Сингулярность: проблемы при снятии давления

Мы столкнулись теперь с тревожной ситуацией. Пока дело касалось космологии, всегда можно было считать, что происхождение вселенной — отвлеченный вопрос, относящийся к далекому прошлому, и нам следует заняться более неотложными проблемами. Однако теперь ситуация изменилась. Снимите давление, поддерживающее Землю изнутри. Всего лишь за пять минут, по вашим часам, вы попадете в сингулярность. Конечно, в случае Земли физически невозможно убрать поддерживающее давление. Но это не меняет логики вещей, ибо у массивных объектов поддерживающее давление отсутствует и для них положение дел реально соответствует тому, которое мы предположили для Земли. Если бы такие массивные объекты в природе не существовали, мы имели бы дело лишь с логической задачей, но ее превращает в практическую проблему осознание того факта, что такие объекты, по-видимому, действительно существуют в мощных радиогалактиках и квазизвездных источниках.

Преодоление проблемы

Проблема решительным образом меняется, если в уравнения ввести С-поле. Вместо того чтобы сжаться до сингулярности, объект «отскакивает» от особой точки и начинает колебаться. Величина М, использованная для определения гравитационного радиуса, является мерой полной энергии объекта. Основной вклад в суммарную энергию вносит масса вещества согласно обычному соотношению Е=Мс2. Но теперь мы должны добавить вклад энергии С-поля, а она входит со знаком минус, так что М уменьшается. Соответственно уменьшается и гравитационный радиус. Хотя перед тем, как происходит «отскок», R становится небольшим, в противоположность обычной теории тело не попадает в пределы истинного гравитационного радиуса. Различие возникает из-за отрицательного знака вклада, вносимого С-полем. 

Существует также и полностью статическое решение для объекта, в котором обычные гравитационные силы уравновешены действием С-поля. В самом деле, статическое решение является частным случаем решения с колебаниями. Представим себе объект, колеблющийся между минимальным радиусом Ri и максимальным R2, и будем постепенно уменьшать разность между R1 и R2, пока они не совпадут. Гравитационный параметр 2GM/c2R в статическом решении может оказаться очень близким к единице, а это означает, что гравитационное поле будет сильным. В случае колебаний 2GM/c2R тоже приближается к единице. Как это влияет на рождение вещества в окрестностях такого объекта?

С-поле, падающее на тело, ведет себя так же, как световая волна: проходя через гравитационное поле тела, оно изменяет свою энергию. Мы можем рассмотреть две сходные проблемы:

а) Световой квант падает с большого расстояния на тело массы М и радиуса R. Вблизи объекта квант вызывает образование электронно-позитронных пар.


б) С-поле падает -с большого расстояния на то же самое тело. Вблизи тела оно вызывает образование по меньшей мере одного бариона и, возможно, электронов или нейтрино.

В случае (б) ровно во столько же раз увеличивается энергия бариона (и сопровождающих его частиц) по сравнению с энергией порождающего поля на большом расстоянии от тела. В то время как частицы, возникающие на большом расстоянии, по-видимому, будут двигаться медленно, частицы, возникающие в сильном гравитационном поле,— для того чтобы они обладали необходимой энергией, — должны двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Другими словами, они должны быть космическими лучами. Итак, поскольку космические лучи связаны с сильными гравитационными полями, массивными объектами и, по-видимому, с сильно сжимающимися сверхновыми, естественно предположить, что космические лучи и возникающее в таких полях вещество — »то одно и то же. Возникновение космических лучей более вероятно в случае колебаний, чем в статическом случае.

Для получения все более и более высоких энергий 2GM/c2R должно быть все ближе и ближе к единице. Это означает, что чем выше энергия, тем меньше становится объем, в котором может происходить рождение вещества. Ситуация схематически изображена на рис. 18. Показаны части трех сфер f, 2, 3.., концентрических с телом. На сфере f множитель для энергии [1 — (2GM/c2R)]-h вдвое больше, чем на сфере 2, а на сфере 2— вдвое больше, чем на сфере.?…. Расчет, опирающийся на величины соответствующих объемов (а также учитывающий влияние гравитационного поля на промежуток времени, в течение которого происходит возникновение вещества), приводит к тому, что число частиц космических лучей, образовавшихся в каком-либо интервале энергии, например от Е до 2Е, должно быть обратно пропорционально Е3. Это настолько хорошо согласуется с наблюдаемым распределением по энергиям космических лучей в окрестностях Земли, а также с распределением энергии, которое электроны космических лучей должны иметь почти во всех мощных источниках радиоизлучения, что, очевидно, эти идеи заслуживают серьезного рассмотрения.

Image

Однако возникают большие трудности, как только мы попытаемся сопоставить предсказанную скорость образования частиц близ массивных объектов с наблюдаемым выходом энергии у радиоисточников. Если принимать значение постоянной связи f, определенное, то предсказываемая скорость образования частиц получается слишком малой. Напомним, что f определено не на основе каких-либо теоретических соображений, а путем эмпирического подбора по наблюдаемой скорости расширения вселенной. Предположим теперь, что мы изменили f так, чтобы согласовать его не с расширением вселенной, а с требованиями, которые налагают источники космических лучей. Какого рода космология при этом получится? Продолжает существовать стационарное решение, но оно уже не соответствует ничему похожему на наблюдаемую вселенную. Средняя плотность вещества, при соответствующем выборе единиц равная f, сильно меняется: от прежнего значения 10 в 29 г/см3 до гораздо большей величины порядка 10 в 8 г/см3. Радиус наблюдаемой вселенной сокращается с 1028 до Ю18 см, а ее масса— от 1023 до 1013 М0. Ясно, что мы живем совсем не в такой вселенной! Но любопытно, что масса наблюдаемой вселенной теперь получилась порядка той, которую имеет типичное скопление галактик. До сих пор никакого убедительного объяснения этой массе дано не было. Мы уже видели, что ортодоксальные космологии обязаны для объяснения существования галактик ввести «начальные возмущения», и эти возмущения подбираются так, чтобы получался правильный ответ; это выглядит довольно неубедительно. В прежней стационарной теории попытка объяснить образование групп галактик как конденсаций в разреженной среде с плотностью 10 в 29 г/см3 тоже не оказалась успешной. Теперь, когда мы видим, что типичная масса среднего скопления галактик появляется в теории как решающая фундаментальная величина, имеет смысл рассматривать ситуацию дальше.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: