Геннадий Ершов
Как рождалось Солнце

Полная версия

© Геннадий Ершов, 2023

© Общенациональная ассоциация молодых музыкантов, поэтов и прозаиков, 2023

Предисловие

Как постичь законы Природы?

Необходимо незнание сделать знанием, а невидимое тёмное превратить в видимое светлое!

Почему мы любим физику? Потому, что законы природы не прогибаются под президентами, патриархами, вождями, олигархами! В приведённой фразе я пропустил слово «кумир». Так вот, под кумирами, оказывается, физика иногда прогибается. Парадокс!

Данная книга явилась на свет, чтобы уменьшить количество парадоксов. «И опыт, сын ошибок нудных, и разных парадоксов пруд»^[1]'.

Книга написана на стыке размышлений, сомнений и логических доказательств, связанных с космологией (слово «космология» происходит от двух греческих корней: kósmos – «вселенная» и lógos – «учение»). Почему на стыке? Потому, что, глядя на эволюцию Вселенной, раскрываемую наукой, непременно натыкаешься на всевозможные нестыковки, преувеличения, мифы и даже несуразности, расходящиеся с логикой, физикой, а зачастую и со здравым смыслом. И это нам преподносят серьёзные авторитеты в научных статьях и книгах.

А кто кумиры? О них в следующем разделе.

Книга получилась многоплановая, и в названии невозможно охватить всё её содержимое, поэтому, уважаемые читатели, исходя из ваших предпочтений, можете обращаться к оглавлению и читать выборочно.

Введение

Начнём с самой объёмной главы книги о чёрных дырах, которые ни с того ни с сего стали зажигать звёзды. «Что за чушь!» – скажет читатель, который хорошо осведомлён и знает, что чёрные дыры не рождают и не зажигают звёзды – они их поглощают и пожирают, тогда налицо противоречие.

Не торопимся с выводами, а также пока не бросаем перезрелые помидоры в автора, дайте время – на постраничном пространстве и в головах всё встанет на свои места. Не всё так однозначно, чёрные дыры действительно связаны с рождением звёзд. Каждая будущая звезда, перед тем как зажечься, проходит стадию чёрной дыры (без иронии), правильней сказать – тёмной звезды, с чего, собственно, и началась эпоха «чёрных» и «тёмных».

Теперь к кумирам, кто они? Назову квартет из четырёх замечательных имён: Альберт Эйнштейн, Стивен Хокинг, Пётр Лебедев, Генри Кавендиш. Я выбрал эту четвёрку по причине частого обращения к ним их исследований в содержании данной книги и поставил их в соответствующем порядке – сначала теоретики, затем экспериментаторы.

Начнём с теоретиков. Про А. Эйнштейна вообще можно ничего не писать, назвал фамилию – и любому обывателю становится ясно: общая теория относительности (ОТО) – это его рук дело, точнее его головы. Большой взрыв (БВ) – откуда он появился? Всё просто: математики, знающие ОТО, оглянулись на 14 миллиардов лет назад и неожиданно увидели (с помощью экстраполяции), что всё вещество стянулось в сингулярность, т. е. превратилось в точку с бесконечной плотностью, а по существу – в нуль. После чего космологическая наука бросила все умственные и материальные ресурсы на поиски этой точки, из которой произошёл Большой взрыв.

Стивен Хокинг. Зайдите в интернет-магазин, любую книжную лавку, магазин, где есть отдел научной и учебной литературы. Какие книги вы там встретите на полках по физическим наукам, кроме методических сборников для сдачи ЕГЭ? С. Хокинг по-прежнему издаётся миллионными тиражами. Что там вышло из-под его пера? Чёрные дыры стали не совсем чёрными и стали испаряться (излучение Хокинга). Чёрные дыры стали излучать, но почему-то это излучение также не регистрируется никакими детекторами.

Ну, ну… только без иронии, человек пережил такой недуг, не мог передвигаться, не мог говорить, лишь одна мимическая мышца лица ещё работала, зато какая голова. Да, голова теоретикам, и не только им, действительно нужна.

Перейдём к практикам. Пётр Николаевич Лебедев – вот это действительно кумир, ему поверили сразу, да и сейчас ни на йоту не сомневаются в том, что давление света – это существующая реальность. Результат, полученный 123 года тому назад, не подлежит сомнению. Чего сомневаться, вы же видите, как под действием солнечного света газовые и пылевые кометные хвосты улетают на миллионы километров – вот вам реальное доказательство. Материальное вещество не обращает внимания на мощную гравитацию Солнца и улетает от него прочь, наглядно демонстрируя скептикам, что давление света – это реальная сила. Тут же возникает вопрос: давление света действительно превосходит силу гравитации?

Проверим, 22 июня в полдень, когда Солнце в зените, возьмём напольные весы и выйдем на улицу. Станем на весы и почувствуем, как солнечная радиация давит на наши плечи, уши, темечко и всё тело прижимается к платформе весов. Фиксируем показания прибора и тут же быстро, чтобы не забыть результат, возвращаемся в дом и снова становимся на весы. Результат отрицательный – весы показали тот же самый вес. Грубый инструмент используем? Да, грубый, а где точный – хочется задать вопрос академической науке.

Генри Кавендиш, а этот-то средневековый рыцарь, как он затесался в кумиры? Безусловно, мы помним его знаменитый эксперимент по определению плотности Земли при её «взвешивании» с помощью крутильных весов. Его опыты в дальнейшем послужили основой для определения гравитационной постоянной – результат отличается на 1 % от принятого сегодня значения. Феноменально! Замечу, Кавендиш получил его 225 лет тому назад.

Кавендишу наши аплодисменты, тем более ему принадлежат несколько работ по изучению свойств электричества. Он также отличился и отметился в истории очень важными открытиями в химии. Одним словом, Кавендиш по праву должен быть настоящим кумиром.

Относительно верификации его опыта по уточнению гравитационной постоянной (G), эти опыты повторялись неоднократно, но G остается по сей день наименее точно измеренной. Почему, используя современную технику эксперимента, не удаётся получить точное значение G? Здесь следует сделать одно уточнение: данные эксперименты следовало проводить в разных температурных режимах – при высокой температуре и при температуре максимально близкой к абсолютному нулю. После чего должно быть выяснено – гравитационная постоянная, увы, совсем не постоянная.

На повторение экспериментов Лебедева и Кавендиша не требуется больших денег, но они более важные в практическом и теоретическом плане, чем очередная проверка ОТО Эйнштейна. Но российская и мировая наука ставки делает не на приоритетные, а на затратные эксперименты, увы.

П. Н. Лебедеву верят беспредельно, как Богу, и в повторение его эксперимента с давлением света ни одна страна денег не вкладывает. Да какие там деньги, по сравнению с БАК (большой адронный коллайдер) – сущие гроши. Верят, что там всё правильно и не подлежит сомнению.

Верят и А. Эйнштейну, но с другим подходом – в проверку и доказательство его теории вкладывают огромные деньги, которые превосходят бюджеты некоторых стран. А результат?

Глава 1
Чёрные дыры зажигают звёзды

1.1. Чёрные дыры и мифы

Природа не терпит голой сингулярности.

Р. Пенроуз

Существование чёрных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности (ОТО). Несмотря на серьёзные аргументы о невозможности возникновения и существования таких объектов, сторонников указанной теории меньше не становится. Почему так происходит? Один из ответов лежит в материальной плоскости – эксплуатация ложных представлений и явлений, противоречащих физике природы, да и элементарной логике, с целью заработка.

Физика, а особенно космология, не выявляет истинные законы природы, а в большей степени их затуманивает, всё больше превращаясь в лженауку, вынуждая молодое поколение уверовать в ложные постулаты. На этих постулатах вырастают новые теоретики, которые ещё дальше отодвигают истину.

В связи с этим вопрос о реальности чёрных дыр имеет исключительно важное значение.

По моему разумению, чёрные дыры (ЧД) – это не монстры-поглотители и пожиратели всякой материи вплоть до звёзд и галактик, как их преподносят некоторые журналисты от науки и космологи популярных статей и книг. Чёрные дыры не сгибают лучи света, но если те туда попали, то им действительно выхода нет, т. к. энергия света трансформируется в теплоту. ЧД не искривляют ни пространство, ни время и, что весьма важно с точки зрения гуманности, не превращают путешественников в спагетти и тем более не разрывают их на атомарные и молекулярные составляющие при приближении к горизонту событий.

«Природа (Бог) не терпит голой сингулярности» – данное выражение принадлежит британскому физику-математику Роджеру Пенроузу (Roger Penrose) [1, с. 59]. Гипотеза «космической цензуры» утверждает, что во Вселенной не существует голых сингулярностей [2]. В ОТО голая сингулярность – это гипотетическая гравитационная сингулярность без окружающего её горизонта событий, но данный принцип не доказан.

В 2020 году Пенроуз вместе с немцем Райнхардом Генцелем (Reinhard Genzel) и американкой Андреей Гез (Andrea Ghez) получили Нобелевскую премию по физике. В официальной формулировке Пенроуз награждён «за открытие, согласно которому общая теория относительности надёжно предсказывает рождение чёрных дыр». Генцель и Гез награждены «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».

Порадуемся за лауреатов столь престижной премии, но, стараясь придерживаться физики, логики и здравомыслия, подвергнем сомнению то, что ОТО надёжно предсказывает рождение ЧД. Самое интересное, что по началу сам А. Эйнштейн, а потом и приверженец его теории астрофизик А. Эддингтон не верили в существование таких странных объектов – чёрные дыры в то время ещё «дурно пахли».

Я бы подкорректировал слова Пенроуза и высказался следующим образом: природа проста, она не терпит чёрных дыр, сингулярностей и Больших взрывов.

Кратко, традиционный взгляд на рождение Вселенной был таков: в начале было нечто, которое взорвалось. Современная космология подразумевает, что расширяющаяся Вселенная возникла в результате Большого взрыва, а доказательствами якобы являются реликтовое излучение и смещение в красную область спектра далёкого света.

В лучшем случае это можно отнести к мифам. Что я имею в виду? Пожалуй, перейдём сразу к списку.

Мифы о:

• существовании чёрных дыр;

• слиянии чёрных дыр и генерации гравитационных волн;

• генерации энергии в звёздах только при помощи термоядерных реакций;

• Солнце – красном гиганте, который поглотит Землю;

• Большом взрыве;

• реликтовом излучении;

• давлении света как отталкивательной силе, отбрасывающей хвосты комет.

И другие мифы, которые будут вскрыты в процессе изложения мыслей на бумагу. Почему появились указанные мифы? В большей степени – как подгонка результатов умозрительных опытов и реальных физических экспериментов под теорию гравитации, разработанную в общей теории относительности. Простой пример: перед тем как прогремел БВ, всё вещество должно было собраться, сколлапсироваться в точку с бесконечным давлением и плотностью и разогреться до невозможных температур (10³² К), одним словом – сингулярность! Что это за вещество, или какая-то материя, или вообще нечто? С помощью чего оно должно было собраться в одну точку пространства? Ответ: только с помощью гравитации, других сил в природе нет. Но по ОТО – это искривление пространства-времени, т. е. нужно это пространство так искривить или свернуть, чтобы все частицы сначала скатились по его склонам в центр, а потом какими-то немыслимыми силами это всё сжать в точку с бесконечной плотностью и температурой.

Сначала спросим (у кого спрашивать? – у автора данной книги): где энергия, которая должна породить эту немыслимую силу, способную скрутить это пространство? Нет ни того, ни другого, тогда откуда Big Bang, иначе – Большой взрыв?

«Плотность чёрной дыры с массой порядка трёх масс Солнца составляет около 6·10²⁶ кг/м³, тогда как плотность воды 1 кг/м³». «В случае с квантовыми ЧД, их плотность может составлять около 10⁹⁴ кг/м³» [3].

«Чем меньше масса ЧД, тем выше её плотность».

Чем меньше масса, тем меньше в неё закачено энергии, простите, а вы чем сжимаете до плотности 6·10²⁶ кг/м³? Я уже не спрашиваю про плотность 10 ⁹⁴ кг/м³. Можете не отвечать, я знаю – ручным прессом, который находится на кончике пера вашей послушной ручки или карандаша.

В 1852 году лордом Кельвином, а в 1865 году Р. Клаузисом на основании экстраполяции второго начала термодинамики была выдвинута гипотеза о тепловой смерти Вселенной. При условии, что Вселенная бесконечно состарится, все звёзды остынут, т. е. отдадут всё своё тепло на нагревание вселенского пространства, и наступит термодинамическое равновесие.

