Около ста лет назад возникла стандартная космология, которая сумела победить альтернативные идеи и стала общепринятой теорией для подавляющего большинства астрофизиков. А идея Большого взрыва широко вошла в массовое сознание. Оставалась лишь крайне малочисленная часть ученых, отвергавших концепции Большого взрыва и последующего расширения Вселенной.
Однако в самое последнее время ситуация кардинально изменилась. После запуска космического телескопа имени Джеймса Уэбба в конце декабря 2021 года стали приходить сведения о Вселенной, в корне противоречащие выводам стандартной космологии.
Сначала космологи надеялись, что это лишь недостаточно надежные и малочисленные сведения. Но когда таких данных стало довольно много, и они получили убедительные подтверждения, в стане космологов возникли панические настроения. Стало ясно, что все, что они думали о рождении Вселенной, - совершенно ошибочно и необходимо переписывать космологические главы целого моря книг по астрономии и астрофизике. Но несмотря на это, сама идея Большого взрыва стандартной космологии оказалась очень живучей.
Приверженцы этой идеи стараются всеми силами ее сохранить, утверждая, что нет никаких альтернативных теорий, которые могли бы составить ей конкуренцию. Однако такая альтернатива только что была заявлена в моей статье: A. S. Rabinowitch, “New Relativistic Cosmology Based on Principle of Scale Invariance”, Gravitation and Cosmology, 2026, Vol. 32, No. 1, pp. 7-13. О ней и принципе масштабной инвариантности выдающегося немецкого математика и физика-теоретика Германа Вейля, ставшем ее фундаментом, и пойдет речь.
1. Катастрофа Вселенского масштаба
Согласно стандартной космологической теории, Вселенная возникла 13,8 млрд лет назад из сингулярного состояния, с бесконечными плотностью, температурой и давлением, и в результате Большого взрыва стала расширяться и остывать. Основой ее является общая теория относительности Альберта Эйнштейна, работы 1922–1924 годов советского математика и геофизика Александра Фридмана, в которых были получены нестационарные космологические решения гравитационных уравнений Эйнштейна, и эмпирический закон Хаббла, опубликованный в 1929 году.
Американский астроном Эдвин Хаббл установил, что красное смещение спектра (уменьшение частоты излучения) далеких галактик увеличивается пропорционально расстоянию до них, что было интерпретировано как подтверждение расширения Вселенной. Важным моментом, послужившим широкому признанию этой теории, стало обнаружение в 1965 году американскими физиками Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном космического микроволнового фона – реликтового излучения, предсказанного в 1948 году советским и американским физиком-теоретиком Георгием Гамовым на основе теории Большого взрыва.
Однако стандартная космология постоянно сталкивалась с трудными вопросами, для решения которых все время приходилось усложнять космологические модели, причем зачастую довольно экзотическими надстройками. Но все же и к настоящему моменту осталось множество хорошо известных астрономическому сообществу нерешенных проблем. Отметим только некоторые из них.
1) Не решена проблема сингулярности - бесконечной плотности, давления и температуры в момент, предшествующий Большому взрыву, что свидетельствует о явном неблагополучии теории. Также не ясно, что было до Большого взрыва.
2) Совершенно убийственным аргументом против теории Большого взрыва является следующий. При таком взрыве должно было бы родиться одинаковое число частиц и античастиц. Но тогда они должны были взаимно друг друга уничтожить - аннигилировать и не должно было остаться никаких протонов, нейтронов и электронов, из которых состоят все атомы и молекулы. Все научные попытки решить этот вопрос закончились неудачей.
3) Стандартная космология не может объяснить природу невидимых темной материи и темной энергии, на долю которых приходится 95% вещества Вселенной. Существование темной материи надежно установлено, но все попытки обнаружить ее частицы закончились неудачей. Попытки отождествления темной энергии с физическим вакуумом привели к чудовищному противоречию - теоретические предсказания отличаются от данных наблюдений на 120 порядков.
4) Определения коэффициента расширения Вселенной - постоянной Хаббла двумя способами: по реликтовому излучению на основе теории Большого взрыва и по сверхновым звездам дают различающиеся результаты, что является ярким свидетельством кризиса стандартной космологии.
