Проблема тёмной энергии и тёмной материи

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Attention.pngЭта статья в настоящее время активно дополняется.
Не вносите сюда изменений до тех пор, пока это объявление не будет убрано.
Последняя правка сделана участником Мурад Зиналиев в 20:36, 12 мая 2025 года.
Серия статей
Теории растущей Земли
Example alt text
Анимация, иллюстрирующая процесс увеличения размеров Земли
Рис. 1. Научная группа WMAP с высокой степенью точности и достоверности определила не только возраст Вселенной, но и плотность атомов; плотность всей другой неатомной материи; эпоху, когда начали светить первые звезды; «комковатость» Вселенной и то, как эта «комковатость» зависит от масштаба. При использовании в одиночку (без других измерений) наблюдения WMAP улучшили знание этих шести чисел в общей сложности в 68 000 раз, тем самым превратив космологию из области диких спекуляций в точную науку.

Феномены тёмной энергии и тёмной материи являются примерами нарушения принципа сохранения энергии-вещества:

  • ускоренное увеличение метрики пространства-времени[1] (энергия, обеспечивающая этот процесс, берётся из ниоткуда — тёмная энергия),
  • аномальные проявления свойств гравитации на космологических[2] масштабах (необходимо дополнительное количество материи, которая могла бы объяснить эту аномалию, — тёмная материя).[3]

Настоящая статья является оригинальным исследованием — содержит новые эмпирическое данные, гипотезы, интерпретации известных научных феноменов, а также описание способа экспериментальной проверки гипотезы существования источника энергии-вещества в центре небесных тел, обладающих внутренней активностью.[3]

Начиная со второй половины прошлого века, космологи, астрофизики и физики-ядерщики прилагают услилия для решения двух этих проблем. К концу 1970-х годов существование гало темной материи вокруг галактик было признано международным научным сообществом реальным и стало главной нерешенной проблемой в астрономии[4] Научные исследования в этом направлении продолжаются до настоящего времени.

С точки зрения теории растущей Земли, проблема тёмной энергии и тёмной материи входит в число феноменов, не имеющих удовлетворительного физического описания их источника энергии и/или движущих сил, и является составной частью массива научных данных, подтверждающих гипотезу в отношении Вселенной, как открытой физической системы, а также гипотезу о существовании неизвестного современной науке источника энергии и вещества в недрах небесных тел, обладающих внутренней активностью. Также, по мнению сторонников растущей Земли, такие природные феномены, как нормальное магнитное поле планеты, осцилляция его гравитационного поля и гравитационно-метеорологический парадокс указывают на то, что в центре земного эллипсоида находится область пространства, диаметром, соизмеримым с диаметром поперечного сечения потока векторов магнитной индукции в географических точках Южного и Северного магнитных полюсов и мировых магнитных аномалий, в котором идёт процесс генерации энергии и вещества, а также нормального магнитного поля Земли, и который является источником дополнительного переменного во времени гравитационного поля планеты.[3]

Тёмная энергия[править]

Рис. 2. Силы Казимира на параллельных заземлённых нейтральных металлических пластинах. По мере сближения пластин исключается бо́льшее количество длин волн, и энергия вакуума уменьшается. Уменьшение энергии означает, что должна действовать сила, совершающая работу над пластинами при их сближении.

В соответствии с наблюдательными данными астрофизики, тёмная энергия должна быть распределена в пространстве с высокой степенью равномерности, оказывать на барионную материю [5] гравитационное отталкивание вместо гравитационного притяжения, иметь низкую плотность и не взаимодействать с обычной материей посредством известных фундаментальных типов взаимодействия — за исключением гравитации. При этом, плотность тёмной энергии не должна зависить от времени. Необходимо также, чтобы её гипотетическая плотность была невелика (порядка 10−26 кг/м³).[6] При описанных выше условиях тёмная энергия оказывает стабилизирующее влияние на Вселенную, восполняя 70 % энергии необходимой для обеспечения экспериментально установленного свойства её плоскостности (соблюдения теоремы Пифагора о сумме углов треугольника).

Неприемлемость гипотезы существования тёмной энергии очевидна, поскольку при таких параметрах обнаружить её лабораторным экспериментом — задача невыполнимая (гипотеза является нефальсифицируемой[7], а значит, ненаучной). Самое простое решение заключается в том, что тёмная энергия — это просто «стоимость существования пространства»: то есть любой объём пространства имеет некую фундаментальную, неотъемлемо присущую ему энергию. Её ещё иногда называют энергией вакуума, поскольку она является энергетической плотностью чистого вакуума. Это и есть космологическая постоянная, иногда называемая «лямбда-член» (от названия греческой буквы Λ, используемой для её обозначения в уравнениях общей теории относительности)[8].

Рис. 3. Иллюстрация четырёхмерной структуры глюонного поля, усреднённого при описании вакуумных свойств КХД. Объем пространства составляет 2.4 на 2.4 на 3.6 фм, что достаточно для того, чтобы вместить пару протонов. Вопреки концепции пустого вакуума, КХД индуцирует хромоэлектрические и хромомагнитные поля по всему пространству-времени в его самом низком энергетическом состоянии.