Тепловую смерть усилиями физиков отменили благодаря тому, что Вселенная не совсем стационарна, в ней постоянно возникают флуктуации (умирание и рождение новых звёзд).

Век спустя появились высказывания представителей космологической науки, что в будущем нас ждёт… вернее, ничего не ждёт, т. к. наступит эпоха чёрных дыр, во время которой будут доминировать только чёрные дыры [4]. Во всяком случае, такую судьбу предвещает Стандартная модель современной космологии. Доминирование ЧД тоже не вечно из-за излучения Хокинга, после чего они исчезнут и наступит «эпоха вечной тьмы»! (Аплодисменты!)

Вот с такими тяжёлыми чувствами мне приходится начинать работу над данной книгой. Но зато я порадуюсь за вас, уважаемые читатели, в надежде, что мне удастся развеять эти чёрные тучи мифов.

1.2. Стационарная Вселенная

В середине прошлого века Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом была предложена теория стационарной Вселенной. Разработчики данной теории придерживались реальной картины – в масштабах космоса Вселенная по существу выглядит одинаково в каждой точке в любое время.

Данная идея стационарной Вселенной возникла с пониманием того обстоятельства, что обнаруженное красное смещение в спектрах удалённых галактик можно объяснить, не прибегая к эффекту Доплера, гипотезе Большого взрыва и ускоренному расширению Вселенной.

Сторонники модели стационарной Вселенной предполагали, что эффект покраснения был вызван не расширением Вселенной, а неизвестным в то время явлением, при котором фотоны излучали часть своей энергии при длительном путешествии в пространстве. Фотоны света теряли энергию постепенно по мере движения через космос, переходя к длинным волнам, менее энергетическим в красном конце спектра. Эту идею впервые высказал Фриц Цвикки в 1929 году, он скептически относился к расширению Вселенной [5]. Некоторые астрофизики называют это явление старением фотонов, другие – утомлением. На мой взгляд, более чем адекватная модель, но хочу уточнить, что оба термина – старение и утомление – не совсем корректно трактуют ситуацию с фотонами. У фотона нет мышц и нечему утомляться, у фотона нет молекул ДНК и нечему стариться. На самом деле фотоны теряют энергию только за счёт переизлучения, это основное свойство, и о нём будет сказано позднее.

Согласно стационарной модели, по мере расширения Вселенной постоянно генерируется новая материя, соблюдая космологический принцип.

В эволюцию стационарной Вселенной вмешалось открытие реликтового излучения, что привело к резкому уменьшению её сторонников. Вот спрашивается, кто этих открывателей просил связывать микроволновый фон излучения с реликтовым? Они бы и так получили Нобелевскую премию, адекватно и правильно объяснив, откуда оно исходит^[2]. Об этом читаем в следующих разделах.

1.3. Сказки про чёрные дыры

Дыра в пространстве, да ещё чёрная. Звучит зловеще и непредсказуемо. Видимо, поэтому популяризаторы чёрных дыр так пугают нас, землян, при встрече с ней. Смотрите, только на подступах к ней, к так называемому «горизонту событий», вас уже начинают трясти гравитационные силы, и чем ближе продвигаетесь к жерлу этого антивулкана, тем сильнее вы ощущаете вибрацию. Силы гравитации нарастают как снежный ком, наконец, ваше тело просто разрывается этими силами на крупные или сразу на молекулярные и атомарные составляющие. Жуткая картина.

Что такое чёрная дыра? Космический объект, который с помощью имеющихся у астрономов технических средств увидеть не могут, а по расчетам математических моделей получается, что в данном месте галактики должна быть масса с огромной гравитацией, вокруг которой вращаются небесные тела.

Некоторых ученых и журналистов, работающих в научной тематике, порой так заносит, что они начинают сочинять настоящие космические сказки о чёрных дырах. Снова, под мелодичный стих Пушкина: «О сколько нам фантазий чудных, готовит просвещённый люд».

