к значению 0 Гц, т.е. колебания прекращаются). Таким образом, на максимально допустимом расстоянии дальнейшего удаления тел друг от друга уже не происходит, их масса относительно друг друга стремится к максимальному значению, полностью прекращается электромагнитная взаимосвязь.

Перейдем от обобщенного понятия "тело" конкретно к галактикам. Очевидно, что наблюдения, проводимые за галактиками, показывают, что они движутся именно по описанному выше принципу: условная сила антитяготения сообщает галактике ускорение, скорость удаления галактики от наблюдателя растет и при постоянном действии силы начинает приближаться к максимальному значению с, масса галактики относительно наблюдателя также будет беспредельно возрастать. Вместе с тем мы предположили, что максимально допустимое расстояние нельзя превысить, и галактика физически не может бесконечно удаляться от наблюдателя.

Но что же тогда происходит с галактиками с точки зрения наблюдателя? Они просто уходят за космологический горизонт? Просто останавливается относительное течение времени? Не могут же они просто исчезать. А что происходит с массой галактик? Ведь нужно учитывать и законы сохранения. Законы природы требуют, чтобы все - и масса, и энергия, и каждый бит информации - оставалось в пределах доступа наблюдателя (доступа тем или иным способом, пусть косвенным).

И снова гравитация

Если предположить, что на космологическом горизонте - предельной границе наблюдаемой Вселенной - в результате описываемых процессов возникает скопление галактического материала, то там будет формироваться область с крайне высокой плотностью, а значит, и с максимальным уровнем гравитации. Сила тяготения самой этой области может оказаться настолько велика, что ничто не сможет вырваться из ее влияния, и покинуть эту область уже ничто не сможет. Это создает аналогию с границей черной дыры. Границу черной дыры именуют горизонтом событий. До этой границы мы способны наблюдать и знать, что происходит, а за ней все поглощается черной дырой. Таким образом, возможно, и космологический горизонт представляет из себя точно такой же горизонт событий. Если это действительно так, то наши предположения подтверждаются и все совпадает, в том числе и ограничение расстояния до максимально допустимого, далее которого мы не можем видеть и знать происходящее, и увеличение массы, и бесконечное красное смещение, и относительное замедление течения времени и пр.

Но в таком случае причиной расширения Вселенной может быть именно эта область, именно она своей беспредельной массой и притягивает галактики и заставляет их с ускорением разбегаться друг от друга, что мы и наблюдаем. И сама по себе гравитационная сила не только не препятствует расширению, но является его причиной.

Это то, что может быть результатом действия силы антитяготения, существование которой мы предварительно обусловили.

Теперь вернемся к нашему гипотетическому графику, представленному на рисунке 2. Идея об отрицательной гравитации только помогла нам представить то, что может происходить на границе Вселенной. Но уже представив себе это, можно оставить в покое постоянную G (пусть остается постоянной) и принять более правдоподобную модель, в которой галактики разбегаются под воздействием не "антигравитации", а обычной гравитации, но направленной в противоположную сторону и притягивающей к границе Вселенной, к космологическому горизонту. Соответственно, теперь можно отказаться от совсем некорректного графика на рисунке 2 и изобразить вполне допустимый график:

Рисунок 3:


На этом графике изображены две зеркально расположенные гиперболы. Действие гравитации согласно графику - это результирующая двух одинаковых сил, но от разных источников. И, по нашему предположению, за максимально допустимым расстоянием, обозначенным на графике пунктирной линией, расположена некая область сверхгравитации.

Если бы у нас была возможность наблюдать то, что происходит на краю нашей Вселенной, вполне вероятно, мы увидели бы нечто подобное тому, как галактики, развивая предельную скорость, "вмораживаются" в границу Вселенной по всему небу. Разумеется, это увидеть невозможно по тем же самым причинам, по которым и чёрные дыры нельзя увидеть, и даже косвенно их присутствие непросто обнаружить.

Инерциальная система отсчета

Многочисленные данные, собранные при изучении космоса, говорят о том, что Вселенная однородна по своему составу (гомогенна), одинакова во всех направлениях (изотропна) и в любой ее части действуют одни и те же законы природы. И расширение Вселенной повсюду происходит одинаково. По этим причинам из любой точки Вселенной наблюдатель увидит одно и то же: на близких расстояниях - похожее на хаотичное движение галактик в их группах, на более дальних расстояниях - только удаляющиеся галактики, и еще далее, как мы предполагаем, - границу, за которой лежит невидимая область сверхгравитации. Переместим наблюдателя в ту зону, где он видит только удаление галактик, и после перемещения дальние галактики станут ближними, наблюдатель вновь увидит хаотичное движение галактик более близких к нему, далее только все более удаляющиеся галактики и опять на том же расстоянии от себя область сверхгравитации. И даже если переместить наблюдателя в непосредственную близость к области сверхгравитации, то он и в этой точке не обнаружит эту область, и она окажется опять на том же самом расстоянии от него.

Наблюдатель задает собой инерциальную систему отсчета, началом координат которой он является. Получается, что в каждой такой системе координат отображена своя проекция Вселенной, и разные наблюдатели в своих системах видят отличающиеся друг от друга проекции. И между собой эти проекции разнятся тем больше, чем дальше друг от друга расположены наблюдатели или, что то же самое, центры (начала отсчета) систем. Следует отметить, что хотя в разных инерциальных системах отсчета отображаются разные картинки, картинки эти однообразны. Это можно сравнить с калейдоскопом: поворачивая его, можно видеть, как из одних и тех же цветных камешков, находящихся внутри, каждый раз складывается разный, но однотипный узор. Область же сверхгравитации в разных проекциях будет единообразна. Опять же, как в калейдоскопе, фоновая часть разных узоров будет всегда одной и той же.

Область сверхгравитации, существование которой мы предположили, проявляясь космологическим горизонтом, всегда будет располагаться на одном и том же расстоянии от наблюдателя, в какой бы точке Вселенной он ни находился. Расположение этой области всегда определяется местом наблюдателя, и при его движении будет передвигаться и эта область. Это так же, как и, находясь на Земле, бежать к горизонту, к которому невозможно приблизиться.

Каждая инерциальная система отсчета ограничена максимально допустимым расстоянием. И оно одинаково для любой системы. И при перемещении наблюдателя максимально допустимое расстояние будет сохраняться.

***

Выглядит все это весьма противоречиво. Какая-то сомнительная сверхгравитация, которая представляет собой сферу, окружающую Вселенную. И странно, что свойства внутренней поверхности этой сферы такие же, как у черной дыры. Может ли объект, который представляется сугубо умозрительным, оказывать реальное воздействие на что-либо? Способен ли он что-либо притягивать и ускорять? Если нельзя приблизиться к горизонту Вселенной, тогда разумно было бы предположить, что этот горизонт лишь кажущийся, и он никакими свойствами обладать не может. Насколько реальна или нереальна может быть такая модель Вселенной вообще? И это не риторические вопросы, а вопросы, на которые необходимо дать ответ.

Попробуем обосновать существование области сверхгравитации в качестве активного объекта для любой выбранной инерциальной системы отсчета. Для этого рассмотрим подробнее отдельные особенности предлагаемой версии, которые могли бы явиться аргументами "за" при оценке ее состоятельности. Воспользуемся абстрактными моделированиями и логическими конструкциями, они помогут развить идею и сформировать ее общее понимание.


О Большом взрыве

Конус Большого взрыва

На основе данных о расширении Вселенной, путем экстраполяции в обратном направлении течения времени, была разработана теория Большого взрыва. Суть этой теории заключается в том, что если сейчас галактики удаляются друг от друга, то ранее они были ближе, а еще ранее - еще ближе друг к другу. Это может означать, что когда-то вся материя и энергия Вселенной существовали в одной точке. Из этой точки при взрыве и возникла Вселенная, начав расширяться. Историю Времени, согласно этой теории, можно представить наглядно в виде конуса, в вершине которого находится космологическая сингулярность - та самая точка с плотностью энергии/массы, первоначально стремящейся к бесконечности.

Рисунок 4:


Такой конус можно считать пространственно-временнóй моделью Вселенной, на которой показаны все этапы (эпохи) после Большого взрыва. Эпохи располагаются последовательно вдоль оси времени, которая начинается в вершине конуса (точке Большого взрыва) и следует к его основанию. В вершине - максимальная плотность, далее из-за расширения она, естественно, уменьшается. Постепенное снижение плотности и определяет разные состояния Вселенной в разных эпохах. Упрощенно и кратко эпохи можно расположить в следующем порядке:

- космологическая сингулярность, факт Большого взрыва и очень короткий период сверхбыстрого расширения (этот период называют инфляцией);

- образование материи (вещества и излучения) по завершении инфляции и при продолжающемся менее интенсивном расширении, уменьшение плотности до уровня, при котором появляется, собственно, место для размещения материи и сама возможность ее существования;

- рождение первичных звезд из вещества при дальнейшем снижении плотности;

- формирование галактик при еще большем снижении плотности, где уже присутствуют звезды разного возраста, состава и типа, потухшие звезды, планеты, кометы и другие разнообразные космические объекты.

Боковые конические поверхности как раз и отображают процесс расширения, тоже расширяясь от вершины конуса. И где-то в основании этого конуса, представляющем наше настоящее, располагается галактика Млечный Путь, и в ней - Солнечная система. И ту часть Вселенной, которую мы видим из своего местоположения в пространстве и в нашем настоящем, можно представить в виде другой модели, в виде шара. Такой шар будет демонстрировать уже не пространственно-временну́ю модель, а структуру наблюдаемой нами части Вселенной, т.е. нашей инерциальной системы отсчета. Наблюдаемую нами часть Вселенной еще называют Метагалактикой. (Наблюдаемая часть - это не в том смысле, который подразумевает максимальные возможности наших телескопов видеть содержимое Вселенной на дальнем расстоянии, а в том, в котором свет имеет физическую возможность дойти до нас. В условиях ускоренного расширения Вселенной свет, сам по себе обладая определенными свойствами, способен преодолеть только максимально допустимое расстояние, и не более.)

Метагалактика

Свет распространяется с определенной скоростью, и на преодоление расстояния ему требуется время. Поэтому чем дальше находится наблюдаемый астрономический объект, тем больше времени требуется на то, чтобы информация от него дошла до нас. Т.е. о более далеком объекте мы имеем более давнюю информацию. Вследствие этого, рассматривая объекты, находящиеся на разных расстояниях от нас, мы воочию можем видеть историю Вселенной.

Проведем еще раз мысленное исследование космоса, рассматривая все более далекие объекты, и посмотрим на историю Вселенной. Вот мы видим Луну, какой она была секунду назад (свет от Луны до Земли доходит за одну секунду); далее - Солнце, каким оно было 8 минут назад (время, за которое свет от Солнца доходит до Земли); еще дальше - ближайшую к нам звездную систему α Центавра, какой она была 4 года назад; затем видим ближайшую большую галактику Туманность Андромеды, какой она была 2,5 млн лет назад. Далее перед нами предстают еще более удаленные галактики, а значит, все более и более молодые, и мы можем видеть, какими они были 100 млн лет назад, 1 млрд лет назад, 10 млрд лет назад... Что же дальше?

На рисунке 5 изображена описываемая история Вселенной в виде шара Метагалактики. В центре этого шара находимся мы в качестве неподвижного наблюдателя. Шар разрезан по диаметру.

Рисунок 5:


На этом рисунке мы видим расположенную в центре Солнечную систему. Далее от центра находится наша галактика Млечный Путь в виде наблюдаемых нами отдельных звезд. Еще дальше - соседние и затем дальние галактики. И еще дальше - область рождения звезд, а за ней - область образования атомов водорода и реликтового излучения. Наконец, на краю шара находится плазма Большого взрыва.

Ну вот и получается, что опять все совпадает. В нашем исследовании, перемещая наблюдение все дальше и дальше, мы и обнаружили на космологическом горизонте то, что должны были бы обнаружить, - горизонт событий, а за ним - космологическую сингулярность. И в какую бы сторону мы ни направили наше наблюдение, мы увидели бы одно и то же - область Большого взрыва. А значит, это не точка, но сфера, внутри которой мы находимся, в самом ее центре. Почему же нужно считать, что видимые нами галактики реальны, а космологический горизонт - только некая условная граница? Полагать, что Большой взрыв произошел давно и там ничего быть не может, было бы некорректно. Ведь и какая-нибудь галактика, которую мы видим с большим красным смещением, допустим, как 10 млрд лет назад, вполне реальна. Возможно, она и сейчас где-то передвигается в пространстве и там реально гравитационно взаимодействует с другими галактиками. Так и область сверхгравитации должна быть для нас реальной и действенной. На первый взгляд, такое умозаключение выглядит наивным, но, не торопясь с выводами, продолжим развивать идею.

***

Итак, на рисунке 5 мы можем отметить для себя следующее: при расширении Вселенной галактики движутся в направлении к космологической сингулярности, т.е. в будущем они окажутся в точке начала, которая была в прошлом.

Иными словами, начало Вселенной, которое было у нас позади во времени, оказалось у нас там, куда, судя по космологическому красному смещению, направляются галактики, т.е. впереди во времени. Выходит так, что и начало, и конец - это одна точка как во времени, так и в пространстве. Следовательно, ту последовательность прошедших эпох в теории Большого взрыва, которая была приведена выше и из которой вышли наблюдаемые нами сегодня галактики, можно сопоставить с тем, что ожидает все эти галактики в будущем. Тогда все компонуется и выстраивается следующим образом:

- формирование галактик при снижении плотности содержимого Вселенной - соответствует слиянию галактик при их приближении к области сверхгравитации и при увеличении плотности;

- рождение звезд при снижении плотности - соответствует разрушению звезд и слиянию их и всего содержимого при усилении действия сверхгравитации и дальнейшем увеличении плотности;

- образование материи - соответствует разрушению вещества и слиянию с излучением при приближении к горизонту событий области сверхгравитации;

- космологическая сингулярность и сверхбыстрое расширение (инфляция) - соответствуют сверхбыстрому сжатию и области сверхгравитации.

Эти парные процессы хотя и представляются противоположно тождественными, не являются абсолютно эквивалентными друг другу. Они не являются полным зеркальным отражением друг друга. В чем отличие, чем оно обусловлено и почему нет симметрии, станет понятно по ходу наших рассуждений.

В теории Большого взрыва момент начала определен во времени, но не определен в пространстве, и интуитивно всегда хочется выяснить, где же все-таки находилась та самая точка Большого взрыва. Так, может, и нужно определить ее именно за космологическим горизонтом, но не в виде точки, а в виде сферы?


О пространственно-временной форме Вселенной

Давайте продолжим рассуждение и постараемся обосновать и расширить уже сделанные нами выкладки, развить идею.

Правильнее всего ту начальную точку Вселенной определить не иначе как в пространстве-времени. Пространственно-временной континуум - описательная физическая модель, в которой время рассматривается как равнозначное измерение, наряду с тремя пространственными измерениями, и выражается, как это ни странно, в единицах длины. Выше в модели-конусе Большого взрыва время представлено осью конуса, которая как раз и имеет длину. И мы уже разобрались в том, что начало Вселенной может совпадать с ее конечной границей. Получается, что в формирующейся у нас модели Вселенная замыкается сама на себя (о чем всегда были и есть устойчивые предположения). Она замкнута именно и в пространстве, и во времени. Если считать время равноправным измерением, то оно тоже имеет право быть замкнутым. Становится очевидным, что конус - не самая подходящая фигура для описания процессов во Вселенной. Видимо, нужно подобрать какую-то другую форму для визуального моделирования.

Тор?

Поскольку выяснилось, что начало и конец совпадают, то соединим их между собой. Изогнем конус, а космологическую сингулярность, из которой возникла Вселенная, объединим с предполагаемой нами областью сверхгравитации. У нас получится тор. Соединение космологической сингулярности и области сверхгравитации будет некой перемычкой в этом торе. Каким-то термином необходимо обозначить этот объект (перемычку), примем, что это некая проективная сингулярность. На рисунке 6 она изображена красным цветом. (Проективная - т.е. связанная с проекцией Вселенной на инерциальную систему отсчета, о чем упоминалось выше и о чем будет говориться и далее.)


Рисунок 6:


Мы уже установили, что у нас есть ограничение в виде максимально допустимого расстояния, и это неизменное свойство нашего пространства. Вследствие этого тор будет иметь строго определенный диаметр, а та самая перемычка будет располагаться не в каком-то произвольном месте тора, но будет находиться в нем зависимо от местоположения наблюдателя, причем ровно с противоположной стороны, ибо максимально допустимое расстояние - величина постоянная (на рисунке 6 наблюдатель изображен фиолетовой точкой).

Можно сказать и по-другому: положение наблюдателя зафиксировано проективной сингулярностью строго на максимально допустимом расстоянии. При этом воздействие на наблюдателя оказывается с разных сторон пространства-времени. Он словно зажат в тисках и не имеет возможности приблизиться к той самой перемычке.

Но если мысленно наполнить тор галактиками, задать пермещение каждой из них к "перемычке", то направление общего движение становится неясным. Похоже, кроме взаимного расположения проективной сингулярности и наблюдателя, такая модель пространства-времени на основе тора нам ничего не объясняет. В такой интерпретации устройства Вселенной становится понятным то, куда движутся галактики (все по направлению к проективной сингулярности), но остается непонятным, откуда. А в теории Большого взрыва, напротив, понятно, откуда они движутся (в направлении от Большого взрыва), но непонятно, куда. Но и рассматриваемый нами тор этого не показывает. Нам же необходимо более определенно установить принцип движения галактик, их исход и сход. Очевидно, что все не так просто и надо сформировать совсем иную визуальную модель.

Бутылка Клейна?

Рассмотрим в качестве модели для описания пространства-времени Вселенной бутылку Клейна. У бутылки Клейна есть одно замечательное свойство, которое поможет нам многое понять.

Рисунок 7:


Бутылка Клейна - гипотетический объект, сам по себе особенно интересный. Это двумерная поверхность, полностью замкнутая и соединенная сама с собой особым образом. У бутылки Клейна обрезано дно и соединено с горлышком, но не с внешней стороны бутылки, а с внутренней. Причем для соединения горлышко как бы выходит из трехмерного пространства, в котором находится бутылка, проходит через четвертое пространственное измерение, а затем возвращается и уже тогда соединяется с дном. Поэтому самопересечения поверхностей бутылки на самом деле нет, хотя это и приходится показывать на схематических изображениях (см. рисунок 7). Несмотря на то что бутылка Клейна является двумерной фигурой, она не может быть расположена в трехмерном пространстве, а может находиться только в четырехмерном. Впервые эта фигура была описана в 1881 году немецким математиком Феликсом Клейном (1849-1925).

Используя некоторое воображение, преобразуем наш тор в бутылку Клейна и представим эту фигуру в качестве пространственно-временно́й модели Вселенной. Теперь так же, как и на бывшем у нас торе, обозначим на поверхности бутылки проективную сингулярность в виде перемычки (красным цветом на рисунке 7) и ровно на противоположной стороне определим место наблюдателя (на рисунке 7 фиолетовая точка на поверхности внутренней трубки). Вновь мысленно наполним бутылку Клейна галактиками равномерно и зададим их перемещение к проективной сингулярности. Посмотрим, что может получиться.

У бутылки Клейна есть свойство, аналогичное свойству ленты Мебиуса. Если, не отрывая карандаша, вести линию вдоль поверхности ленты Мебиуса все время в одном направлении, то карандаш будет оказываться то с одной стороны ленты, то с другой. Точно так же и с бутылкой Клейна, если вести линию по ее поверхности продольно и тоже в одном направлении, то линия будет проходить то снаружи бутылки, то внутри. Если все галактики, находящиеся во Вселенной со свойствами бутылки Клейна, начнут движение в одном направлении, не меняя его, то галактики "внутри" бутылки и галактики "снаружи" бутылки будут двигаться в противоположных направлениях относительно внешнего наблюдателя (не находящегося внутри пространства Вселенной). Таким вот немного упрощенным способом можно объяснить эквивалентность исхода и схода галактик и описать их движение.

Теперь попробуем вообразить себя не как внешнего наблюдателя, а как наблюдателя в своей галактике, которая находится внутри пространства, обладающем свойством бутылки Клейна, и где общая пространственная сила гравитации направлена только от нас к проективной сингулярности. Посмотрим на все остальные галактики вокруг. Что мы увидим? Все галактики движутся в одном направлении, впереди нас, т.е. разбегаются от нас во все стороны. И мы не сможем определить то, что есть различие в направлении движения галактик, и что часть из них движется по одной стороне бутылки Клейна, а часть - по другой.

Что же в итоге получается? Мы видим, как проективная сингулярность притягивает галактики по всей Вселенной, имеющей свойство, аналогичное свойству бутылки Клейна. Все галактики движутся к проективной сингулярности, при этом направление их собственного движения для нас не имеет значения. Общая же сила тяготения проективной сингулярности зависит от суммы масс всех галактик, которые как бы должны были оказаться на расстоянии большем, чем максимально допустимое расстояние. Таким образом, проективная сингулярность может играть основополагающую роль в формировании Вселенной. Но не исключительно в прошлом в момент Большого взрыва, а непрерывно.

Может ли бутылка Клейна быть использована таким вот образом в нашей модели или вообще где-то и как-то реализована? Еще древнегреческий философ Платон в своем учении указывал на то, что "нельзя знать о том, чего нет". Интерпретируя эту истину, можно сказать и так: "Если уж сознание что-то смогло сформулировать, описать, понять для себя, то это где-то в каком-то виде воплощено и существует".

Например, используя устоявшуюся систему символов, очень легко можно написать карандашом на бумаге выражение "√¯-1". И на первый взгляд, в этой записи нет никакого смысла, пусть даже каждый символ имеет определенное значение, а их сочетание выстроено корректно. Но уж коли это можно написать, значит, это имеет какую-то сущность. Корень из минус единицы или любого другого отрицательного числа - это мнимое число, и сегодня мнимые числа широко применяются в математических вычислениях, и не только в науке, но и в прикладных целях, например, в технике при расчете параметров электрических цепей.

Другой пример - гравитационная сингулярность. Первоначально это явление было воспринято как занятный математический казус, не имеющий никакого отношения к чему-либо реальному. А сегодня черные дыры не только обнаружены, но и дают основания предполагать, что ими представлена бóльшая часть массы во Вселенной.

Так и бутылка Клейна, уж если она возникла в сознании в качестве гипотетического математического объекта, может оказаться реальной основой устройства чего-либо материального.

Неориентируемая поверхность

В модели, представляющей собой конус Большого взрыва, время направлено вдоль оси конуса и движется от его вершины (точки Большого взрыва) в сторону его расширения. В модели в виде тора мы замыкаем время, и оно, следуя по направляющей окружности тора, становится цикличным. В модели формой бутылки Клейна прямая цикличность утрачивается, так как временны́е циклы уже не повторяют друг друга. Имея протяженность вдоль бутылки Клейна, движение времени становится дифференцированным (имеющим в себе различия).

Для построения модели общего пространственно-временно́го устройства конус - не самая лучшая фигура. Такая модель, во-первых, упирается в вершину конуса - космологическую сингулярность, а во-вторых, пресекается основанием конуса - срезом, который не дает полную картину. Подобно тому, как вырезанная небольшая часть глобуса дает лишь косвенное представления о форме Земли, конус Большого взрыва только частично показывает общее устройство Вселенной и более походит на фрагмент, выделенный из общей формы. Полная постранственно-временна́я форма Вселенной все-таки должна соответствовать более гармоничной фигуре, обладающей количеством симметрий бо́льшим, чем конус, и имеющей законченность.

В качестве такой более подходящей фигуры мы и используем бутылку Клейна, которая содержит в себе такое же свойство, как и лента Мебиуса, и по этому признаку является так называемой фигурой с неориентируемой поверхностью. На это свойство мы и опираемся в своих рассуждениях. Тор показывает более наглядно только расположение проективной сингулярности, а неориентируемая поверхность бутылки Клейна дополнительно к этому помогает оценить движение содержимого Вселенной и следование времени. Бутылка Клейна - это всего лишь примерная визуализация, схематический чертеж, служащий только инструментом выстраивания лучшего понимания. И в данном случае важно само конкретное понятие - неориентируемая поверхность.

Кроме того, здесь нужно подчеркнуть, что именно неориентируемая поверхность обуславливает ту несимметричность и незеркальность процессов, на что обращалась внимание ранее при рассмотрении парности противоположных процессов.

Всматриваясь в пространство космоса все далее и далее, мы видим все более давнее прошлое, а значит, мы должны были бы видеть, как множество более мелких молодых галактик на дальних расстояниях сливаются между собой, постепенно формируя меньшее количество все более крупных старых галактик на ближних к нам расстояниях. Примерно так, как это изображено на рисунке 5 в шаре Метогалактики, где слой небольших галактик как бы перетекает постепенно ближе к центру и формирует слой увеличивающихся галактик. Примерно так должно было бы быть после Большого взрыва. Однако современными средствами наблюдения обнаружены галактики на очень дальних расстояниях (в ранний период), которые выглядят старыми, и их могли сформировать сверхмассовные чёрные дыры, которых не могло быть в ранней Вселенной. Выходит, мы видим вовсе не ожидаемую нами картину: галактики повсюду распределены равномерно и, находясь от нас все далее и далее, все активнее удаляются от нас и друг от друга в нашем настоящем. Удаляются также все одинаково во всех направлениях (!), при этом с ускорением. И такое может быть реализовано на неориентируемой поверхности. И ключевым обстоятельством тут может послужить как раз то, что галактики постепенно должны становиться все ближе друг к другу. Именно это и может происходить во Вселенной прямо сейчас в некоторой более общей действительности, а не в нашем восприятии.


О гравитационных сингулярностях

Мы уже пользовались аналогией между черными дырами и проективной сингулярностью. И здесь необходимо внести некоторые уточнения, поскольку эта аналогия не столь очевидна. Ведь в случае с черными дырами гравитационная сингулярность воспринимается нами как массивная область малого радиуса, в то время как в случае с проективной сингулярностью она представляется в виде сферы, окружающей нас, или, другими словами, в виде "черного неба".

Астрофизическая черная дыра представляет из себя реально существующий объект, а проективная сингулярность может рассматриваться в большей мере как абстрактный объект, хотя и с действительными свойствами. Конечно, очевидны существенные отличия у таких разных по своей природе объектов. Но и тот и другой однозначно представляют собой области пространства-времени, особые свойства которых определены одним и тем же признаком: экстремально высоким значением гравитации. И то и другое - это варианты гравитационной сингулярности, и для нас различие этих объектов заключается только в силе гравитационного воздействия, которое они могут оказывать. (Мы намеренно опускаем вопрос, касающийся вращения таких объектов, и, хотя это важный фактор, мы это делаем, чтобы избежать усложнения предоставляемого материала.) Таким образом, различие в форме черной дыры и форме проективной сингулярности, отмечаемое нами, лежит лишь в нашем восприятии.

В научно-популярной литературе часто можно встретить информацию о черных дырах как о неких монстрах, представляющих огромную опасность. Ведь они все к себе притягивают, поглощают все к ним приближающееся, все уничтожают и т.п. Существует множество рассказов о том, как объекты, оказавшиеся рядом с черной дырой, подвергаются разрушительному воздействию приливных сил. Но стоит отметить, что приближение к Солнцу или даже просто падение на Землю из космоса также может привести к катастрофическим последствиям. И неважно, какие предусматриваются варианты - возможность сгореть в излучении, разрушиться механически при столкновении или распасться под воздействием запредельных гравитационных сил. Черная дыра - всего лишь один из многих объектов, существующих во Вселенной. Если, например, из Солнечной системы убрать Солнце и поместить на его место черную дыру ровно такой же массы, то гравитация Солнечной системы не изменится, все планеты продолжат вращение вокруг своих осей и по своим орбитам, действие приливных сил не изменится, никакие планеты не разрушатся, и на Земле на том же уровне продолжат чередоваться приливы и отливы, вызванные в большей степени Луной и в меньшей степени этой черной дырой. А приближение к горизонту событий тем опаснее, чем меньше черная дыра, т.к. в этом случае тело, находящееся вблизи горизонта событий, находится и вблизи самой гравитационной сингулярности, из-за чего и испытывает разрушительное гравитационное действие в виде значительных приливных сил. У более массивных черных дыр горизонт событий располагается дальше от сингулярности, поэтому для тела, находящегося рядом с горизонтом, приливные силы будут менее чувствительны. В любом случае, какой-нибудь космический аппарат, направленный к черной дыре для исследований, может выбрать безопасную орбиту и оставаться на ней. И в этом случае мы в качестве пользователей этого аппарата сможем наблюдать эффекты, связанные с гравитационным действием сингулярности.

А известные расчеты показывают, что из-за искривления пространства, производимого черной дырой, мы сможем увидеть ее обратную сторону (точнее процессы с обратной стороны, т.к. саму черную дыру видеть нельзя). Это так называемый эффект гравитационного линзирования. В гравитационной линзе происходит не только преломление света, проходящего через нее, но и изменение самой формы пространства. В отличие от оптической линзы, гравитационная вызывает наибольшее искривление в центре, а по мере удаления от центра оно уменьшается. Благодаря этому мы наблюдаем искажение пространства в виде кольца вокруг черной дыры. И чем больше масса черной дыры, тем бо́льшую часть пространства, находящегося за ней, можно увидеть в этом кольце.

Представим себе, что масса некой черной дыры постепенно увеличивается. В этом случае пространство будет все больше искривляться ею и выходить из-за ее тыльной стороны, разворачиваться в нашу сторону. Таким образом, в нашем восприятии черная дыра при увеличении массы будет все больше стремиться к форме сферы, окружающей нас. И при достижении определенной критической массы сформируется правильная сфера. Логично было бы предположить, что такая максимально критическая масса свойственна проективной сингулярности и является причиной того, что мы воспринимаем ее в виде сферы. Мы как бы находимся внутри такой гравитационной линзы, которая, собственно, и есть само наше пространство.

Обладая максимальной критической массой, проективная сингулярность создает пространство той формы и той геометрии, которые мы наблюдаем. И для этого состояния необходима такая масса, что она оказалась бы способна "скрутить" измерения в такую критическую кривизну, в которой бы возникло Время и "выпучилась" бы наша Вселенная. Это подобно протуберанцу из поверхности Солнца. А на значительном уже удалении мы отмечаем у себя почти идеальное евклидово пространство. То есть мы как бы находимся в экстремуме этого протуберанца.

При рассмотрении тождественности черной дыры и проективной сингулярности необходимо отойти от различия в восприятии нами формы этих объектов. На рисунке 7 проективную сингулярность можно изобразить не кольцом в виде перемычки, как это показано, а точкой, деформировав в эту точку и примыкающую поверхность, стянув ее, как в узел. При этом суть не изменится, и для наблюдателя, находящегося внутри такого пространства, все равно это будет внутренняя поверхность сферы.

При приближении к черной дыре скорость любого объекта растет и постепенно приближается к скорости света, и ему требуется совсем не так уж много времени, чтобы достичь горизонта событий. Во многих описаниях такого падения отмечается, что для того, кто наблюдает это со стороны, объект никогда не упадет. По мере того как пространство-время становится все более искаженным ближе к горизонту событий, объект якобы постепенно замедляется, а затем и вовсе застывает на месте. Но это не совсем верное описание. До того как сторонний наблюдатель отметит для себя замедление объекта, он обнаружит значительное и все более увеличивающееся красное смещение еще при ускоренном движении. В результате объект не застынет, а исчезнет. Пока еще мы не можем наблюдать что-либо, приближающееся к черной дыре. Но не то же ли самое мы наблюдаем на космологическом горизонте?

***

Сложившееся на сегодня наше теоретическое представление о черных дырах может помочь сформировать понимание и проективной сингулярности, ее свойств, ее конструктивной роли во Вселенной. Но проводить такое сопоставление необходимо под особым углом зрения на эти объекты. Кроме того, мы можем показать далее, что черные дыры могут оказаться самыми безопасными объектами во Вселенной.


Проективная сингулярность

При введении понятия "Проективная сингулярность" следует дать более подробное ее описание.

В соответствии со своим относительным началом проективная сингулярность не является конкретным физическим объектом, который можно было бы четко обозначить. Однако, очевидно, что это вполне действенная, определяющая, влияющая, значимая субстанция. Рассмотрим, что же может представлять из себя проективная сингулярность, и сделаем это с двух точек зрения: от локального наблюдателя, т.е. находящегося в своей инерциальной системе отсчета, как мы в нашей Метагалактике; и от глобального наблюдателя, который оценивает устройство некой инерциальной системы отсчета как бы со стороны, находясь извне и видя все ее внутреннее устройство.

От локального наблюдателя

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что проективная сингулярность - это гравитационное воздействие содержимого Вселенной, в превосходящем количестве находящегося за пределами космологического горизонта, на локального наблюдателя. В своей инерциальной системе отсчета, которую наблюдатель и определяет собой, он измеряет все величины относительно себя: и время, и расстояния, и скорости, и все прочее. Основное свойство проективной сингулярности - ее относительность. Ее положение определено только наблюдателем, и в пространстве нет других точек для определения этого. И у каждого наблюдателя имеется своя единственная проективная сингулярность. Но, несмотря на такое абстрактное присутствие, для каждого наблюдателя его собственная проективная сингулярность играет основополагающую роль. Она формирует собой пространство инерциальной системы отсчета, в котором лишь отображается (проецируется) общее устройство и общая геометрия всей Вселенной в целом, и это геометрия более высокого порядка (с бóльшим количеством измерений), которая должна быть достаточной для реализации неориентирумой поверхности.