5) Современным космическим телескопом имени Джеймса Уэбба обнаружены столь древние, массивные и хорошо развитые галактики, что они должны были возникнуть за много миллиардов лет до Большого взрыва. При этом число таких галактик становится все больше и больше.
Это лишь часть непреодолимых трудностей, с которыми сталкивается стандартная космология. И этим “супом” несуразностей космологи кормили нас целый век, утверждая, что ничего иного быть не может.
Что же касается тех объяснений, которые остались в активе традиционной космологии, то, как будет показано дальше, их можно заменить совсем иными.
2. Новая космологическая теория
Терпящая фиаско стандартная космология основана на обшей теории относительности Эйнштейна. Эта великая теория надежно подтверждена в рамках Солнечной системы. Но применимость ее ко всей Вселенной стала вызывать большие сомнения ввиду несоответствия стандартной космологии многим космологическим данным. В связи с этим возникла необходимость в создании такого обобщения эйнштейновской теории, которое бы, сохраняя все ее достоинства, было бы в согласии с надежно установленными в результате наблюдений свойствами Вселенной.
В качестве такой основы я обратился к геометрической теории Германа Вейля, предложенной им в 1918 году, через два года после создания Эйнштейном общей теории относительности. В своей работе Вейль обобщил риманову геометрию, являющуюся базисом теории Эйнштейна. Идея Вейля была очень красивой, в ней был реализован принцип масштабной инвариантности гравитационной теории, отсутствующий у Эйнштейна. Для его реализации он ввел новое поле, дополнительное к гравитационному. Но далее он пошел, как известно, по неверному пути, рассматривая свое поле как электромагнитное и пытаясь создать единую теорию гравитации и электромагнетизма. Полученные им гравитационные уравнения резко отличались от эйнштейновских и не соответствовали экспериментальным данным. По этой причине его теория была отброшена, хотя интерес к ней не угасает до сегодняшнего дня.
Важнейший принцип Вейля, принцип масштабной инвариантности, я посчитал правильным, но пришел к выводу, что трактовку введенного им нового поля, дополнительного к гравитационному, нужно было существенно изменить.
Так как эйнштейновская теория правильно описывает гравитационные явления в Солнечной системе, еще в своей статье 2003 года, вышедшей в английском журнале “Classical and Quantum Gravity” (Vol. 20, pp. 1389–1402), я стал трактовать поле Вейля как очень слабое, обусловленное влиянием физического вакуума.
В современной физике общеизвестно, что физический вакуум - не абсолютная пустота, это особое состояние материи. В нем постоянно рождаются и уничтожаются короткоживущие частицы, что проявляется в целом ряде квантовых эффектов.
Исследование обобщения теории Эйнштейна, дополненного слабым полем Вейля, привело меня к новой космологии. Ее основные результаты, опубликованы в упомянутой выше моей статье, только что вышедшей в международном журнале “Gravitation and Cosmology”.
Они заключаются в следующем:
1) Не было никакого Большого взрыва, расширения пространства и разбегания галактик. Вселенная вечна и бесконечна. Хотя она изменяется с течением времени, ее геометрия в целом неизменна. Это знаменитая геометрия Лобачевского. Небольшие отклонения от нее возникают лишь вблизи очень массивных звезд.
2) На движущиеся в космосе частицы действуют очень малые силы со стороны поля Вейля. С момента возникновения первых звезд эти силы вызывают постепенную потерю частицами своей энергии.
3) Наблюдаемое красное смещение в спектрах излучения далеких галактик объясняется не расширением Вселенной, а постепенной потерей энергии квантами света - фотонами при прохождении ими огромных расстояний. Оно возникает вследствие влияния на них поля Вейля и согласуется с эмпирически установленным законом Хаббла.
4) Наблюдаемое реликтовое излучение не является следствием Большого взрыва. Оно представляет собой излучение поля Вейля. Определенный по нему возраст Вселенной, отсчитываемый от появления первых звезд, оказался в 10 раз больше времени 13,8 млрд лет стандартной космологии.