1. «Чёрные дыры – это одно из самых странных явлений во Вселенной. Во всяком случае, на данном этапе развития человечества. Это объект с бесконечной массой и плотностью^[3], а значит и притяжением, за пределы которого не может вырваться даже свет – поэтому дыра чёрная. Сверхмассивная чёрная дыра может втянуть в себя целую галактику и не подавиться» [6].

2. «Чёрные дыры – удивительные объекты, в которых сила тяжести настолько огромна, что может сгибать свет, деформировать пространство и искажать время. Существуют два способа вычислить, насколько что-то велико. Можно назвать массу или [то,] какую величину занимает участок. Если брать первый критерий, то нет конкретного предела массивности чёрной дыры. Кроме того, в каждой галактике должна проживать центральная сверхмассивная чёрная дыра, чья масса превосходит солнечную в миллион раз – 10³⁶ кг» [7].

3. «Согласно теориям, вещество внутри чёрной дыры сжимается до бесконечной плотности, а пространство и время перестают существовать. Когда это происходит, законы физики перестают действовать, просто потому, что человеческий разум не способен вообразить предмет, имеющий нулевой объём и бесконечную плотность» [8].

4. «Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре чёрной дыры, способен искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет» [9].

Поскольку время с пространством искривляются, то можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия во времени в будущее. Говорят, в своё время на эту тему теоретизировали А. Эйнштейн и С. Хокинг.

Желаете совершить путешествие во времени, следуйте за Эйнштейном, доберитесь до центра нашей галактики и ныряйте в ЧД, которая находится на расстоянии в 25 тыс. световых лет. После чего, очевидно, должно наступить что-то визуально и физически невообразимое.

Сказки о ЧД сочиняют журналисты и настоящие учёные. Меня особенно умиляют фразы о необычных генераторах гравитационных волн.

5. «Кто и что излучает гравитационные волны? Например, вы, уважаемый читатель. Потрясите рукой, – и во все стороны Вселенной со скоростью света помчатся волны пространства-времени. Они нигде не поглотятся и будут вечным свидетельством вашего существования!» [10].

Такого рода потряхивания рукой стали весьма популярны среди физиков, лекторов-популяризаторов науки, журналистов, которые своими жестикуляциями, очевидно, хотят навечно оставить след в космологической науке, одновременно делая зарядку для своих рук.

Сколько людей в один и тот же момент времени трясут, помахивают своими руками: одни – прощаясь или провожая друзей и родственников на вокзалах, другие – в порывах гнева и раздражения, третьи – на боксёрских рингах, остальные – в церквах, крестясь в молитвенных поклонах. Представьте себе, какой бы создавался шквал гравитационных волн только от одних жестикуляций руками всего человечества.

Откуда возникло это потрясывание ручкой в научной тематике? Здесь стоит обратиться к американскому профессору Кипу Стивену Торну (Kip Stephen Thorne, родился в 1940 году), основателю и вдохновителю обсерватории LIGO. В 2017 году вместе с Райнером Вайссом и Барри Бэришем ему присуждена Нобелевская премия по физике – «за экспериментальную регистрацию гравитационных волн».

В одном интервью Торн говорит: «Потому что есть гравитация, говорят ученые. Искривление и гравитация суть одно и то же. Там, где есть гравитация, пространство будет искривлено. Она его неотъемлемое свойство. Она есть везде и была всегда. Гравитационное поле – самое первое поле Вселенной, а гравитационные волны, соответственно, её самые первые волны. Они, а не пресловутый бозон Хиггса, который только что обнаружили в большом адронном коллайдере, появились в первый миг бытия мира. Вот только, что это такое, физики так до конца понять и не могут. Едущий по улице автомобиль или колышущиеся занавески гонят гравитационную волну и искривляют пространство. Только очень слабо. Ни один детектор, произведённый руками человека, до сих пор её не фиксировал» [11].

Надеюсь, каждый из нас наблюдал, как на окне колышутся занавески. Отодвиньте эти занавески, и увидите искривлённое пространство, воспетое в песне: «За окном черёмуха колышется, осыпая лепестки свои». Гляньте вдаль, а там сплошная физика, переплетённая с лирикой: «В поле рожь густая, шевелились усики овса». Да что там – «Рожь шумит, качается», там вся природа, если поверить Торну: тонкая травинка, кустик, каждое дерево гонит сплошным потоком гравитационные волны благодаря шевелению, качанию, в сопровождении голосового пения.