Максимальная критическая масса вещества, содержащегося во Вселенной, формирует относительную проективную сингулярность наблюдателя. Эта сингулярность образует на пропорциональном гравитационном радиусе горизонт событий и тем самым создает локальную границу инерциальной системы отсчета наблюдателя.

События, происходящие за горизонтом событий проективной сингулярности, не оказывают непосредственного влияния на наблюдателя, находящегося по эту сторону горизонта, т.е. отсутствует прямая причинно-следственная связь. Какие-либо процессы, происходящие за горизонтом, наблюдателю недоступны. Из той области он может получать только в высокой степени стационарное гравитационное действие.

Непосредственно на этой границе расположена зона преобразования материи (рождение/разрушение атомов, соединения/разделения вещества с излучением). След этого преобразования - космический микроволновый фон (реликтовое излучение). Граница воспринимается наблюдателем как космологический горизонт, и для него - это окружающая его сфера. Расстояние до границы неизменно, соответствует максимально допустимому, и эта дистанция не зависит от движения наблюдателя.

В целом, проективная сингулярность и ограничивает любую инерциальную систему отсчета, и формирует ее геометрическое пространство.

Для локального наблюдателя особенность проективной сингулярности состоит в том, что ее параметры и характеристики неизменны, поскольку они задаются фундаментальными величинами - скоростью света и гравитационной постоянной. Равносильно и обратное: скорость света и гравитационная постоянная жестко заданы параметрами проективной сингулярности.

В начале отсчета инерциальной системы (в точке, где находится наблюдатель) гравитация проективной сингулярности самокомпенсируется из-за ее равного воздействия со всех направлений пространства, а собственное гравитационное взаимодействие тел между собой около начала отсчета максимально. При незначительном удалении какого-либо объекта от наблюдателя, т.е. от начала системы отсчета, гравитация проективной сингулярности начинает действовать, но ее влияние невелико, и наблюдатель продолжает отмечать только собственное гравитационное взаимодействие с этим объектом. При дальнейшем увеличении расстояния гравитационное воздействие проективной сингулярности возрастает, а уже на значительном расстоянии оно начинает преобладать, и наблюдатель отмечает ускорение объекта.

Точно так же и в нашей галактике Млечный Путь и в ее окрестностях из-за значительного расстояния воздействие проективной сингулярности невелико настолько, что практически незаметно. Гораздо более существенно взаимное гравитационное притяжение между нашими соседними галактиками, и оно ощутимее влияет на движение галактик в нашей группе, они могут и приближаться к нам, и удаляться от нас, двигаться мимо нас с разными скоростями.

От глобального наблюдателя

Непосредственными трактовками не так просто описать, каким видит пространство Метагалактики глобальный наблюдатель, поскольку он находится не только вне самой Метагалактики, но и за пределами ее измерений. Поэтому мы снова прибегнем к абстрактному моделированию.

Мы рассматривали пространственно-временны́е модели Вселенной в виде тора и бутылки Клейна, которые учитывают время как четвертое измерение. Но для оценки геометрического устройства пространства временна́я составляющая нам не потребуется, достаточно будет трех пространственных измерений, а потому в качестве образца-модели вполне подойдет сфера.

Можно выразить сущность проективной сингулярности в трех аспектах - геометрическом, физическом, релятивистском.

Геометрическое представление.

В средние века мореплаватели, будучи уверенными в том, что Земля плоская, отправлялись на поиски края Земли, однако они с удивлением обнаруживали, что прибыли обратно в порт, из которого вышли. И какое направление они ни выбирали бы (на север, юг, запад или восток), результат всегда был одним и тем же. Таким нехитрым способом можно было прийти к выводу, что Земля - огромный шар. Поверхность шара - это сфера. А сфера, по сути, представляет собой двумерное пространство, со всех своих сторон замкнутое само на себя (закрытое пространство). Двумерный локальный наблюдатель на поверхности этой сферы, который и сам имеет только длину и ширину и не имеет высоты, пытаясь добраться до края своего пространства и двигаясь прямолинейно каждый раз в разных направлениях, всегда будет оказываться там, откуда начал движение. Причем все его прямолинейные пути, направленные в разные стороны, пересекутся в одной единственной точке на противоположной стороне сферы, в точке-антиподе. (Так же как меридианы на глобусе, исходящие с северного полюса в разных направлениях, пересекаются на южном полюсе, при этом северный и южной полюса являются взаимными антиподами.) Таким практическим методом двумерный наблюдатель может установить, что его пространство закрыто, имеет положительную кривизну, и что у него есть точка-антипод на противоположной стороне этого пространства.

Как поверхность сферы представляет собой двумерное пространство, которое имеет положительную кривизну и потому замкнуто само на себя, так и трехмерное пространство тоже может иметь положительную кривизну, хотя бы неуловимо малую, и тогда оно тоже может быть замкнуто само на себя (тоже закрытое пространство). Вселенная тоже может представлять из себя сферу, но не двумерную, а трехмерную (гиперсферу). И мы как трехмерный локальный наблюдатель, двигаясь все время прямолинейно, никогда не достигнем границы и в конце концов вернемся в исходную точку. Если мы отправимся в путешествие с Земли, двигаясь только прямо, то вернемся на Землю, пусть и через сотни триллионов лет. И независимо от направления движения, результат будет один и тот же. А все выбранные нами направления движения пересекутся в единственной точке на противоположной стороне Вселенной, в противолежащей точке гиперсферы, в точке-антиподе. Но эти направления совсем не то же самое, что меридианы, которые являются всего лишь схематическими линиями, нанесенными на поверхность глобуса. По своей сути эти направления - геодезические линии пространства, и когда они уплотняются, сходясь к единой точке, то уплотняется и само пространство. Таким образом, точка-антипод локального наблюдателя и являет собой проективную сингулярность, о которой мы говорим.

Глобальный наблюдатель способен видеть одновременно и локального наблюдателя, и его проективную сингулярность на противоположной стороне гиперсферы Вселенной (так же, как мы видим и то и другое на двумерной сфере, показанной на рисунке 8).

Физическое представление.

И снова обратимся за примером к обычной сфере как к двумерному закрытому пространству. Допустим, такое пространство наполнено неким двумерным веществом, равномерно распределенным, скажем, какими-то двумерными галактиками. Тогда такую структуру можно рассматривать как закрытую систему тел, обладающих массой. Известно, что любая система частиц или тел имеет свой центр масс, будь то два, три, десять или тысяча тел. У каждой конкретной системы будет один единственный центр масс, и его всегда можно определить, зная расположение и массу каждого тела. Например, центр масс трех одинаковых по массе тел будет находиться в точке, равноудаленной от этих тел. Если одно из этих тел будет тяжелее, то центр масс будет смещен в его сторону, а если тело легче - центр масс удалится от него. Если к трем имеющимся телам добавить четвертое, то центр масс также изменит свое местоположение, сместившись в сторону четвертого тела соответственно его массе и расстоянию до него. Центр масс - это точка, характеризующая распределение масс в системе тел (не путать с центром тяжести), и в этой точке расположен пик результирующей всех гравитационных сил системы.

Где же будет располагаться центр масс двумерного сферического пространства в нашем примере, если двумерный локальный наблюдатель захочет его найти? Разумеется, для глобального наблюдателя центр масс этого пространства расположен в центре сферы. Но для двумерного локального наблюдателя, находящегося внутри этого пространства, не существует иных точек, кроме как расположенных на поверхности этой сферы, а значит, и нет точки в центре сферы. Для него центр масс будет находиться в равноудаленной от него точке, т.е. опять же на противоположной стороне сферы ровно в противолежащей точке. И снова перейдем от двумерной сферы к трехмерной и проведем аналогию. Трехмерная сфера Вселенной является некоторым конечным объемом, где содержится вещество, и тоже представляет из себя закрытую систему, а следовательно, должен быть и центр масс этого содержимого. При равномерном распределении вещества центр масс аналогичным образом будет находиться в равноудаленной от локального наблюдателя точке пространства, расположенной на противоположной стороне. Соответственно, проективную сингулярность можно считать кроме всего прочего и центром масс Вселенной.

Важно отметить следующее. Центр масс любой системы тел является материальной геометрической точкой, в которой сосредоточена вся масса системы.

В качестве примера рассмотрим более детально систему Земля-Луна. Выражение "Луна вращается вокруг Земли" не совсем корректно. Луна и Земля вращаются вокруг общего центра масс, который не совпадает с центром Земли. И вокруг Солнца точно по линии эллиптической орбиты движется не центр Земли, а центр масс системы Земля-Луна, центр же Земли при своем движении описывает более сложную кривую около линии орбиты. А какой-нибудь метеорит, направляющийся к Земле и изначально находящийся на достаточно большом расстоянии, сперва будет испытывать притяжение и Земли, и Луны, и фактически на его движение будет оказывать влияние центр масс системы Земля-Луна. И только уже приблизившись к цели, он с большей долей вероятности упадет на Землю, хотя возможно его падение и на Луну.

Центр масс есть и у каждой звездной системы, и у систем, состоящих из нескольких звезд, и у любой галактики, и у группы галактик. Так он должен быть и у Вселенной в целом при ее конечном объеме. Центр масс Вселенной хотя и относителен, но все же материален, и в нем суммируется гравитационное действие всей имеющейся массы Вселенной.

Рисунок 8:


Рисунок 8 показывает на двумерной сфере взаимно противоположное расположение локального наблюдателя и его точки-антипода, точки его относительного центра масс. Подобную картину, но реализованную на трехмерном пространстве, может видеть со стороны глобальный наблюдатель. Таким образом, любая произвольно выбранная инерциальная система отсчета в соответствие геометрии физического пространства является полярной системой отсчета, где локальный наблюдатель и проективная сингулярность - ее два противоположные полюса.

Строго говоря, геометрическая форма пространства Вселенной в границах инерциальной системы отсчета не является правильной гиперсферой. Любая сфера обладает постоянной положительной кривизной. В нашем же случае кривизна пространства хотя тоже и положительна, но не постоянна. В точке локального наблюдателя она близка к нулевому значению, а по направлению к проективной сингулярности она гиперболически увеличивается и вблизи точки сингулярности стремится к бесконечному значению. И это искажает общую форму пространства, и она приобретает неправильный вид. Однако форма пространства остается гомеоморфной гиперсфере, как это принято выражать в топологии. Другими словами, каждой точке пространства можно сопоставить точку на модели, имеющей вид гиперсферы, тем самым преобразовав его в гиперсферу, что мы и делаем в данном случае.

Еще более углубляясь в суть вопроса, необходимо отметить, что пространство с любой кривизной может быть замкнутым, и с положительной, и с отрицательной, и с нулевой. При замкнутом евклидовом пространстве (с нулевой кривизной) необходимо в нашем варианте рассматривать не гауссову кривизну, которая определяется измерением углов, а неравномерность плотности пространства, в положительном варианте определяемую сокращением линейных размеров (что, в принципе, и наблюдается в реальности).

Релятивистское представление.

При движении тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света, проявляются релятивистские эффекты. В этой связи мы уже рассматривали и использовали в своих рассуждениях такое явление как увеличение массы движущегося тела относительно неподвижного наблюдателя. Упоминали и относительное замедление времени в этом случае. Сто́ит также сказать и о так называемом лоренцевом сокращении длины, именуемом так в честь ученого, описавшего этот эффект. Хендрик Лоренц (1853-1928) - нидерландский физик-теоретик. Эффект заключается в том, что для наблюдателя длина объекта, движущегося относительно него с скоростью, близкой к скорости света, будет меньше реальной собственной длины этого объекта. Сокращение размера будет происходить именно вдоль направления движения тела. И если скорость объекта будет приближаться к скорости света, то и его длина будет стремиться к нулевому значению.

Расширение Вселенной происходит во ВСЕХ направлениях относительно локального наблюдателя, и оно происходит с ускорением. Это ускорение приводит к тому, что на границах инерциальной системы отсчета наблюдателя расширение пространства приближается к скорости света. Таким образом, космологический горизонт в целом представляет из себя область, удаляющуюся от наблюдателя по всем направлениям со скоростью света. Это делает его объектом, стремящимся к нулевому значению своих размеров. Следовательно, можно сказать, что граница наблюдаемой Вселенной не имеет ни длины, ни ширины, ни глубины, и наше "черное небо" не имеет фактических геометрических размеров. По существу, это точка. В нашей версии это показано в виде проективной сингулярности.

Сами релятивистские эффекты (увеличение массы и сокращение геометрических размеров, а значит, формирование бесконечной плотности) на границе инерциальной системы отсчета, которую задает наблюдатель, и определяют существование проективной сингулярности.

Топологическое толкование

Дополнительно можно дать и еще одно толкование проективной сингулярности, вновь обращаясь к форме (топологии) пространства-времени Вселенной и используя для этого пример ленты Мебиуса. Как бы мы ни располагали перед собой ленту Мебиуса, с какой бы стороны на нее ни смотрели, мы всегда будем видеть как минимум одно место переворачивания, в котором визуально для нас лента проходит как бы через точку, как это показано на рисунке 9. Лента на всем своем протяжении равномерно плоская, по факту никаких точек пересечения на ней нет, но мы все равно будем это видеть в каком-нибудь месте. И это место зависит от того, откуда мы смотрим на ленту Мебиуса. Таким местом на неориентируемой поверхности фигуры пространства-времени Вселенной и является проективная сингулярность. Для локального наблюдателя, находящегося внутри пространства, этот эффект не визуален, а материален. Для него это "узел", в котором постепенно "завязываются", все более удаляясь, и вещество с излучением между собой, и все четыре фундаментальных взаимодействия, и время с пространством. Проективную сингулярность можно опередить как относительную (!) точку равенства вещества и излучения, точку равенства всех взаимодействий, точку равенства времени и пространства. В нее все сворачивается, и все из нее разворачивается.

Рисунок 9:


***

Все приведенные рассуждения позволяют сформировать некоторую модель устройства Вселенной, в которой присутствует проективная сингулярность. Назовем эту версию "Модель проективного устройства". В этой модели пространство Вселенной замкнуто (закрыто). В этой модели кривизна пространства относительно локального наблюдателя положительна и непостоянна, гиперболически увеличивается с расстоянием от наблюдателя. В этой модели течение времени и пространственные измерения взаимосвязаны, время и пространство образуют пространственно-временнóй континуум. Время, таким образом, также замкнуто, в связи с чем имеет дополнительный глобальный параметр, о котором будет сказано ниже. В этой модели пространство-время представляет из себя фигуру с неориентируемой поверхностью.

При описываемых признаках пространство-время может представлять из себя неориентируемую многомерную поверхность (гиперповерхность), а наблюдаемое пространство может соответствовать спиральной закрытой D3-бране, где точка обхода - проективная сингулярность.


Как суммируется действие гравитации

На основании вышеизложенного, можно заключить, что проективная сингулярность - это восприятие локальным наблюдателем суммарного действия гравитации всего содержимого Вселенной. С другой стороны, проективная сингулярность - это суммарное гравитационное действие всего содержимого Вселенной на каждого отдельного наблюдателя. Давайте рассмотрим, каким образом суммируется действие гравитационных сил.

Сила Кулона и сила гравитации

Из четырех фундаментальных взаимодействий, существующих в природе, - электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого, - последние два относятся к ядерным взаимодействиям и являются взаимодействиями короткого радиуса действия. Их силы ощутимы только в непосредственной близости от ядерных частиц, на микроуровне. В отличие от ядерных взаимодействий, электромагнитное и гравитационное являются взаимодействиями большого радиуса действия. Их силы ощущаются и могут быть измерены на значительном удалении от источника, на макроуровне. Исходя из такой сопоставимости электромагнитного и гравитационного взаимодействий, с некоторой долей условности можно провести сравнение между ними.

Как известно, электромагнитное взаимодействие имеет своим следствием силу Кулона. Эта сила действует между положительными и отрицательными зарядами, вызывая отталкивание одноименных зарядов и притяжение разноименных. Таким образом, электромагнитное взаимодействие является двунаправленным. В отличие от этого, гравитационная сила действует между объектами, обладающими массой, и всегда имеется только одно направление действия - притяжение. Посмотрим, как такое кардинальное различие между этими двумя силами может проявлять себя на макроуровне, например, на уровне астрономических объектов.

Допустим, имеются два небесных тела, и пусть они обладают электрическими зарядами. Если заряды обоих тел положительны, то общий заряд системы из этих двух тел увеличится и будет также положительным. Если заряды обоих тел отрицательны, то общий заряд системы тоже увеличится и будет соответственно отрицательным. Если же заряд одного небесного тела положительный, а другого - отрицательный, то общий заряд системы уменьшится. А теперь возьмем систему из десяти небесных тел. Если наличие электрического заряда у этих тел имеет нормальное среднестатистическое распределение (т.е. они не подобраны специально в эту систему по своему заряду для получения какого-либо результата), то в системе окажутся тела и с отрицательным зарядом, и с положительным, и нейтральные. Таким образом, общий заряд системы будет более приближен к нулевому значению. Заряд системы из ста небесных тел еще более приблизится к нулю, из тысячи - еще более и т.д.

При рассмотрении гравитационной характеристики систем небесных тел наблюдается совершенно противоположная ситуация. Очевидно, что чем больше тел в системе, тем больше общая масса системы, и тем больше сила гравитации, которую эта система может оказывать. И чем большую область космоса с небесными телами мы будем охватывать, тем сильнее будет становиться гравитационное действие этой области.

Аддитивность гравитации

Свойство физической величины, состоящее в том, что значение величины целого объекта равно сумме значений величин его частей, называют аддитивностью. Так, объем - аддитивная величина, и если в емкость вылить воду из двух стаканов, то общий объем воды в этой емкости будет равен объемам двух стаканов. А вот общее значение температуры воды в емкости не будет равно сумме тех температур, которые были в стаканах, температура - не аддитивна.

Электрический заряд - это аддитивная величина, и наличие одновременно положительных и отрицательных зарядов в системе влечет за собой уменьшение общего заряда системы. Положительные и отрицательные заряды компенсируют действие друг друга.

Гравитационная масса также аддитивна, но массу ничто не может компенсировать, поэтому общая гравитация системы всегда больше самого массивного объекта системы. Например, сила притяжения системы Земля-Луна больше притяжения отдельно Земли. Аддитивность гравитационной силы подразумевается нами и тогда, когда мы говорим о массе какой-либо галактики, ведь это суммарная масса всех объектов этой галактики, и она проявляется в гравитационном взаимодействии, например, с другой галактикой.

Аддитивность гравитационной силы лежит в основе наших рассуждений. Это ее свойство в совокупности с неограниченным радиусом действия и с исключительно односторонней направленностью обуславливает экстремальное действие гравитации при полном охвате всей Вселенной. А описываемая нами проективная сингулярность, можно сказать, и есть следствие физических свойств гравитации, в том числе аддитивности.

Однонаправленное действие гравитационной силы определяет то, что ей нет естественного противодействия (не существует "антигравитации"), поэтому ее нечем компенсировать и ее нельзя нейтрализовать. Любой объект, обладающий массой, всегда и везде будет притягивать другой объект, обладающий массой. При слиянии объектов объединится и их гравитационное действие, и оно пропорционально увеличится. Увеличенная гравитационная сила нового объекта после слияния будет продолжать действовать и внутри него самого, и оказывать усиленное действие на внешние объекты. Гравитацию нельзя убрать, подавить, ничем нельзя экранировать (т.е. отгородиться от ее действия). Сила гравитации может только ослабевать внутри объекта или системы с уменьшением плотности, а вне объекта - с увеличением расстояния. Но как бы мала она ни была, она полностью не исчезает.

Получается, что теоретически возможно существование некоторой области пространства без электрического или магнитного поля, но существование области пространства без гравитационного поля, даже очень слабого, невозможно в принципе.

Принцип Маха

Похоже, что представляемая нами версия устройства Вселенной во многом соответствует принципу Маха. Этот принцип в общих чертах был предложен австрийским ученым и философом Эрнстом Махом еще в XIX веке, а впоследствии был конкретизирован и использован Альбертом Эйнштейном при создании Теории относительности. Принцип заключается в трех следующих утверждениях, которые коротко сам Эйнштейн и сформулировал:

- пространство может существовать только при наличии физических тел;

- присутствие далеких масс во Вселенной является причиной существования инерциальных систем отсчета;

- инертные свойства тела зависят от массы и расположения всех других тел.

Принцип Маха в последующем не нашел отражения в Общей Теории Относительности и не получил экспериментального подтверждения в дальнейшем. Но, по всей видимости, он не допускает простого прямолинейного применения. Возможно, все-таки принцип Маха сто́ит еще раз проанализировать с учетом представленной модели.

Сложилась довольно странная ситуация: принцип Маха лежит в самой основе ОТО, но между ними прослеживается противоречие. Считается, что принцип Маха не согласуется с ОТО, поскольку подпадает под концепцию дальнодействия. (Согласно этой концепции, объекты могли бы действовать друг на друга без материальных посредников на любом расстоянии мгновенно.) В свете модели проективного устройства суммарное гравитационное действие всех имеющихся тел происходит опосредованно через проективную сингулярность. Результатом такого общего действия и является общее гравитационное поле. А каждое частное взаимодействие между телами осуществляется посредством гравитационных волн, которые имеют конечную скорость распространения, и ими оно характеризуется. Гравитационные волны - это возмущение общего гравитационного поля, которое распространяется по созданной проективной сингулярностью ткани пространства-времени, а значит, заведомо существующей. Следовательно, и само пространство служит главным образующим и действующим фактором, а не пассивной средой, в которой происходят явления.

И на сегодня многие ученые считают принцип Маха все-таки верным, несмотря на имеющееся расхождение с ОТО. В этой связи уместно будет привести цитату из книги американского физика-теоретика Брайана Грина "Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности" (2005 г.): "Ключевым моментом является то, что гравитационная сила, которой подчиняется свободно падающий наблюдатель, возникает из всей имеющейся материи (и энергии), распределенной по всему космосу. Земля, Луна, далекие планеты, звезды, газопылевые туманности, квазары, галактики - все это вносит свой вклад в гравитационное поле (на языке геометрии - в искривление пространства-времени) прямо там, где вы сейчас сидите. Более массивные и менее удаленные объекты оказывают большее гравитационное воздействие, но гравитационное поле, которое вы ощущаете, представляет собой совокупное влияние всей материи." (перевод с англ. Шабанова В.Е.)

***

Можно сказать, что по своей сути проективная сингулярность - это то, что мы называем "бесконечностью Вселенной" на основе нашего восприятия. В предлагаемой интерпретации это бесконечность не в каком-то отвлеченном философском смысле, а в действительном физическом качестве, в виде актуальной бесконечности, обладающей определенными характеристиками и свойствами.


Устройство Метагалактики

Параметры Метагалактики

Вполне достоверно нам известен радиус Метогалактики, в пределах которого мы можем наблюдать содержимое Вселенной. Он равен 14 млрд световым годам (13,8, если более точно). Наблюдать - это не только видеть объекты, но и определять их свойства и характеристики, отслеживать их движение, оценивать взаимодействие друг с другом, прогнозировать возможное будущее объектов и событий. Все это ограничено указанным расстоянием, далее которого мы не только не можем что-либо определить, но и все происходящее там не влияет на нас непосредственно. Все, кроме стационарной гравитации. По-видимому, 14 млрд световых лет можно считать максимально допустимым расстоянием.

Зная радиус, мы элементарно можем вычислить площадь сферы Метагалактики (она равна 2,14 ⋅ 1053 м2) и объем шара Метагалактики (равен 9,32 ⋅ 1078 м3). Кроме геометрических размеров, мы можем рассчитать и массу Метагалактики. Для этого также достаточно знать радиус, и не требуются дополнительно еще какие-то данные.

Как мы уже говорили, Метагалактику окружает космологический горизонт событий. А внутри сферы горизонта событий определенного радиуса может содержаться только соответствующая масса. Если масса будет больше, то и радиус сферы горизонта будет больше, и наоборот. Соотношение массы и гравитационного радиуса определяется формулой Шварцшильда. Из этой формулы можно вывести массу Метагалактики следующим образом:


Мou = Rouс2/2G,

где Мou - масса Метагалактики, Rou - ее радиус, с - скорость света, G - гравитационная постоянная.

Переведя световые годы в метры и проведя расчеты, мы получаем значение массы Метагалактики Мou равное около 8,79 ⋅ 1052 кг.

Кстати, если найденное значение массы Мou разделить на объем шара Метагалактики, то получится плотность 9,44 ⋅ 10-27 кг/м3, что очень близко к критической плотности. Значение критической плотности и тот факт, что значение массы ограничено формулой Шварцшильда, несут определенный смысл и имеют важное значение. Масса Метагалактики не может быть сколько-то больше или сколько-то меньше, так, чтобы это ни на что не влияло. Раз уж в Метагалактике содержится вещество, и оно обладает массой, можно предположить, что если этого вещества будет слишком много, то гравитация, создаваемая чрезмерной массой, вызовет коллапс, т.е. схлопывание в сингулярность. (Представьте себе Метагалактику, полностью заполненную, например, водой. Но даже заполненная воздухом она все равно сколлапсирует.) Также если общей массы было бы слишком мало, то и общей гравитации оказалось бы недостаточно, не смогли бы образоваться звезды, а значит, и галактики, и планеты, и другие космические объекты.

В модели проективного устройства радиус любой инерциальной системы отсчета в физическом пространстве с положительной кривизной считается постоянной величиной и соответствует максимально допустимому расстоянию. Это означает, что и масса, содержащаяся в границах любой инерциальной системы, также соответствует единственно возможному значению. Наша Метагалактика - это наша инерциальная система отсчета.

Версия, согласно которой наблюдаемая Вселенная представляет собой внутреннее содержание черной дыры, и мы находимся внутри черной дыры, выдвигалась и обосновывалась в некоторых теориях и ранее на вполне серьезном уровне. Впервые эту идею предложили в 1972 году индийский физик-теоретик Радж Кумар Патриа (р. 1933) и одновременно британский математик Ирвин Гуд (1916-2009). Модель, получившая название "Космология черной дыры", основана на расчетах, подобных приведенным выше. Многие современные ученые считают такое предположение вполне состоятельным, например, американский физик и астроном Кип Торн (р. 1940). В модели проективного устройства такая версия получает более отчетливое толкование, при том, что показывается то, каким может быть такое устройство Вселенной.

***

Рассмотрим, как может быть устроена Метагалактика, если принять наличие во Вселенной проективной сингулярности. Для этого удобно будет обратиться к геодезическим линиям, которые показывают геометрическую форму пространства. Затем перейдем к мировым линиям, которые дают представление о пространственно-временнóм строении.

Геодезические линии

Выше мы уже коротко упоминали о геодезических линиях пространства. Вернемся к этому вопросу и посмотрим, каким мог бы быть их общий рисунок в контексте модели проективного устройства. Это аналогично тому, как железные опилки наглядно показывают форму невидимого магнитного поля, когда мы рассыпаем их вокруг магнита.

Геодезическая линия - это линия, проложенная между двумя точками пространства по кратчайшему расстоянию. В евклидовом пространстве это будет безусловно прямая. Но в пространстве, имеющем кривизну, это будет уже не прямая, а линия, соответствующая кривизне. Например, в гиперсфере это будет дуга. Тело, обладающее массой, которое имеет импульс движения и на которое не действуют никакие силы, способные изменить направление его движения, будет перемещаться вдоль геодезической линии. В евклидовом пространстве - это движение по прямой, в гиперсфере - по дуге, в пространствах с какой-то другой кривизной - по линии, соответствующей этой кривизне. Причем траектория движения не зависит от массы тела.

В рамках теории гравитации геодезические линии должны соответствовать траекториям свободного падения тел. Рассмотрим их в отношении геометрии Метагалактики, представив, что в ней нет никаких объектов, кроме проективной сингулярности и нас как локального наблюдателя. В этом случае мы можем рассматривать геодезические как некий "каркас" имеющегося пространства. (Обзор геодезических приводится не с целью дать их точное описание, а чтобы яснее представить саму идею.)

Находясь на своем месте на Земле в Солнечной системе в качестве локального наблюдателя, мы видим, как геодезические линии расходятся от нас по всем направлениям, прямолинейно распространяются в пространстве и скрываются в бесконечности. Это формирует наше восприятие проективной сингулярности в виде сферы, окружающей нашу Метагалактику, а не в виде точки или области малого радиуса.

Но если бы мы могли посмотреть на наши геодезические как бы со стороны, с позиции дополнительного пространственного измерения, в качестве глобального наблюдателя, то мы увидели бы совсем другой их рисунок. Вообразим себе следующую картину. В самом начале вблизи проективной сингулярности геодезические линии свернуты в тугой пучок и закручены в спираль. Затем спираль начинает разворачиваться, линии расходятся друг от друга все дальше, и уже в области горизонта событий проективной сингулярности выпрямляются, нигде взаимно не пересекаясь. Далее на всем протяжении до наблюдателя остаются почти прямыми, образуя вокруг него евклидово пространство. Здесь все они проходят по касательной к точке, в которой находится наблюдатель, как бы пронизывая его со всех сторон. После чего геодезические направляются к проективной сингулярности, но при этом не разворачиваются (!), а именно просто продолжают свое следование. И, начиная сколько-нибудь заметно сходиться только уже ближе к концу своего пути на исходе максимально допустимого расстояния, они вновь достигают горизонта событий проективной сингулярности, за которым снова сжимаются и закручиваются в крутую спираль.

Все это, конечно, можно было бы оценить именно из местоположения в гипотетическом дополнительном измерении, находясь в роли глобального наблюдателя. Но попытаться вообразить себе это, можно. Выше уже был приведен пример с протуберанцем на поверхности Солнца. Это хорошая аналогия и для геодезических, которые можно представить в виде гравитационного протуберанца на поверхности горизонта событий проективной сингулярности. Локальный же наблюдатель находится в экстремуме этого протуберанца.

На максимально допустимом расстоянии, т.е. вблизи горизонта событий проективной сингулярности, геодезические линии начинают приобретать кривизну и уплотняться. Тут гравитация начинает преобладать над электромагнитными силами, и мы уже теряем возможность наблюдать процессы в этой области. Все, что мы видим, происходит в равномерном евклидовом пространстве, там, где кривизна геодезических практически нулевая. Так и в теории Большого взрыва электромагнитное взаимодействие (фактор, обуславливающий наше восприятие) возникло не сразу, а только на этапе образования материи.

Астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что наше пространство не имеет кривизны в очень высокой степени (на современном уровне точности измерений). Все, что мы можем видеть в космосе, соответствует евклидовой геометрии. Но во Вселенной присутствует вещество, масса которого искажает пространство. Каждый объект локально искривляет пространство, и если геометрически сложить все эти искривления, то маловероятно, что общий результат будет нулевым, или даже близок к нулевому. В этой ситуации, если оценивать пространство Вселенной в целом, какой общей кривизной оно может обладать? Мы предполагаем, что кривизна пространства является положительной и непостоянной, гиперболически увеличивающейся по направлению к космологическому горизонту. В местоположении наблюдателя она стремится к нулевому значению, и здесь прослеживается евклидово пространство. И, наоборот, непосредственно вблизи проективной сингулярности она приближается к максимальному значению. Космологическое красное смещение, возникающее на очень больших расстояниях, говорит о слабом в самом начале проявлении кривизны. В масштабе очень удаленных друг от друга областей космоса кривизна пространства не равна нулю.

То, что геодезические линии сначала идут "ОТ" проективной сингулярности, а затем "К" ней, мы говорим только символически. Различия по направлению между двумя концами линии нет, и движение под действием гравитации проективной сингулярности происходит только в ее сторону в любой части геодезической. Правильнее сказать, что все геодезические линии инерциальной системы отсчета ЗАКАНЧИВАЮТСЯ в проективной сингулярности.

Мировые линии

В отличие от геодезических линий свое актуальное начало и свой конец в проективной сингулярности имеют все мировые линии в Метагалактике. Они проходят именно "ОТ" проективной сингулярности "К" ней. По этим линиям и все вещественное, и все частицы без массы исходят и затем сходят.

Мировая линия - это путь объекта в пространстве-времени. Для того чтобы сложилось некоторое простое представление о мировых линиях, можно посмотреть, например, на фотографию автомобиля с включенными фарами, сделанную с длительной выдержкой. Фары оставляют на снимке след в виде линий вдоль пути следования автомобиля. Отчасти эти линии и можно считать мировыми линиями фар.

Фото


фото с сайта sony-club.ru, автор Финарос

Для всех в целом мировых линий трудно продемонстрировать какую-либо общую картину, как это было сделано для геодезических. И это связано не только с тем, что мировых линий чрезвычайно много (ведь не только каждая звезда, каждая планета, но и каждая частица во Вселенной имеет свою мировую линию), и не только в том, что они могут быть предельно запутаны (они могут сложнейше переплетаться, потом расплетаться, сходиться и расходиться, закручиваться и т.д.), но, кроме этого, здесь имеет свое значение еще и принцип неопределенности. Как известно, согласно принципу неопределенности невозможно с одинаковой точностью измерить одновременно разные параметры элементарной частицы, а именно ее положение и ее скорость. Это означает, что для отдельного протона, на уровне которого принцип неопределенности действует, мы вообще не можем точно определить мировую линию. Таким образом, на некотором пространственно-временнóм удалении наблюдателя окружает не какой-то конкретный рисунок мировых линий, а скорее "туман" вероятностей, из которого постепенно проступают причинные события. Чем глубже этот "туман", тем менее различимы отдельные события. При пространственно-временнóм приближении к наблюдателю события постепенно детализируются, мировые линии начинают все более "конденсироваться" из "тумана" вероятностей, выстраивая континуум наблюдателя. Затем, при пространственно-временнóм удалении от наблюдателя мировые линии претерпевают те же изменения, но в обратном порядке, и устремляются к "прессу" проективной сингулярности. (Область после наблюдателя, конечно же, остается недоступной для него, только в той или иной степени прогнозируемой.) Возможно, именно так и устроен пространственно-временнóй континуум наблюдателя.

В модели проективного устройства по пути следований в континууме нет пересечения исходящих направлений с направлениями сходящими, поскольку направление "ОТ" и направление "К" расположены по разные стороны неориентируемой поверхности фигуры континуума. Однако, вероятно, непосредственно на горизонте событий проективной сингулярности такое пересечение все же существует, что предполагает влияние сошедшей субстанции на исходящую. В этом обмене может иметь место всего лишь слабая информационная зависимость на уровне корреляций остаточных данных, но этого может быть достаточно для эволюционного развития Вселенной.

Мы не можем составить какой-либо конкретный рисунок мировых линий в Метагалактике в целом, но это и не так важно. Больший интерес для нас представляют мировые в окрестности проективной сингулярности, и здесь все-таки можно показать общую картину, которую образуют, по крайней мере, их некоторые усредненные направления. И для этого сто́ит обратиться к диаграмме Крускала-Секереша. Эта диаграмма была разработана учеными, чьими именами она названа, в отношении черных дыр. Она показывает черную дыру разделенной на два противоположных компонента: в будущем и в прошлом (белая дыра). Такой подход позволяет оценить особенности пространства-времени вблизи черной дыры. Диаграмму можно отнести и к проективной сингулярности, так как последняя тоже является гравитационной сингулярностью, тоже находится в будущем и в прошлом и может быть разделена на эти две составляющие для подобного анализа. По большому счету, диаграмма Крускала-Секереша замечательным образом передает пространственно-временнóе строение Метагалактики, если эту диаграмму применить к предлагаемой модели проективного устройства. Она демонстрирует, что происходит в "узле" неориентируемой поверхности пространства-времени, в той самой точке, отмеченной на рисунке 9.

Диаграмма:


На диаграмме по вертикали расположена ось времени Т, по горизонтали - ось пространства Х.

Нижняя зеленая гипербола, выделенная жирной линией, - гравитационная сингулярность в прошлом.

Верхняя синяя гипербола, выделенная жирной линией, - гравитационная сингулярность в будущем.

Пунктирные линии под 45o - единый горизонт событий.

Сектор IV зеленого цвета - область под горизонтом событий черной дыры в прошлом, а в модели проективного устройства - инфляция.

Сектор II синего цвета - область под горизонтом событий черной дыры в будущем, а в модели проективного устройства - дефляция.

Сектор I красного цвета - область локального наблюдателя - Метагалактика в модели проективного устройства.

Сектор III желтого цвета - альтернативная вселенная - противоположная сторона неориентируемой поверхности в модели проективного устройства.

A, B, C и D - точки на мировой линии объекта, падающего в гравитационную сингулярность. Треугольники с вершинами в этих точках - это световые конусы. Тонкая линия, на которой лежат эти точки, - это мировая линия объекта, она начинается в точке A.

Удаленный наблюдатель может уловить свет от падающего объекта, который тот испускает в точках A, B (свет - красные линии со стрелками) и в других точках на мировой линии (тонкая линия), проходящей в секторе I. Свет, испущенный рядом с точкой C, последний, который может дойти до удаленного наблюдателя. Световой луч непосредственно из точки С достигнет удаленного наблюдателя по прошествии бесконечного времени. Луч из точки D в секторе II попадает в коллапс геометрического пространства и никогда не попадет к удаленному наблюдателю. Падающий объект должен достичь гравитационной сингулярности (синяя жирная гипербола) за конечное собственное время. Но что же может произойти с объектом? И об этом, и об инфляции и дефляции далее.


Инфляция/дефляция

В самом начале мы уже упоминали об эпохе инфляции в теории Большого взрыва. Для описания начальной стадии расширения ряд ученых в 1970-х - 1980-х годах выдвинул гипотезу, предполагающую, что в первые мгновения расширение происходило с очень большой скоростью, значительно превышающей скорость света. Этот период был назван "эпохой инфляции". (Инфляция на латинском языке и означает "раздувание".) Считается, что в данном случае такая скорость допустима, так как расширяется не материя, на тот момент еще не сформировавшаяся в том виде, в котором мы ее наблюдаем сегодня, а само пространство. На рисунке 4 визуальная модель расширения имеет форму не правильного конуса, а скорее форму колокола. Резкое возрастание объема Вселенной показано более крутым разбеганием поверхности конуса от вершины - точки Большого взрыва, после чего скорость расширения снижается, и поверхность конуса становится пологой. Инфляция имеет важное значение в теории Большого взрыва.

Стандартное расширение (равномерное, без эпохи инфляции, в виде правильного конуса) хорошо объясняет, почему во Вселенной преобладают легкие элементы, объясняет существование космического микроволнового фона. Но такое расширение не может объяснить, почему Вселенная при своем огромном объеме такая одинаковая во всех своих областях (гомогенная и изотропная), почему имеющееся реликтовое излучение такое равномерное, почему мы наблюдаем предельно плоское пространство (без кривизны). Введение периода инфляции в самом начале рождения Вселенной позволяет легко и просто ответить на эти вопросы. В одно мгновение за ничтожно малую долю секунды пространство увеличилось в огромное число раз и приобрело тот размер, при котором дальнейшее расширение уже не могло повлиять на равномерное распределение содержимого и в котором из-за огромного радиуса кривизны ее саму уже невозможно определить.

Однако даже и инфляционная модель не может объяснить всего полностью. Прежде всего остается неясным, что же могло послужить первоначальным толчком для начала расширения Вселенной. В теории Большого взрыва космологическая сингулярность - это начальное состояние Вселенной. И в этом состоянии объем Вселенной стремился к бесконечно малому значению, а плотность ее энергии/массы стремилась к бесконечно большому значению. Такое состояние Вселенной не имеет какого-либо физического смысла и не поддается математическому описанию. Здесь утрачивается причинно-следственная связь явлений, невозможно установить, что было до момента рождения Вселенной, какие предпосылки привели к Большому взрыву, что явилось началом Вселенной, что стало первичным импульсом и движущей силой этого начала. Кроме начальных условий инфляционная модель не позволяет оценить, каким путем будет идти развитие Вселенной в будущем, как далее будет происходить ее расширение. Остаются без ответа и некоторые другие вопросы, например, причины барионной асимметрии.

В модели проективного устройства аналогом эпохи инфляции служит область Вселенной, расположенная уже далее горизонта событий проективной сингулярности. И выше (при рассмотрении парности процессов и во времени, и в пространстве Вселенной) мы отмечали, что "космологическая сингулярность и сверхбыстрое расширение (инфляция) - соответствуют сверхбыстрому сжатию и области сверхгравитации". Уточним, что это может означать.

В восприятии наблюдателя, находящегося в начале отсчета своей инерциальной системы, все, что приближается к космологическому горизонту, ускоряется (в соответствие отмечаемому им космологическому красному смещению). Если наблюдатель будет оценивать процессы, происходящие далее горизонта (далее максимально допустимого расстояния), основываясь на своих физических законах, то он обнаружит, что там все движется к проективной сингулярности с превышением скорости света. Но под горизонтом событий свойства пространства-времени меняются, а значит, и законы наблюдателя перестают работать. И причиной этому служит не только изменение кривизны пространственных измерений, но и изменение течения времени.

Анализ гравитационной сингулярности как явления всегда натыкается на то, что далее горизонта событий время меняет свои свойства. Этому в разных теориях предлагаются различные описания, например: "время становится пространственноподобным", "время сжимается", "время приобретает мнимый характер" и пр. В модели проективного устройства с точки зрения локального наблюдателя за горизонтом событий его проективной сингулярности время также изменяется. Оно инвертируется, следуя по неориентируемой поверхности пространственно-временнóго континуума. При этом, как было уже отмечено, инверсия происходит и определяется только относительно самого локального наблюдателя. В плоском представлении, если бы какой-либо объект смог достичь проективной сингулярности наблюдателя, то, продолжая свое движение, не меняя направления, он устремился бы к наблюдателю. Точно так же следует и время по поверхности неориентируемой фигуры и, не меняя своего направления, разворачивается лишь относительно наблюдателя. Время инвертируется далее максимально допустимого расстояния от наблюдателя. При инверсии оно не приобретает отрицательного значения, на это нужно обратить внимание. Но, возможно, оно в глобальном масштабе Вселенной имеет еще не известный нам параметр, некий собственный "спин" (по аналогии с элементарными частицами). Следование времени по пути, пролегающему в фигуре с неориентируемой поверхностью, и его соответствующее разворачивание можно описать наличием углового момента. А замедление времени на расстояниях, близких к максимально допустимому, и на околосветовых скоростях можно представить как наличие разницы между угловыми положениями времени наблюдателя и времени удаленного объекта, угловым расхождением.

Таким образом, область в модели проективного устройства, соответствующая эпохе инфляции в теории Большого взрыва, являясь монообластью в пространстве-времени, отвечает двойственному восприятию локального наблюдателя. Это и инфляция, и "инфляция наоборот", можно сказать, космологическая дефляция. (Дефляция - эрозия, размывание, разрушение). В этой области в прошлом наблюдателя все движение от проективной сингулярности к горизонту событий до его пересечения происходит со скоростью большей, чем скорость света. В этой области также и в будущем наблюдателя все, что пересечет горизонт и направится далее к проективной сингулярности, неизбежно разгонится. Еще раз отметим, что это все в простом, евклидовом, трехмерном понимании локального наблюдателя. Но с точки зрения глобального наблюдателя, в соответствие предлагаемому моделью проективного устройства принципу, в области инфляции/дефляции происходит не сверхбыстрое расширение/сжатие, а преобразование материи, пространства, информации.

Инфляция завершается исходом в сторону локального наблюдателя от горизонта событий его проективной сингулярности материи: и вещества (в виде атомов легких элементов, в основном водорода), и излучения (в виде фотонов). И это можно представить как относительное начало мира наблюдателя.

Дефляция начинается при сходе за горизонт событий проективной сингулярности всего содержимого: вещества (уже в виде "смеси" и легких, и тяжелых элементов, и молекулярных структур, и пыли, и астрономических объектов, и потухших звезд и пр.) и опять же фотонов. Это можно представить как конечную границу мира наблюдателя, также относительную.

Предполагается, что до горизонта событий, благодаря неориентируемости поверхности фигуры пространства-времени, нет пересечения и какого-либо взаимодействия между сходом и исходом. Нет и влияния между событиями, происходящими внутри системы, и событиями за ее пределами. Но уже непосредственно на горизонте событий может иметь место наложение этих потоков. И тогда исход может нести не только материю, но и уже заложенную начальную информацию. Эта информация может быть усредненным кодом, полученным наложением противоположных потоков.

В таком описании относительный подход предусматривает уже сложившуюся систему развития. Но как эта система могла сформироваться? Что могло послужить НАЧАЛУ в абсолютном смысле?

При рассмотрении возможных начальных условий возникновения Вселенной в рамках модели проективного устройства более абстрактный и менее физический смысл проективной сингулярности по сравнению с космологической сингулярностью, а также релятивность проективной сингулярности позволяют выработать свой собственный подход к этому вопросу.


Начальные условия

Как можно было бы охарактеризовать Вселенную с точки зрения ее истории: или как постоянно и неизменно существующую, или как имеющую определенное начало, до которого ничего не было, или как циклично изменяющуюся и повторяющую в циклах некоторые фазы своего существования? Этот вопрос обсуждается в сообществах ученых и философов на протяжении многих веков. Модель проективного устройства может внести свою лепту в эти нескончаемые дискуссии.

Любое НАЧАЛО предопределяется синергетическим вектором, который задает направление на развитие. Не слишком углубляясь в философские рассуждения, отметим только, что такой вектор возникает при наличии сущности, состоящей из двух неразрывных, но диаметрально противоположных частей. На стыке их взаимодействия создается основа для развития. Например, сутки состоят из дня и ночи. Если бы всегда был только день, знали бы мы, что такое ночь? Нет. Но ведь мы не знали бы тогда, и что такое день. Нам не от чего было бы отделять это понятие, да и отсутствовала бы сама необходимость в его определении. Для нас день - это противоположность ночи, и наоборот. Одно мы можем идентифицировать только на фоне другого. Понятия "день" и "ночь" противоположны друг другу, но связаны неразрывно и могут существовать только в контексте друг друга. И только когда они установлены, определяется и сама сущность "сутки". Затем уже возникают производные и новые понятия: "утро", "вечер", "сумерки", "неделя" и т.д.

День и ночь - всего лишь простой пример, наглядно демонстрирующий сам принцип. Этот принцип действует и в отношении фундаментальных категорий, к которым можно отнести понятия "1" и "0" (не было бы единицы, не было бы и нуля), "-" и "+" (не было бы минуса, не было бы и плюса), "левое" и "правое" как хиральные различия, а также некоторые другие. В общем, если система имеет два разных, но равноправных устойчивых состояния, определяемых относительно друг друга, если эти состояния привносят неравновесность в систему, если эти состояния могут многовариантно чередоваться и изменяться под влиянием неупорядоченного воздействия извне, то в такой системе могут формироваться уже упорядоченные структуры, и система может самоорганизовываться, усложняться и развиваться.

Важнейшим условием существования Вселенной является барионная асимметрия. Поэтому, вероятнее всего, ее возникновение и могло послужить абсолютным НАЧАЛОМ. Большинство космологических теорий не дают убедительных объяснений тому, что во Вселенной практически отсутствует антивещество, и все вокруг состоит только из вещества. В теории Большого взрыва это смещение произошло на ранних этапах формирования Вселенной по неизвестной причине (здесь выдвигаются разные предположительные версии). В нашем же варианте рассматриваемый горизонт событий проективной сингулярности может играть ключевую роль среди прочего и в генерации материи и ее перераспределении. Дисбаланс в пользу вещества против антивещества может возникать и поддерживаться самой гравитацией в ее максимально экстремальном состоянии. А еще одним непосредственным участником этого процесса может быть физический вакуум, обладающий определенными свойствами, которые по-особому проявляют себя именно на горизонте событий. Так, излучение Хокинга в масштабе проективной сингулярности может оказаться именно генерирующим, а сила Казимира (условно называемая также "отрицательным давлением вакуума") может производить смещение в составе материи в сторону обычного вещества.

Вакуум.

Если говорить просто, вакуум - это пустота. Но в природе не бывает так, чтобы было "совсем пусто", чтобы "совсем ничего не было". И с точки зрения физики вакуум - это не в полной мере пустота, а особое состояние материи - квантовое поле, все параметры которого должны были бы быть равны нулю. Но ведь существует и принцип неопределенности, уже упомянутый нами, в силу которого невозможно констатировать то, что в конкретной точке пространства в данный момент времени энергия равна именно нулю. В отсутствие нулевого уровня энергии сразу во всех точках, между некоторыми двумя точками с разным уровнем возникает небольшой потенциал. В результате вакуум проявляет спонтанную флуктуационную активность, которая выражается в очень слабых энергетических колебаниях около нулевого уровня. И иногда на пиках этих колебаний энергии бывает достаточно для рождения элементарной частицы и одновременно ее аналога (античастицы). Такие пары появляются постоянно и сразу после этого исчезают, аннигилируя. Таким образом, вакуум представляет из себя некую "пену" из виртуальных частиц. Фактически это среда, в которой могут начаться упорядоченные процессы.

Излучение Хокинга.

Это явление названо по имени американского ученого, предсказавшего его. Явление гипотетическое, не имеет практического подтверждения, но оно вполне убедительно описано. Вот что оно из себя представляет. Стивен Хокинг (1942-2018) показал, что если виртуальная пара частиц (из тех, что постоянно возникают в вакууме) образуется на горизонте событий черной дыры, то эти две частицы могут и не исчезнуть, при том что в своем первоначальном отделении друг от друга они окажутся по разные стороны горизонта. В этом случае они уже никогда не встретятся друг с другом и не аннигилируют между собой. Проективная сингулярность, как и черные дыры, также образует горизонт событий, и на нем может происходить тот же самый процесс, в результате которого могут образовываться субатомные частицы. И это может явиться необходимым фактором генерации, о которой мы говорим.

Сила Казимира.

Эффект Казимира получил свое название в честь голландского ученого Хендрика Казимира (1909-2000). Эффект был предсказан им, а затем подтвержден экспериментально уже другими учеными. Суть его заключается в том, что между двумя зеркальными пластинами, расположенными в вакууме очень близко друг к другу, возникает притяжение - сила Казимира. Причиной этого как раз и является флуктуационная активность вакуума, его малые энергетические колебания. Пластины, помещенные в вакуум, самим своим присутствием меняют условия этих колебаний, нарушая их спонтанность, внося некоторую упорядоченность. Волны колебаний отражаются от поверхностей пластин и резонируют в промежутке между пластинами. Верхние и нижние пики волн накладываются, возникает интерференция стоячих волн, и их давление ослабевает, а с противоположной стороны пластин давление остается ничем не ограниченным (как это показано на рисунке 10). Разница давлений создает притягивающую силу. Условно эту силу относят к отрицательному давлению вакуума, ведь если давление вакуума снаружи пластин принять нулевым, то между пластинами его можно считать отрицательным. Но можно использовать не плоские пластины, а подобрать такую их форму, что колебания между ними будут не гаситься, а, наоборот, усиливаться при сложении пиков, и сила Казимира станет отталкивающей. Таким образом, между некоторыми нейтральными макрочастицами вещества в вакууме при определенном стечении обстоятельств (соответствующая форма частиц, расстояние между ними, взаимное расположение и пр.) может возникнуть как притягивающая сила Казимира, и они приблизятся друг к другу, так и отталкивающая, и они разойдутся. Сила Казимира замечательна тем, что она очень слаба на сколько-нибудь значительных расстояниях, но крайне быстро растет на очень малых расстояниях, и на промежутках в сотни атомов давление вакуума может быть сравнимо с атмосферным. При заполнении же вакуума сила Казимира исчезает. Это замечательный кандидат на участие в генерации, о которой идет речь.

Рисунок 10:


Теперь, если сопоставить все четыре имеющихся обстоятельства - вакуум, проективный горизонт событий, излучение Хокинга, силу Казимира, - то можно собрать вполне допустимый механизм генерации. Можно показать, каким вполне возможным способом первоначальный исход вещества мог быть реализован на горизонте событий проективной сингулярности.

Возможно, первоначальная Вселенная во всем своем объеме представляла собой вакуум, "пену" виртуальных частиц, никак не упорядоченных. Вакуум, не являясь состоянием с нулевой энергией, оказывается состоянием с минимальной энергией, а энергия в любом случае создает тяготение (Е = mc2). Таким образом, даже пустое пространство создает гравитационное поле. А значит, и в пустом пространстве между значительно удаленными его точками суммируется действие гравитации, что приводит к образованию горизонта событий.

Абсолютным НАЧАЛОМ Вселенной можно считать, например, то, как в огромном объеме и огромной массе первоначального вакуума (точнее, энергии/массе), где еще нет ничего, кроме беспорядочных энергетических флуктуаций, после бесконечной череды спонтанных рождений/аннигиляций виртуальных частиц, на разделяющем проективном горизонте событий случайно выпала комбинация из трех, четырех или, допустим, двенадцати атомов водорода, дейтерия, гелия в нужной пропорции (наконец-то, в игре в кости выпало "шесть-шесть"). Такая доминирующая комбинация силой Казимира могла начать выталкивать периферийные "антикомбинации", складывающиеся из возникающих антипротонов, антинейтронов, позитронов обратно в сторону горизонта и притягивать "свои" частицы, постепенно заполняя вакуум. Вещество случайным образом успело сложиться в нужную первоначальную комбинацию, а антивещество нет, оставаясь в виде разрозненных элементов. Возможно, эта ситуация возникала и исчезала много раз и в варианте, и в антиварианте. В этой борьбе вещество в какой-то момент закрепилось в наиболее сильной позиции и постепенно взяло верх над антивеществом, подавило его. Затем в условиях описываемого механизма вблизи горизонта событий вещества становилось все больше и больше. Неупорядоченное состояние вакуума стало локально приобретать организацию, а пространство - структурироваться. Скажем прямо, такое предлагаемое развитие событий выглядит хотя бы на интуитивном уровне более правдоподобно, чем революция Большого взрыва. Именно таким образом гравитация может задавать синергетику Вселенной.

Вакуум хаотично "выбрасывает" неупорядоченный набор частиц и античастиц.

На границе критического объема вакуума образуется горизонт событий.

На горизонте частица не может аннигилировать с античастицей своей пары. Она может аннигилировать с античастицей из другой пары, но на это требуется время. В этом промежутке времени могут происходить события.

Сила Казимира получает возможность активироваться. Будучи обратно пропорциональной 4-й степени расстояния, она может крайне напористо перераспределять зарождающиеся частицы, а затем и сгустки вещества, и после распределения быстро деактивироваться.

Далее частицы взаимодействуют между собой.

Пробные компьютерные симуляции данного сценария показывают неплохие результаты.

Конечно, и излучение Хокинга, и сила Казимира сами по себе маломощны. Они точно не могут носить характер взрыва. Но при своем непрерывном действии на огромной площади проективного горизонта, при взаимном сочетании и при некоторых дополнительных условиях могут оказаться значимыми. При этом от абсолютного НАЧАЛА должно было бы пройти не 14 млрд лет, а триллионы и триллионы лет. Начальная генерация от нулевого уровня достигла определенного уровня насыщенности и перешла в преобразование на проективном горизонте, которое продолжается со сложившейся активностью. Как показывают расчеты, через 1 м2 космологического горизонта должно исходить/сходить в среднем около 3 млн субатомных частиц каждую секунду, и это не такая уж высокая интенсивность в отношении к рассматриваемым глобальным величинам. (Уровень образующей интенсивности описан в модели стационарной Вселенной Голда-Бонди-Хойла.)

Но проективного горизонта в структуре пространства Вселенной может оказаться намного больше космологического горизонта, окружающего Метагалактику, что может еще более снизить требования к уровню интенсивности исхода/схода. Процесс преобразования на горизонте может оказаться крайне неконцентрированным. И об этом далее.


Структура пространства

Реальная структура физического пространства в глобальном масштабе может существенно отличаться от той картины, которую мы представляем себе в соответствии с нашим восприятием, на базе наших исследований, на основании наших познаний. Физическое пространство и пространство-время в наибольшей степени могут формироваться самыми значимыми и самыми действенными компонентами: темной энергией, черными дырами, темной материей. И как раз об этих трех составляющих мы или знаем очень мало, или не знаем ничего. Описание этих сущностей, их взаимодействия между собой и действия на наблюдателя в контексте модели проективного устройства может стать основой для нового понимания фактуры физического пространства и структуры пространства-времени.

Темная энергия в модели проективного устройства

Если мы видим, что скорость какого-либо объекта растет, то можем с уверенностью сказать, что на него в настоящий момент действует какая-то сила, которая сообщает ему ускорение. Наблюдая за галактиками, мы отмечаем их ускоренное движение в направлении от нас, но не видим ничего, что могло бы вызвать это ускорение, и не можем дать этому объяснение. Условно причину этого ускорения называют "темной энергией". Темная - в значении скрытая, недоступная для наблюдения. В модели проективного устройства Вселенной проективная сингулярность и есть та субстанция, которая играет роль темной энергии.

Мы ничего не знаем о природе темной энергии, но нам известны следующие три ее свойства, которые она проявляет.

Во-первых, темная энергия никак не взаимодействует с материей, а воздействует только на пространство, вызывая глобальное гравитационное отталкивание. Поэтому мы не можем ни увидеть ее, ни определить ее источник, ни понять, из чего она состоит. Мы видим только результат ее присутствия.

Во-вторых, темная энергия предельно равномерно распределена во Вселенной. Не наблюдается ее концентрации или разрежения в отдельных областях, она не скапливается где-то в галактиках или в группах галактик. Она очень ровно "размазана" по всему пространству Вселенной, количество ее везде одинаково, а плотность крайне постоянна.

В-третьих, действие темной энергии неизменно. Оно не ослабевает и не усиливается, кроме того, оно остается постоянным и по мере расширения Вселенной.

Все эти свойства подходят к описываемой проективной сингулярности. Основной ее параметр - масса - никогда не меняется. Соответственно, не меняется и радиус сферы, находясь как бы в центре которой мы испытываем действие проективной сингулярности. Остается неизменной сама сущность проективной сингулярности, потому ее воздействие распространяется в высокой степени равномерно.

В массовом выражении темной энергии значительно больше, чем видимого нами содержимого Вселенной. Это доминирование темной энергии над "обычной" материей может быть обусловлено просто общим количественным превосходством силы тяготения проективной сингулярности над взаимодействиями в Метагалактике.

Проективная сингулярность как интерпретация темной энергии в модели проективного устройства может также дать иное представление и о черных дырах.

Черные дыры в модели проективного устройства

На рисунке 11 в схематичном виде изображены изменения гравитационного поля, производимые Луной, Землей и некой черной дырой, для сравнения. Черные дыры потому и называют "дырами", что они образуют разрыв в пространстве-времени, как это наглядно показано на рисунке 11. Здесь линии, схематично показывающие форму гравитационного поля около черной дыры, уходят в бесконечность и никогда между собой не соединятся.

Рисунок 11:


Но мы уже установили, что такое пространственная бесконечность в рамках модели проективного устройства, и конкретно в Метагалактике, строго ограниченной максимально допустимым расстоянием. И если продлить изображенные на рисунке 11 линии гравитационного поля черной дыры, то они протянутся не далее максимально допустимого расстояния и сольются с горизонтом событий проективной сингулярности. И это преподносит структуру Вселенной в новом виде, при котором сход материи и информации к проективной сингулярности происходит не только на ее собственном горизонте событий, но и локально в областях, называемых черными дырами. И фактура пространства может быть похожа на губку со множеством больших и малых полостей (См. иллюстрацию в преамбуле статьи. Черные дыры обычно изображаются в виде темных шаров, черных кругов или воронок, которые деформируют некую плоскую поверхность. Представление же черных дыр в виде полостей в объемном пространстве, возможно, более точно отражает их сущность.)

При наличии схода должен иметь место хотя бы очень незначительный исход. Если допустить, что данное предположение может быть верным, то тогда нужно искать в центрах галактик водородную активность, пусть и очень слабую, например, в виде водородных облаков с немного повышенной температурой.

Следует обратить внимание на еще одну особенность черных дыр. В нашем представлении гравитационная сингулярность, коей является черная дыра, - это точка, плотность энергии/массы в которой стремится к бесконечно большому значению (или область, размер которой настолько мал, что мы можем говорить о ней как о точке). Но может ли существовать в конкретной точке прямо сейчас вся энергия/масса, не нарушая при этом принцип неопределенности, уже не раз упомянутый нами? Согласно принципу неопределенности невозможно "стянуть" всю массу в единую точку. А это значит, что мы не можем знать, где точно находится черная дыра. Но тогда как к ней построить маршрут? Мы можем только предполагать, что по нашим подсчетам и в нашем восприятии черная дыра находится там-то. Двигаясь к черной дыре по примерному маршруту, предварительно построенному, не придется ли его корректировать бесконечное число раз? По всей видимости, мы так и не сможем приблизиться к ней.

Неопределенность положения черной дыры, естественно, должна быть сопряжена с неопределенностью ее движения. И в предлагаемой интерпретации это можно описать следующим образом. При движении материального объекта мы должны отмечать лоренцево сокращение его линейных размеров. Однако еще большее уменьшение размера и без того уже точечного (нульмерного) объекта невозможно. Конечно, это не означает, что движение чёрной дыры недопустимо, но, возможно, оценить ее перемещение мы можем только вероятностно.

Модель проективного устройства может дать представление не только о проективной сингулярности, но и в целом о гравитационной сингулярности как явлении. Ведь и сама проективная сингулярность - по сути большая черная дыра, положение которой невозможно установить. Вероятность ее местонахождения для нас определяется равно в любом пространственном направлении. Черные дыры, по-видимому, обладают тем же свойством, но в значительно меньшей степени. Ранее мы уже не раз рассматривали свойства проективной сингулярности, проводя аналогию с черными дырами, но и обратная аналогия тоже правомерна.

Известно, что принцип неопределенности начинает проявляться при переходе от макропараметров к микропараметрам, но, вероятно, он может начинать действовать и при переходе от макропараметров к мегапараметрам, определяемым точечно. Например, так же как мы не можем определить нулевой энергетический уровень в какой-либо точке вакуума, мы не смогли бы определить и максимально допустимый уровень в точке физического пространства, где максимальное значение, возможно, начинает размываться таким же принципом неопределенности или схожим.

Таким образом, для нас черные дыры могут представлять из себя объекты, в отношении которых действует принцип неопределенности. И его проявление мы можем обнаружить именно при попытке взаимодействия с ними, так же как это происходит и в микромире. Направляясь напрямую к черной дыре, мы со временем обнаружим, что она постепенно смещается в сторону от заданного курса, съезжая влево или вправо, вверх или вниз. Раз за разом корректируя направление движения, мы увидим, что все повторяется. И это даже несмотря на значительную силу притяжения черной дыры, которая в этом случае начнет действовать дифференциально.

И падающий (двигающийся неуправляемо) в черную дыру наблюдатель может отметить для себя, что и он ее никогда не достигнет. Увеличение кривизны окружающего его пространства сменится на ее постепенное уменьшение. Вероятно, он сможет увидеть, как за короткий период на его небе преобразуется карта звездного неба, все окружающее съедет, соскользнет и перегруппируется в новом порядке, и не просто в пространственной расстановке, а в пространственно-временно́м преобразовании. Полностью сменится окружение, окажется иным расположение галактик, черных дыр, в соответствие этому и результирующая гравитационных сил нового окружения удержит наблюдателя в новом положении и задаст новую траекторию его движения (изменится геометрическая сумма гравитационных сил). Станет другой наблюдаемая проекция Вселенной. При этом неподвижный наблюдатель, оставшийся в старой проекции, отметит сначала ускорение в движении уходящего от него объекта, затем все большее его покраснение, расхождение во времени, а в завершении - исчезновение и с той или иной долей вероятности аккреционное свечение.

Модель проективного устройства не предполагает существования "множественности миров" или "мультивселенной". После изменения проекции при взаимодействии с черной дырой, как это представлено выше, это будет все та же Вселенная. И вернуться к прежней проекции будет уже невозможно, даже развернув направление движения, ведь из черной дыры ничто не возвращается. Это так же как нельзя вернуть изменившийся узор в калейдоскопе, поворачивая его в обратную сторону, - в любом случае в нем сложится уже новый узор.

Представим, что Солнечная система начала вдруг проходить рядом с черной дырой, о присутствии которой мы даже не подозреваем. Если в отношении черной дыры все-таки действует принцип неопределенности, как это мы описываем, то Солнечная система не сможет попасть в эту черную дыру и в любом случае проследует мимо по какой-то траектории. Тот же принцип неопределенности нейтрализует разрушительную приливную силу черной дыры. А мы просто сможем наблюдать, как за короткий период на нашем ночном небе преобразуется карта звездного неба, обновится рисунок созвездий, поменяется расположение галактик и т.д. Такое перемещение Солнечной системы можно рассматривать как ускоренное прохождение по неориентируемой поверхности. Конечно, такое событие маловероятно, как и столкновение Солнца с другой звездой.

Теперь для себя нужно представить и глобальное движение галактик во Вселенной относительно проективной сингулярности точно по такому же принципу.

На диаграмме Крускала-Секереша гравитационная сингулярность имеет две стороны: черную дыру и белую дыру. Черная дыра - это область пространства-времени, которую ничто не может покинуть. Белая дыра - это область, в которую ничто не может проникнуть. Однако это стороны одного и того же объекта. В описываемом взаимодействии с гравитационной сингулярностью учитывается как черная составляющая (притяжение), доступная для наблюдения в обычном порядке, так и белая (отталкивание), действие которой доступно только на экстремальном уровне гравитации. При этом модель проективного устройства подразумевает, что гравитационное отталкивание (в том числе и глобальное) вызвано не "антигравитацией", а неизменной классической гравитацией.

Темная материя в модели проективного устройства

В галактиках звезды вращаются вокруг центра галактики. И оценка движения звезд говорит о том, что они вращаются слишком быстро и должны были бы удаляться от центра. Если на блюдо насыпать пшена, а затем вращать блюдо все быстрее и быстрее, то в какой-то момент пшено начнет разлетаться с блюда в разные стороны. Так и звезды при той их скорости, которую мы наблюдаем, должны были бы начать разлетаться. Но этого не происходит, и галактики сохраняют свои размеры при быстром вращении, а значит, есть что-то, что удерживает звезды. Предполагается, что в галактиках содержится нечто, недоступное прямому наблюдению, но обладающее массой, которая создает дополнительную гравитационную силу, удерживающую звезды. Поскольку мы не знаем, что это может быть, и не видим это, то эту субстанцию условно назвали "темной материей".

