Вопрос расширения вселенной

Пнд, 07/07/2014 - 19:34

Хорошая аналогия — диэлектрические материалы, такие как пластмасса, керамика или вода. Материал, в отличие от вакуума, содержит электрически заряженные частицы и может реагировать на электрическое поле. Хотя заряженные частицы не могут течь через диэлектрик как через проводник, они все же способны перераспределяться в его пределах. Если к такому материалу прикладывается электрическое поле, он становится электрически поляризованным. В воде, например, молекулы поворачиваются так, чтобы их положительные концы (пары атомов водорода) были направлены в одну сторону, а отрицательные (атомы кислорода) — в другую.

Перераспределенные заряды создают собственное электрическое поле, которое частично компенсирует внешнее. Диэлектрик может таким образом влиять на распространение фотонов, представляющих собой колебания электрического и магнитного полей. Фотоны, проникающие в диэлектрик, поляризуют его и, в свою очередь, частично нейтрализуются. Такой эффект наблюдается в том случае, когда длина волны фотонов лежит в определенном диапазоне: длинноволновые фотоны слишком слабы, чтобы поляризовать диэлектрик, а коротковолновые колеблются чересчур быстро, и заряженные частицы не успевают отреагировать. Поэтому вода прозрачна для радиоволн (имеющих большую длину волны) и для видимого света (малая длина волны), но непрозрачна для микроволн (промежуточная длина волны). На этом основана работа микроволновых печей.

Подобным образом квантовые флуктуации превращают мембрану в гравитационный эквивалент диэлектрика. Все происходит так, как если бы мембрана была заполнена виртуальными частицами с положительной и отрицательной энергией. Если к мембране прикладывается внешнее гравитационное поле, она становится гравитационно поляризованной. Частицы с положительной и отрицательной энергией слегка смещаются друг относительно друга. Гравитон, воплощающий осциллирующее гравитационное поле, может поляризовать мембрану и нейтрализоваться в ней, если его длина волны оказывается в нужном диапазоне, который, по нашим расчетам, лежит между 0,1 мм (или меньше, в зависимости от числа дополнительных измерений) и приблизительно 10 млрд. световых лет.

Исчезновение угрожает только гравитонам, перемещающимся в мембрану или из нее. Частицы гравитации, подобно фотонам, являются поперечными волнами и колеблются перпендикулярно к направлению распространения. Гравитон, входящий в мембрану или выходящий из нее, толкает частицы вдоль мембраны, т.е. в направлении, в котором они могут двигаться. Поэтому такие гравитоны могут поляризовать мембрану и, в свою очередь, нейтрализоваться в ней. А гравитоны, перемещающиеся вдоль мембраны, пытаются вытолкнуть из нее частицы в запрещенном для них направлении. Такие гравитоны не поляризуют мембрану и двигаются по ней, не встречая сопротивления. На самом деле большинство гравитонов оказываются между двумя крайностями: они проносятся через пространство под косым углом к мембране и покрывают миллиарды световых лет, прежде чем исчезнуть в ней.

ИСКРИВЛЕНИЕ МЕМБРАНЫ

Таким образом, мембрана сама экранирует себя от дополнительных измерений. Если гравитон промежуточной длины волны пытается ускользнуть из мембраны или проникнуть в нее, частицы в ней перераспределяются и препятствуют этому. В результате гравитоны движутся вдоль мембраны, и тяготение следует закону обратных квадратов. Вместе с тем через дополнительные измерения могут свободно проходить длинноволновые гравитоны, роль которых несущественна на малых расстояниях. Однако на дистанциях, сопоставимых с их длиной волны, они доминируют и ослабляют способность мембраны изолировать себя от дополнительных измерений. Поэтому сила тяготения начинает ослабляться пропорционально третьей (если только одно из дополнительных измерений бесконечно), четвертой (если два измерения бесконечны) или еще большей степени расстояния.

Отказавшись от предположения о существовании темной энергии, мы вместе с Габададзе и Седриком Дефейе (Cedric Deffayet) из Парижского института астрофизики пришли к выводу, что дополнительные измерения не только ослабляют тяготение, но и заставляют космическое расширение ускоряться. В шутку можно сказать, что, ослабляя гравитационный «клей», препятствующий расширению, рассеяние гравитонов уменьшает замедление настолько, что оно становится отрицательным и превращается в ускорение. Разумеется, все не так просто, ведь приходится учитывать, как утечка изменяет общую теорию относительности.

Основная идея теории Эйнштейна состоит в том, что тяготение представляет собой результат искривления пространства-времени, связанного с плотностью материи и энергии в нем. Солнце притягивает Землю, изгибая вокруг себя пространство-время. Отсутствие какой-либо материи или энергии означает отсутствие деформации и, соответственно, гравитации. Однако в многомерной теории соотношение между искривлением и плотностью изменяется. Дополнительные измерения обусловливают появление в уравнениях поправочного члена, который придает кривизну даже пустой мембране. В результате утечка гравитонов создает в мембране напряжение, вводит в нее неустранимую деформацию, которая не зависит от плотности материи и энергии в пределах мембраны.

Со временем материя и энергия становятся более разреженными, искривление, которое они вызывают, уменьшается, и неустранимая деформация начинает играть все большую роль. Кривизна Вселенной приближается к постоянной величине. Тот же самый эффект наблюдался бы, если Вселенная была бы заполнена субстанцией, которая не становится более разреженной с течением времени. Поэтому неустранимое искривление мембраны действует так же, как темная энергия, которая ускоряет космическое расширение.

Другие материалы рубрики


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Немного найдется произведений, передающих красоту космических объектов, называемых планетарными туманностями. Освещенные изнутри родительской звездой, расцвеченные флуоресцирующими атомами и ионами на фоне космической черноты, газовые структуры кажутся живыми. Ученые дали им прозвища — Муравей, Морская Звезда, Кошачий Глаз...
    Термин «планетарные туманности» — представляющие собой размытые, похожие на облака объекты, видимые только в телескоп — придумал два столетия назад английский астроном Вильям Гершель (William Herschel), исследователь туманностей. Многие из них имеют округлую форму, которая напомнила ученому зеленоватый диск планеты Уран, им же и открытой. К тому же он полагал, что округлые туманности могут быть планетными системами, формирующимися вокруг молодых звезд. Термин прижился, несмотря на то, что действительность оказалась иной: туманности такого типа состоят из газа, сброшенного умирающими звездами. Примерно через 5 млрд. лет Солнце закончит свой космический век изящным выбросом планетарной туманности, что не вполне соответствует теории эволюции звезд — основе, на которой базируется наше понимание космоса. Если звезды рождаются, живут и умирают круглыми, то как же они создают вокруг себя структуры, которые мы видим на фотографиях «Хаббла», подобные Муравью, Морской Звезде или Кошачьему Глазу?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.
    В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4