А вы живёте на берегу океана? Тем хуже для вас. Здесь штормы, ураганы, цунами – это мощные источники гравитационных волн, от которых вас бы просто трясло каждую секунду. Здесь песня о генераторе гравитационных волн: «Ветер с моря дул». Откуда ветер набирает свою силу? От перепада давления, при неравномерном нагреве поверхности Земли. Солнце светит и палит – лечит ваш радикулит! Это уже гелиотерапия, и совсем другая песня.

А в городе – автомобили разных мастей, мощностей и прочая техника. Наконец, самолёты и ракеты, а во время войны разрывы тысяч снарядов, да мы просто утонули бы в этом бесконечном шторме гравитационных волн. И это не весь арсенал генерации гравиволн – вся Вселенная должна быть пронизана реликтовыми волнами тяготения, унаследованными от инфляционной эпохи после Большого взрыва, которого не было.

Кроме постоянной генерации гравиволн, вокруг ещё искривлённое пространство в тандеме с искривлённым временем. Жуть! Дома бы просто качались и вибрировали, а где вибрация, там разрушения. Это будет пострашнее землетрясений. И как жить в таком поле бесконечных генераторов гравитационных волн?

Скажете, слабые волны. Нет, не слабые – они же идут к нам не из-за миллионов и миллиардов световых лет, они рядом, а для их распространения благоприятные среды – воздушный и водный океаны. Кроме того, гравитационные волны от разных источников излучаются на близких частотах, а это путь к наложению, т. е. к резонансу. Этот путь весьма опасный не только для солдат, идущих в ногу по мосту, это опасность для всего человечества. Это уже не рябь в далёком пространстве космоса – это реальное цунами. Спасибо природе, что она до таких гравитационных волн не додумалась.

Полагаю, верить в данном случае К. Торну и ОТО-питекам никак нельзя.

Но вернёмся к чёрным дырам, до которых действительно далеко, поэтому здесь сплошные сказки. «Внутри чёрной дыры, для всех намерений и целей, пространство и время перестают существовать, нулевой объём, бесконечная плотность!» и т. п.

Сказочно подробную информацию о чёрных дырах можно встретить в научных журналах, медийных сайтах и в книгах. Основное внимание в статьях по данной тематике уделяется физическим параметрам и гравитационной силе ЧД, вот только не раскрывается главный вопрос: откуда возникает такая мощнейшая сила, которая создает эту «бесконечную плотность» и саму гравитацию? Откуда эта энергия, способная породить силу, которая может «сгибать свет, деформировать пространство, искажать время и пускать его вспять»?

В интернете в свободном доступе по запросу «чёрная дыра» Google выдал 1,9 млн сайтов! По запросу «чёрные дыры» – на миллион больше! Вот, к примеру, большая по объёму, с множеством графиков и рисунков, научная статья [12], в которой на основе спектроскопии трёх известных звёзд авторы пытаются анализировать свойства центральной чёрной дыры, то есть её массы и расстояния до неё. Подобные статьи мотивировали меня на исследования этих загадочных ЧД.

Аналогичные статьи на деньги налогоплательщиков печатаются в большом количестве. А о видео и говорить нечего – это сборники замученных фраз про то, как велика плотность и гравитация, поэтому «будьте осторожны, пролетая мимо такого объекта, иначе если попадете в ЧД, то оттуда уже никогда не выбраться»'.

Наконец, 11 апреля 2019 года с большой помпой средства массовой информации преподнесли нам последнее достижение мировой науки: была показана фотография ЧД, точнее якобы тень ЧД, находящейся в центре гигантской галактики М87. Огромная ЧД обнаружена комплексом радиотелескопов (проект Event Horizon Telescope) на расстоянии 53,5 миллиона световых лет, массой 6,5 миллиарда солнечных масс! [13] (Фотографию не привожу, на ней нет ничего, кроме размытого красноватого бублика, как некой «тени» на аккреционном диске).

В данной книге я не буду касаться результатов этих исследований. Нужно время, чтобы внимательно рассмотреть портрет этой тени, вернее понять, что там высветилось. Вместо этого поговорим о слиянии двух ЧД, впервые зафиксированных LIGO в 2015 году.