Существует мнение, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик своим вращением закручивают и само пространство вокруг себя, увлекая и звезды, чем и может быть вызван эффект темной материи. Модель проективного устройства вплотную приближается к этому вопросу и этой версии объяснения, давая более детальное описание.

Комплексный подход к рассмотрению фактуры пространства Вселенной в виде "губки" из черных дыр, не соединяющихся между собой, но соединенных с проективной сингулярностью, может представить галактики не как полностью автономные объекты, создающие эту структуру, а, наоборот, как элементы, возникающие в ней. Галактики могут не только сами по себе собираться и формироваться вокруг сверхмассивных черных дыр, как это обычно считается, но и изначально образовываться в таких областях при наличии не только схода, но и исхода. Галактики могут очень медленно расти и убывать, несопоставимо медленнее в сравнении со скоростью их вращения. А содержащиеся в них черные дыры могут играть роль неких пространственно-временны́х преобразующих воронок, определяющих характер движения звезд в галактиках, что и объясняет противоречивое с нашей точки зрения соотношение массы галактики и скорости ее вращения. Возможно, мы наблюдаем локальные места наложения движений при сходе на движения при исходе. Это может дать объяснение и несистематизируемому по возрасту распределению галактик во Вселенной, которое отмечается в последних наблюдения.

Сколько черных дыр содержится в Галактике? А каково их количество в Метагалактике? Как они могут быть распределены в пространстве космоса? На сегодня ни более-менее точных, ни даже приблизительных ответов на эти вопросы нет. Как известно, черные дыры очень непросто найти в космосе, а значит, и подсчитать, и систематизировать их. Даже самые крупные из них с трудом поддаются обнаружению, а малые еще более незаметны, и эта незаметность может усугубляться той неотчетливостью во взаимодействии с материей, о которой говорилось выше. И малых черных дыр может оказаться гораздо больше, чем это на сегодня мы можем оценить. Например, среди звезд и планет значительную долю, как оказалось, составляют коричневые карлики, неразличимые на ночном небе даже в телескоп. Об их существовании стало известно только в XX-ом веке, когда стали доступны исследования в инфракрасном диапазоне. Подобная ситуация может повториться и с черными дырами. И в конгломерации черных дыр разного размера при их нормальном статистическом распределении может возникать эффект темной материи.

В крупном масштабе наполнение пространства Вселенной имеет ячеистую фактуру. Галактики образуют скопления большие и малые, между скоплениями протягиваются "нити", состоящие из небольшого числа галактик, выстроенных в линии. Есть крупные яркие узлы в этой фактуре с большим количеством галактик, с очень большими галактиками, квазарами. Есть пустоты без галактик (войды) более обширные и менее - большие и малые ячейки фактуры. На рисунке 12 показана ячеистая фактура Вселенной в представлении художника.

Рисунок 12:


Эту ячеистую фактуру могут формировать не галактики сами по себе, а, собственно, входящие в их состав черные дыры. Это и некоторые огромные черные дыры, и средние, и, вполне возможно, в большом количестве малые. Искажая пространство-время, они не просто группируют звезды, а полностью формируют ту пространственную картину Вселенной, которая видна нам. В этой картинке звезды и галактики воспринимаются нами где-то плотнее, где-то реже, старше или моложе, больше или меньше. То есть это наша проекция Вселенной. Представим, что мы получили возможность двигаться значительно быстрее скорости света. Так быстро, что сможем видеть, как содержимое ячеистой фактуры в крупном масштабе движется нам навстречу. В соответствие предлагаемому нами устройству пространства Вселенной, ячеистая фактура не будет оставаться неизменной, как большая кристаллическая решетка. Скорее всего, мы обнаружим, как нити, узлы, пустоты меняют свою форму, свое взаимное расположение, увеличиваются и уменьшаются, вытягиваются и сжимаются, сливаются и разделяются. Проекция Вселенной вокруг нас постоянно будет меняться. Среди содержимого ячеистой фактуры мы можем перемещаться без ограничений между галактиками, в галактиках, в пустых ячейках фактуры, при этом мы не имеем невозможности провалиться ни в какую из черных дыр, представляющих собой пространственно-временны́е полости пространственной "губки". В отсутствии такой возможности мы увидим, как полости (черные дыры) расступаются и разбегаются от нас, и как видимая нами часть "губки" (ее волокна) постоянно меняет свою конфигурации. И в этом случае невозможно какое-либо упорядоченное по возрасту распределение галактик в пространстве.

Ячеистая фактура пространства вложена в губчатую структуру пространства-времени. (Для разделения понятий используется два термина: "фактура" и структура".) Геодезические не могут пересечь никакой из горизонтов событий. Проходя вблизи горизонта они сначала уплотняются, затем разреживаются. При этом теряются прямые пространственно-временные связи, замещаясь на косвенные.

***

Фактура в виде "губки" значительно увеличивает площадь и присутствие проективного горизонта в пространстве Вселенной. И здесь нужно акцентировать внимание на понятии "проективный горизонт", которое предстает в общем расширенном смысле, подразумевающим объединение с горизонтом событий проективной сингулярности горизонтов событий всех черных дыр и образование единой пространственно-временнóй границы.


Голографический принцип и проективная сингулярность

Раздел в разработке.

Тезисы:

"Вся информация о материи, содержащейся в некой области пространства, может быть представлена как голограмма - с помощью информации на границе этой области." - Дэвид Бом

Горизонт событий является плоской границей, двумерным объектом, который рождает трехмерное пространство и время, т.е. среду для самой возможности существования материи.

Квантовая физика требует, чтобы информация никогда не терялась и не пропадала.

Наш мир - объемный, трехмерный - (x, y, z - координаты);

Хранение информации, формирование любых баз данных и массивов, отображение информации (в том числе и о трехмерных объектах) - в компьютере, на листе, в нашей памяти, на экране и др. - всегда плоское, двумерное - (x, y - ячейка);

Передача и обработка информации (в том числе и при параллельном следовании по многим каналам) - в сетях, в нашей мысли, при репликации ДНК, процесс записи на любой носитель и др. - всегда последовательный процесс, значит, одномерный - (0 or 1 - бит, 110010111011101... - последовательность битов).

Проективная сингулярность, образованный ею горизонт событий, инвертирующий принцип неориентируемого пространства-времени - суть "проектор" голограммы Вселенной.

Вакуум с физической точки зрения - физическое пространство, наполненное беспорядочными виртуальными частицами, а с информационной - носитель, наполненный кубитами в суперпозиции. Вакуум - суть "люминофор" в "проекторе" Вселенной.

......................................................


Выводы и заключение

В модели проективного устройства Вселенная с содержащейся в ней проективной сингулярностью в своем полном объеме остается гомогенной, изотропной, физически однородной, но наше субъективное восприятие Вселенной разделено на две части. Одна из них - это наблюдаемая зона до горизонта событий проективной сингулярности, и другая - зона за горизонтом событий, недоступная для наших наблюдений. Из-за удаленности никакое взаимодействие с той другой зоной невозможно, и имеется только гравитационная взаимосвязь. Можно сказать, что эти зоны - две разные пространственно-временны́е области. Мы обозначаем ту область Вселенной как проективную сингулярность для удобства построения общей модели. Наша область - это наша Метагалактика.

Простое представление о том, что Метагалактика расположена как бы внутри более обширного пространства всей Вселенной, не всегда может быть достаточным. Граница между этими областями существует не только в пространстве, но и во времени как в физической категории, а также и в самом действии физических законов.

Метагалактика представляется наблюдателю как шар, но фактически имеет форму, гомеоморфную гиперсфере, измененную кривизной, гиперболически увеличивающейся в направлении от наблюдателя. Метагалактику можно представить, как фигуру, являющуюся сечением другой фигуры более высокого порядка, многомерной, неориентируемой, которая и есть вся Вселенная в целом. Время следует по направляющей линии этой фигуры.

Положение наблюдателя на этой линии определяет:

- сечение - трехмерное пространство наблюдателя, Метагалактику;

- деление времени наблюдателя на две части: прошлое и будущее, и в этих частях наблюдатель отмечает убывающие проекции процессов, происходящих во всей Вселенной в целом;

- проективную сингулярность наблюдателя - относительный объект, обладающий всеми описанными выше свойствами, формирующий горизонт событий - границу Метагалактики.

Простое резюме

В результате представленных рассуждений сложилась вполне законченная концепция, которую коротко можно изложить в следующих высказываниях:

1. Кривизна пространства Вселенной положительная, что предопределяет ее конечные размеры.

2. Наблюдатель, находящийся в любой выбранной точке пространства, определяет собой инерциальную систему отсчета (ИСО). Все ИСО равноправны между собой.

3. Вследствие положительной кривизны любые прямолинейные направления, исходящие от начала отсчета ИСО, с точки зрения наблюдателя уходящие в бесконечность, сходятся к единой точке. Эти направления соответствуют геодезическим линиям пространства в границах ИСО.

4. Точка пересечения всех геодезических линий ИСО находится в противолежащем положении относительно точки начала отсчета ИСО, в которой расположен наблюдатель (т.е. они - взаимные антиподы).

5. По мере приближения геодезических линий ИСО к точке пересечения нелинейно увеличивается их плотность, соответственно увеличивается и плотность содержимого в этой части пространства. Увеличение плотности влечет увеличение кривизны пространства, увеличение кривизны в свою очередь увеличивает плотность содержимого. Таким образом, равномерное общее распределение материи в пространстве Вселенной в восприятии наблюдателя не является равномерным.

6. В точке пересечения геодезических линий плотность материи стремится к бесконечности, в результате чего для наблюдателя она представляется как гравитационная сингулярность. Предлагается определить ее как "Проективную сингулярность". Проективная сингулярность (ПС) - это относительная точка концентрации гравитационной силы общего пространства Вселенной (т.е. в том числе пространства и вне границ ИСО).

7. Между началом отсчета ИСО и ПС на пропорциональном гравитационном радиусе формируется горизонт событий, являющийся для наблюдателя космологическим горизонтом и "черным небом", а также границей его ИСО.

8. Описываемая геометрия пространства Вселенной определяет нелинейное увеличение положительной кривизны пространства от начала отсчета ИСО к ее границе. Имеющейся кривизне отвечает соответствующая неравномерность гравитационного поля ИСО. Начало отсчета ИСО и ПС являются противоположными гравитационными полюсами пространства в границах ИСО, что приводит к поляризации векторного гравитационного поля ИСО.

9. Неравномерность гравитационного поля ИСО вызывает космологическое красное смещение, воспринимаемое наблюдателем как процесс ускоренного расширения космического пространства.

10. ......................................................

Вся концепция строится на первом высказывании, констатирующем наличие положительной кривизны пространства Вселенной. На сегодня Planck Collaboration указывает на то, что данное предположение с высокой долей вероятности может подтвердиться. Об этом свидетельствуют результаты более глубокого анализа данных астрономического спутника "Планк" Европейского космического агентства, который далеко не закончен и продолжается в настоящее время. Многие считают, что вывод о положительной кривизне может привести к еще большему кризису в космологии. Модель проективного устройства, напротив, обнаруживает в этом видимые пути развития. Результаты исследований, конечно же, еще требует дополнительных подтверждений. Но уже сам факт наличия ускорения при расширении можно считать убедительным доводом в пользу того, что кривизна пространства положительна.

В высказываниях не упоминается четырехмерная пространственно-временна́я модель. Коротко можно добавить, что в представленной нами версии все мировые линии всей материи имеют свое начало в едином событии континуума и заканчиваются в этом же событии инверсионно. Это событие мы воспринимаем и как Большой взрыв в прошлом, и как наблюдаемый космологический горизонт в настоящем, и как единую точку в будущем, в которую устремлены все дальние галактики. Время как равноправное измерение в модели проективного устройства также замкнуто, как и все пространственные измерения.

Некоторые интересные следствия

Теперь, используя разработанную космологическую модель, можно по-новому посмотреть на вопросы, обсуждаемые в космологии, на объяснение происходящих во Вселенной процессов, на трактовку некоторых явлений, на результаты различных исследований. Приведем некоторые примеры.

- Проблема сингулярности. В любой теории возникновение сингулярности считается слабым местом этой теории. В модели проективного устройства нет ее фактического наличия. Проективная сингулярность представляет собой абстрактную сингулярность, которую производит сам наблюдатель. Ее сущность в полной мере относительна. И в таком виде бесконечность, коей является сингулярность, может быть вполне допустимой и объяснимой. Кроме того, "губка" пространства в модели проективного устройства конкретизирует все сингулярности внутри черных дыр.

- Периодичность в закрытом пространстве. Если пространство Вселенной закрыто, то предполагается, что мы должны были бы увидеть один и тот же объект на ночном небе с разных сторон от нас. Например, очень дальняя галактика могла бы быть видна в северной части неба одной своей стороной, а в южной части - обратной стороной, (или под разными углами к нам в разных частях неба). Иногда такие гипотетические объекты называют "призраками". И исследования по обнаружению таких объектов проводились, но не дали положительных результатов. Наличие в пространстве Вселенной "перемычки" в виде проективной сингулярности это объясняет. Через такую "перемычку" ничего нельзя увидеть. А как раз сама "перемычка" может быть определена с разных сторон (с двух направлений течения времени, со всех сторон пространства).

- Превышение скорости света при расширении. Мы можем наблюдать то, как в северной части неба какая-нибудь дальняя галактика удаляется от нас со скоростью, превышающей половину скорости света, и в это же время в южной части другая дальняя галактика также удаляется с такой же скоростью, и, значит, их движение относительно друг друга превышает скорость света. Для обхода этого парадокса, который приготовил космос, обычно используется такая уловка: "это не объекты движутся сами по себе, а расширяется само пространство, и в данном случае это допустимо". В модели проективного устройства движение этих двух галактик не является движением в противоположные стороны, как это мы воспринимаем. Обе эти галактики движутся по направлению к нашей относительной проективной сингулярности, и значит, они не удаляются друг от друга, а фактически сближаются. Таким образом, превышения скорости света не происходит. Модель проективного устройства еще раз утверждает: ничто не может двигаться быстрее скорости света.

- Проблема горизонта. Из-за ограничения скорости света между очень удаленными друг от друга областями пространства уже давно не могло быть никакого взаимодействия и обмена информацией. И произошедшие в них изменения за многие миллиарды лет не могли протекать одинаково все это время. Мы должны были бы наблюдать различия, как минимум различия в плотности, в температуре. Но все области Вселенной выглядят неотличимыми друг от друга (гомогенная, изотропная Вселенная). Это так называемая проблема горизонта. В модели проективного устройства преобразующий проективный горизонт в "губке" пространства решает эту проблему. Локальный сход в точечных областях проективного горизонта (черных дырах) инвертируется и распределяется равномерно исходом по всему проективному горизонту. Так обеспечивается униформность Вселенной.

- Возраст Вселенной. Попробуйте поставить вопрос о том, ГДЕ был Большой взрыв, в каком именно месте. Такой вопрос будет бессмысленным. Но ведь при рассмотрении пространственно-временнóго устройства Вселенной с учетом равноправности пространственных измерений и временнóго измерения не может быть ответа на вопрос и о том, КОГДА был Большой взрыв. В пространственно-временнóм выражении это событие в континууме, которое определяется положением локального наблюдателя, и потому оно относительно. Представленная модель проективного устройства является высоко релятивной (обладающей относительными свойствами) и хорошо отображает такое устройство Вселенной. Наблюдатель только оценивает расстояние до горизонта событий проективной сингулярности и, соответственно, время, необходимое на преодоление этого расстояния, те самые 14 млрд лет, которые требуются для этого свету. В отличие от космологической сингулярности проективная сингулярность имеет не одномоментный характер, а постоянно находится в точном положении пространственно-временнóго континуума наблюдателя и задает его пространство и время. Обосабливая временнóе измерение от трех пространственных, наблюдатель и "видит" дистанцию до проективной сингулярности, и "оценивает" возраст Вселенной. Причем этот относительный возраст всегда и везде будет определяться одинаково. Так, наблюдатель в будущем, находясь на Земле по прошествии и еще одного млрд лет, вычислит не 15 млрд лет от Большого взрыва, а все те же 14. А в абсолютном значении понятие "возраст" к Вселенной, возможно, неприменимо.

- История Вселенной выглядит так, будто она делится на два симметричных периода. Наблюдения и расчеты показывают, что Вселенная расширялась без ускорения в течение первых 7 млрд лет после Большого взрыва, а затем - с ускорением следующие 7 млрд лет. Удивительно, что эти периоды равны по продолжительности. Кроме того, удивительно еще и то, что сейчас мы находимся ровно на завершении преобладания тяготения, а затем будет доминировать "антитяготение". Это выглядит уникальным: и история делится на две равные части, да еще и мы находимся ровно в переломном периоде жизни Вселенной! В модели проективного устройства уникальность и того и другого утрачивается. Проективная сингулярность всегда находится на одном и том же расстоянии от наблюдателя, и созданный ею космологический горизонт всегда расположен на максимально допустимом расстоянии, ни ближе, ни дальше. Поэтому наблюдатель всегда будет видеть себя в середине истории Вселенной. А строго противолежащее расположение наблюдателя и проективной сингулярности в пространственно-временнóм континууме объясняет симметричность периодов. Таким образом, возраст Вселенной для локального наблюдателя всегда будет составлять 14 млрд лет, и всегда будет деление на 7 млрд "до" и 7 млрд "после".