5) Полученный возраст Вселенный подтверждается вычислением отношения массы гелия к массе водорода в нашей галактике. Оно оказалось в согласии с известным в астрономии значением, равным 0,28. В то же время это значение в стандартной космологии - на порядок меньше, что неверно.
6) Решена проблема невидимой темной материи, которой примерно в 5 раз больше видимого вещества. Согласно моей теории, темная материя представляет собой совокупность потухших звезд Вселенной. Такой вывод был невозможен в стандартной космологии, где возраст Вселенной не может превысить 13,8 млрд лет. Но в новой космологии, в которой возраст Вселенной с момента появления первых звезд в 10 раз больше, этот взгляд на природу темной материи становится весьма естественным. Что же касается таинственной темной энергии, то ее роль берет на себя поле Вейля.
7) Ввиду малых тормозящих сил, действующих на звезды в галактиках вследствие влияния этого поля, они должны двигаться по спиралям, медленно за миллиарды лет приближаясь к центрам галактик. Это позволяет объяснить наблюдаемую спиральную структуру большинства галактик.
3. Заключение
Центральным моментом в предложенной мной космологии является новая интерпретация наблюдаемого красного смещения в спектрах далеких галактик. Оно объясняется не расширением Вселенной, как в стандартной космологии, а постепенной потерей энергии, вследствие влияния поля Вейля, излучаемых галактиками фотонами при их движении в течение очень больших периодов времени.
Нельзя не сказать, что идея о потери энергии фотонами при прохождении ими огромных расстояний впервые была выдвинута в 1929 году выдающимся американским астрономом швейцарского происхождения Фрицем Цвикки.
Эта идея, получившая название теории старения фотонов, выглядела значительно естественнее теории расширяющейся Вселенной. Но она имела серьезный недостаток: Цвикки не смог указать убедительный физический механизм потери энергии фотонами. По этой причине его идея была отброшена и к ней космологи не возвращались до самого последнего времени.
В последние же годы, в связи с кризисом стандартной космологии, интерес к ней стал возрождаться. Он усилился после того, как в 2024 г. доцент американского университета штата Канзас Лиор Шамир опубликовал в журнале Particles (Vol. 7, pp. 703–716) свое исследование. В нем, в результате обработки данных по 30000 галактик, он нашел серьезное подтверждение гипотезе Цвикки.
В предложенной мной новой космологии идея Цвикки получила теоретическое обоснование, превратив ее из гипотезы в теорию.
Важнейшим результатом этой космологии является увеличение в 10 раз космологического времени, прошедшего с момента возникновения первых звезд Вселенной, по сравнению со стандартной космологией. Именно это позволило отождествить темную материю, которой в 5 раз больше наблюдаемого вещества, с совокупностью потухших звезд и объяснить существование древних галактик задолго до гипотетического Большого взрыва.
Нельзя не сказать, что идея темной материи была впервые введена в научный обиход уже не раз упоминавшимся Фрицем Цвикки в 1930-е годы. Как показали его и последующие исследования, без ее скрытой массы нельзя объяснить наблюдаемое движение звезд в галактиках.
Современные астрономы, свято верящие в теорию Большого взрыва, считают, что эта таинственная материя состоит из неких загадочных частиц. Их ищут многие годы в космосе, на земле и под землей, с использованием самой совершенной техники, не скупясь на миллиарды долларов и евро. Но все эти попытки заканчиваются ничем, полнейшим фиаско.
Все это очень напоминает поиски черной кошки в темной комнате, где ее точно нет.
В то же время в предложенной мной космологии темная материя это не какие-то неизвестные науке частицы, а потухшие звезды, ставшие невидимыми.
Эта новая космология является реальной альтернативой стандартной космологии, так как она объясняет красное смещение в спектрах далеких галактик и реликтовое излучение. Но помимо этого, она дает решение ряду вопросов, как например, о природе темной материи и о существовании древних галактик во времена более 13,8 млрд лет назад, представляющих непреодолимые трудности для стандартной космологии.
Добавить комментарий