Это особенно наглядно прослеживается на торе на рисунке 6. Следование по направляющей окружности тора при тангенциальной оценке происходит неравномерно. В ближних к локальному наблюдателю частях тора - медленнее, и быстрее - в ближних к проективной сингулярности частях. В той же тангенциальной оценке локальный наблюдатель находится в экстремуме этого следования во времени, т.е. в "переломном моменте".

- Размер Метагалактики. В рамках модели проективного устройства размер Метагалактики представляется неизменяемым несмотря на наблюдаемое расширение, и ее видимый нам диаметр всегда будет составлять 28 млрд световых лет, а с учетом расширения рассчитанный "фактический" диаметр будет определяться как 90 млрд световых лет. Значение "фактический" указываем в кавычках, т.к. диаметр 90 млрд световых лет можно считать виртуальной величиной.

- Вакуум. Для наблюдателя Метагалактика - это содержимое пространства, ограниченного сферой сверхгравитации. И бо́льшая часть объема этого пространства занята вакуумом. Очень упрощенно говоря, сфера сверхгравитации силой своего тяготения создает "разрежение" внутри себя. Известно, что состояние вакуума практически неизменно, как и неизменны свойства самой проективной сингулярности, о чем уже не раз упоминалось. Кроме того, так называемое отрицательное давление вакуума может быть не причиной существования темной энергии, как это предполагается, а, наоборот, следствием проективной сингулярности или ее сопутствующим фактором.

- Реликтовое излучение. В модели проективного устройства реликтовое излучение (микроволновый космический фон) объясняется так же, как и в теории Большого взрыва. Считается, что оно возникло при образовании вещества на определенном раннем этапе жизни Вселенной. В модели проективного устройства зарождение атомных ядер и их разрушение - это один и тот же процесс, воспринимаемый двойственно, но хотя и не зеркально. Область преобразования материи на горизонте событий проективной сингулярности может быть определена с двух направлений течения времени, и она остается источником реликтового излучения. Оно ИСХОДИТ из этой области, распространяется, c расстоянием постепенно снижая свою плотность (температуру), затем стекает к этой области, обратно увеличивая свою плотность и разрушая ядра уже высоким уровнем своей энергии. Как известно, реликтовое излучение в значительной степени равномерно и однообразно, и это может быть обусловлено как раз крайней статичностью проективной сингулярности, которая создает очень равномерно распределенный по всей сфере космологического горизонта источник реликтового излучения. В этом смысле реликтовое излучение представляет собой аккреционное свечение проективной сингулярности.

- Инерция. В контексте всех приведенных рассуждений под массой подразумевается, конечно же, гравитационная масса, которая определяется при действии силы тяжести (например, при свободном падении тела), тогда как инерционная масса определяется при противодействии любой другой силе (например, при придании телу ускорения механическим воздействием). Гравитационная и инерционная массы эквивалентны, т.е. в разных по характеру взаимодействиях проявляется их равный количественный показатель. Другими словами, масса тела одинакова в любом случае.

Инерция - свойство тела проявлять сопротивление любым изменениям собственной скорости. Иначе говоря, тело всегда стремится остаться в своей инерциальной системе отсчета. Выше было отмечено, что наблюдатель своей проективной сингулярностью как бы "зажат в тисках" и не может к ней приблизиться ни в пространстве (сократить расстояние), ни во времени (в будущем). Это в общем справедливо и для любого тела. На любое тело со стороны его собственной проективной сингулярности со всех сторон оказывается равное гравитационное воздействие, которое как раз и может являться удерживающим и препятствует смещению тела. Этим и задается инерция. Это объясняет и эквивалентность гравитационной и инерционной массы, поскольку они обе обуславливаются одним и тем же - проективной сингулярностью.

И здесь мы снова можем отметить справедливость принципа Маха, который устанавливает, что инертные свойства каждого физического тела определены всеми остальными физическими телами во Вселенной.

Можно описать инерцию и следующим образом. Скорость света постоянна относительно любого наблюдателя и равна 300 000 км/с. Скорость проективной сингулярности также постоянна относительно любого наблюдателя, и она равна нулю. Можно сказать, что в целом для всей Вселенной проективная сингулярность создает некоторое поле, скорость в котором всегда равна нулю, а возбуждение этого поля (воздействие на тело или частицу) рождает не движение, а массу. Возможно, это неквантовое поле, единственное в своем роде.

- Сценарий будущего Вселенной. На сегодня рассматриваются три сценария будущего Вселенной, которые могут реализоваться при разных вариантах продолжающегося расширения.

Тепловая смерть - в том случае, если пространство продолжит расширяться более-менее равномерно. Тогда все галактики рассыпятся, звезды потухнут, затем распадутся даже атомы. Медленно и постепенно наступит полный беспорядок.

Большой разрыв - в случае, если расширение продолжится с высоким уровнем ускорения. Это приведет не только к снижению плотности содержимого, но затем и к разрыву самого пространства-времени. Сила гравитации не сможет удерживать сначала галактики, потом звездные и планетарные системы, после чего всего за несколько минут разрушатся все звезды и планеты, и за одно мгновение - атомы.

Большое сжатие - в случае, если пространство перестанет расширяться и начнет сокращаться. Галактики станут сближаться, затем Вселенная будет представлять собой одну сплошную галактику, при дальнейшем сжатии и увеличении температуры испарятся планеты, разрушатся звезды, после чего и атомы сольются в единую плазму.

В модели проективного устройства сценарий будущего Вселенной - это постепенное продолжение ее эволюционного развития. Предполагается, что такое развитие происходит без резких фазовых переходов от первоначального полного беспорядка (всеохватывающего вакуума), поступательно идет в настоящее время в структурах и будет продолжаться тем же порядком далее. В интерпретации модели проективного устройства процесс ускоренного расширения - это не процесс движения Вселенной во времени, приводящий к ее увеличению или уменьшению. Это движение во времени самого наблюдателя, которое локализует гиперсферу его пространства. Поэтому наблюдаемое расширение никогда не останавливается, оно неизменно, оно однонаправленно. Сначала расширение снижает плотность в прошлом наблюдателя, затем в настоящем наблюдателя и в его пространстве плотность постоянна (гомогенная и изотропная Вселенная), и уже далее в будущем наблюдателя расширение увеличивает плотность. Однако это не просто плотность пространства и его содержимого, это плотность пространства-времени и процессов (событий). И здесь нет парадокса в том, что РАСШИРЕНИЕ ведет к УВЕЛИЧЕНИЮ ПЛОТНОСТИ.

- Если общее устройство гравитации Вселенной соответствует описанию, представленному в данной модели проективного устройства, то можно с уверенностью предположить, что гравитационное взаимодействие все-таки не квантуется. Гравитация изменяется плавно, непрерывно, может быть сколь угодно малой. Если мы попытаемся измерить массу какого-либо тела или частицы с самой максимальной точностью, то обнаружим, что измеряемая величина "дрожит" около определенного уровня, всегда ненулевого. И "дрожание" массы частицы (у которой есть масса) - не то же самое, что флуктуации на нулевом уровне вакуума, и оно обусловлено проективной сингулярностью.

***

Как можно видеть, модель проективного устройства позволяет не только по-новому взглянуть на многие известные вопросы, но и показывает новые направления рассуждений. Дает она и некоторые предсказания (хотя, возможно, не все приведенные верны). Затронута лишь небольшая часть следствий, вытекающих из представленной модели. Однако можно обратиться и к другим известным вопросам, и поставить новые, и попытаться найти на них ответы. Как минимум, это будет интересно.

- Например, можно произвести расчет массы проективной сингулярности, необходимой для формирования гравитационной метагалактической линзы, определить возможное положение наблюдателя на фокальной линии, где он мог бы воспринимать искривление пространства в виде окружающей его сферы.

- Можно провести анализ движения под воздействием ускорения свободного падения, вызванного силой тяготения проективной сингулярности, что приводит к интересным результатам.

- Важным представляется и вопрос о вращении проективной сингулярности, который не рассматривается в данной статье, но имеет существенное значение. Сама по себе гравитационная сингулярность распространяет за пределы горизонта событий только действие силы тяготения, определяемой массой, а ее вращение (угловой момент) распространяет еще и инерционное действие. Возможно, неориентируемость пространства-времени задается именно вращением проективной сингулярности.

- Заслуживает внимания и тема энтропии, которая также не затрагивается в данной статье, но которая видится крайне интересной в контексте обсуждаемой модели. Неравномерность энтропии хорошо укладывается в петле неориентируемой гиперповерхности.

Также возможно рассмотрение и многих других сторон модели проективного устройства. Она кроет в себе еще много интересного.

Модель проективного устройства не несет в себе прямых противоречий (хотя и не избегает некоторых косвенных), а при более детальном рассмотрении замечательным образом сочетает в себе элементы отличающихся друг от друга моделей Леметра, Голда-Бонди-Хойла, Гамова, Патриа-Гуда и некоторых других воззрений. Вместе с тем представленная модель компактна, что можно считать ее плюсом. Ведь известно, чем экономичнее теория, тем она лучше.

Не следует рассматривать представленную версию как опровержение теории Большого взрыва или как ее альтернативу. Приведенные суждения не противоречат этой и другим признанным теориям, а основываются на них. И это интерпретация существующих данных. В теории Большого взрыва исследование в обратном направлении процессов, протекающих в Метагалактике, приведет наблюдателя и к эпохе инфляции, и к космологической сингулярности. При этом с его точки зрения и относительно его прошлого он будет прав в своей оценке. Эти состояния в модифицированном виде присутствуют и в модели проективного устройства. Теорию Большого взрыва можно считать сегментом модели проективного устройства, который относится только к Метагалактике. Так, зритель в кинозале, желая узнать, откуда же берется изображение, подойдя к экрану и взглянув в ту сторону, откуда приходит свет, может сделать вывод, что все происходящее на экране исходит из яркой, очень мощной единой световой точки. И это действительно так. Однако сама по себе эта точка не дает представления о том, как устроен кинопроектор.

И давайте предложим ответ на тот вопрос: "Куда расширяется Вселенная?" Если проективную сингулярность считать частью Вселенной, то получается, что Вселенная расширяется сама в себя. Т.е. фактического расширения (в смысле увеличения размеров) может и не происходить. В этом контексте процесс расширения Вселенной можно сравнить с вращением Луны вокруг Земли. Движение Луны по ее орбите можно рассматривать как падение к Земле, при котором Луна никак не может упасть на Землю, все время пролетая мимо. Так и движение галактик в сторону проективной сингулярности происходит постоянно, но при этом они не могут к ней приблизиться. Мы же воспринимаем это перемещение галактик в пространственно-временнóм континууме как их движение с ускорением в геометрическом пространстве Вселенной и как расширение самого пространства. Луна, находясь на своей орбите, находится в равновесии, так и Метагалактика, находясь на своем месте во Вселенной, также находится в равновесии. Эффект расширения может быть только проекцией общего устройства Вселенной на инерциальную систему отсчета.

Схематическое изображение

Далее представлено упрощенное схематическое изображение модели проективного устройства. Упрощенное - потому как достаточно сложно изобразить на двумерном листе то, что включает в себя значительно большее количество измерений.

Рисунок 13:


На рисунке 13 показано, как мы разрезаем пространственно-временну́ю фигуру с неориентируемой поверхностью (бутылку Клейна) по месторасположению наблюдателя, развертываем ее, разводим в разные стороны, оставляя проективную сингулярность в середине. В результате мы получаем линейное отображение пространства-времени Вселенной с точки зрения ее локального наблюдателя (обозначен желтым цветом), и это не конус, а цилиндр (представлен в виде прямоугольника). Как было отмечено, модель проективного устройства подразумевает постоянный объем Метагалактики, что и показывает прямоугольник своими параллельными сторонами. Расширение же - только проективное отражение космологических процессов, происходящих во Вселенной, это на рисунке 13 показано изменением плотности.

Поясним это. В самом начале наших рассуждений при рассмотрении последовательности эпох теории Большого взрыва мы использовали плотность содержимого в качестве основного показателя. Обычно в этом случае говорят о температуре, притом что в момент взрыва она была максимальной, а затем Вселенная остывала, и это приводило к изменению состояния и свойств содержимого и, соответственно, к смене эпох. Использование же не температуры, а плотности, изменяющейся в пространственно-временно́м срезе, позволяет несколько иначе оценить тот же процесс, ведь мы можем говорить об изменении плотности не только материи, но и об изменении плотности самого пространства, и об изменении плотности (а значит, и темпа) протекающих процессов, и, что особенно важно (!), об изменении частоты вероятности наступления событий. (При этом изменение температуры содержимого, конечно же, не отменяется и имеет место быть.)

Глобальный наблюдатель (обозначен зеленым цветом) видит свою картину, отличную от той, которую видит локальный наблюдатель. Перед глобальным наблюдателем предстает равномерная плотность содержимого во всем пространстве, на всем протяжении изотропное гомогенное пространство, погруженное в пространственно-временну́ю фигуру с неориентируемой поверхностью. Это на рисунке 13 показано с помощью ленты Мебиуса.

Необходимо обратить внимание на то, что данная диаграмма показывает не цикл, а именно непериодическое общее временнóе устройство. Как уже отмечалось, не Вселенная следует вдоль времени, расширяясь или сжимаясь, а сам наблюдатель, испытывая при этом уплотнение пространства и времени впереди и позади по направлению своего перемещения. Если прийти к пониманию этого, то все становится на свои места.

***

Представленная космологическая модель - модель проективного устройства - основана в большей мере на логических построениях. Несмотря на то, что логические цепочки выглядят убедительными, все же в них присутствуют и некоторые логические нестыковки, и логические безусловные циклы, что автор признает. Конечно, одних логических рассуждений недостаточно, и требуется математическое обоснование и изложение теории не только в эвристическом и популярном виде, но и в академическом формате. Данная статья ориентирована на широкий круг читателей и имеет целью не только показать новую идею, но и сделать это на фоне короткого ознакомления с сегодняшними вопросами космологии. Сама идея в настоящее время подлежит научной разработке.

Можно заранее предвидеть, что возникнет большое количество аргументов "против" этой модели, возражений по поводу лежащих в ее основе идей, указаний на противоречия, вопросов, на которые непросто будет ответить. Когда-то (еще в IV веке до нашей эры) Аристотель во время лунного затмения обратил внимание на округлую форму тени на Луне и пришел к выводу, что Земля имеет форму шара. Ему потребовалось лишь сделать предположение, что это именно тень от Земли, а не просто какое-то пятно. Но еще долго, на протяжении более тысячи лет у людей была стойкая уверенность в том, что Земля плоская, ведь, глядя вокруг себя, они наблюдали очевидное. Ну и если Земля шар, то сразу возникают резонные вопросы: "Почему океаны тогда не стекают с шарообразной Земли?", "Если Земля круглая, то почему она не упадет вниз?", "Как тогда люди с другой стороны ходят вверх ногами?" И очень долго ответов на эти и подобные вопросы действительно не было.

Но в пользу представленной модели есть весомый, надежный доказательный аргумент - это наблюдаемое нами "падение" галактик в сторону космологического горизонта. В качестве темной энергии, которая могла бы быть причиной этому, пока еще рассматривать нечего, а присутствие во Вселенной проективной сингулярности можно было бы уже проанализировать.

Основная идея данной статьи - объяснение ускоренного убегания от нас дальних галактик действием силы тяготения далеких масс Вселенной, расположенных вне границ наблюдаемой части Вселенной и недоступных для нас. Введение понятия "Проективная сингулярность" предлагается как вариант для описания новой модели Вселенной в соответствие основной идее. Используемые же в статье топологические пространства и фигуры, дополнительные измерения, полуфантастические описания - это вспомогательные средства, необходимые для того, чтобы показать состоятельность основной идеи.

В целом концепция выглядит гармоничной. Вполне возможно, она могла бы послужить еще одним инструментом в дальнейшем развитии космологии, которая в настоящее время, похоже, зашла в тупик. Пусть и не основным инструментом, но дополнительным. Или, возможно, отдельные выкладки окажутся востребованными.

Единоличное авторство идеи, изложенной в данной статье, оставляю за собой.

Депонирование данного текста зарегистрировано.

Ссылки на авторство и источник при цитировании или использовании идеи обязательны.

Все рисунки взяты из открытых источников или выполнены автором.

21 декабря 2021 года


© Шабанов Вадим Евгеньевич

ISNI 0000 0005 0567 8889

г. Москва

imvad@ya.ru