Однако самое простое объяснение не всегда совместимо с данными из других отраслей научного знания. Такие квантовомеханические феномены, как эффект Казимира (см. рис. 2), сдвиг Лэмба, поляризация вакуума (спонтанное рождение и аннигиляция в вакууме электрон-позитронных пар), указывают на реальность предсказываемой уравнениями квантовой механики громадной плотности энергии вакуума, которая примерно на 120 порядков превышает измеренную при помощи макроприборов среднюю величину плотности энергии (вещество + излучение) Вселенной[9]. Эта колоссальная плотность энергии соответствует природе кварк-глюонного вещества (см. рис. 3): в пространстве, занимаемым одним атомным ядром, содержится 1023 солнечных масс[10] — величина, сравнимая с плотностью энергии сингулярности Большого взрыва[9]. Остаётся открытым вопрос о том, почему энергия вакуума не взаимодействует с материальными телами, находящимися в пространстве Вселенной?

При всём при этом, необходимо учитывать результаты эксперимента по измерению степени зернистости (квантования) пространства, которые определили отсутствие у него структуры[11].

Темная материя[править]

В 1933 году швейцарский астрофизик Фриц Цвикки изучал скопления галактик, работая в Калифорнийском технологическом институте, и на основании результатов своих исследований выдинул гипотезу сущестования тёмной материи. [12][13] Цвикки применил теорему вириала к скоплению Волос Вероники и получил доказательства невидимой массы, которую он назвал dunkle Materie («темная материя»). Цвикки оценил эту массу на основе движений галактик вблизи его края и сравнил ее с оценкой, основанной на его яркости и количестве галактик. Он подсчитал, что скопление имело примерно в 400 раз больше массы, чем можно было визуально наблюдать. Гравитационный эффект видимых галактик был слишком мал для таких быстрых орбит, поэтому масса должна быть скрыта от глаз. Основываясь на этих данных, Цвикки сделал вывод, что некая невидимая материя обеспечивала массу и связанное с ней гравитационное притяжение, удерживающее скопление вместе. Оценки Цвикки были ошибочны более чем на порядок, в основном из-за устаревшего значения постоянной Хаббла[14]; тот же расчет сегодня показывает меньшую долю, используя большие значения для светящейся массы. В отличие от современных теорий, Цвикки считал «тёмной материей» несветящуюся обычную материю.[15]

В дальнейшем, данные об аномалии отношения массы к светимости были получены из измерений кривых вращения галактик. К концу 1970-х годов существование гало темной материи вокруг галактик было широко признано реальным и стало главной нерешенной проблемой в астрономии.[16]

Рис. 4. Карта темной материи, полученная в ходе Космического эволюционного обзора (COSMOS) с использованием космического телескопа Хаббл (2007)</ref>

Согласно текущему консенсусу среди космологов, темная материя состоит в основном из некоторого типа еще не охарактеризованных субатомных частиц.[17][18] Поиск этой частицы различными способами является одним из основных направлений в физике элементарных частиц.[19]

В современной науке сложилась противоречивая ситуация, когда гипотеза тёмной материи, с одной стороны, возникают из астрофизических наблюдений, а с другой стороны, очередные научные статьи содержат отчёты о том, что тёмная материя найдена в ещё одном уголке Вселенной[20]. Считается даже, что темная материя служит гравитационными лесами для космических структур.[21] Между тем, проведенные научные исследования раз за разом выявляют не тёмную материю, а гравитационную аномалию, которую невозможно объяснить при помощи доминирующей в современную эпоху теории гравитации (за счёт барионной материи).

В последние два десятилетия тёмной материи приписывают ещё одну способность — распадаться с образованием электрон-позитронных пар (не путать с поляризацией вакуума).[22] Однако гипотеза существования тёмной материи не подтверждается в экспериментах по обнаружению её гипотетических частиц, предсказанных некоторыми теоретиками[23], поэтому непонятно, по какой схеме и на какие составные части это нечто распадается, в результате чего мы наблюдаем реальный физический феномен.[3]

См. также[править]

Примечания[править]

  1. ↑ Метрика пространства-времени представляет из себя 4-тензор (четырёхмерный тензор), который определяет свойства пространства-времени в общей теории относительности. Например, пространственно-временной интервал выражается через метрику пространства-времени формулой ds2 = gijdxidxj
  2. ↑ Космоло́гия (от др.-греч. κόσμος (космос) «мир» и -λογία (-логия) «учение»; мироучение) — раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Зиналиев М. Теория растущей Земли. К решению проблемы источника энергии и вещества // Уральский геологический журнал. — 2025. — № 1 (163). — С. 3—63
  4. ↑ de Swart J. Five decades of missing mass // Physics Today. — 2024. — V. 77. — Pp. 34–43. doi: 10.1063/pt.ozhk.lfeb.
  5. ↑ Барио́нная материя — материя, состоящая из барионов (нейтронов, протонов) и электронов. То есть, привычная форма материи, вещество. Согласно современным представлениям, 7 % её массы содержится в звёздах, 7 % холодный и горячий газ внутри галактик, 4 % газ в галактических кластерах, 28 % холодный межгалактический газ, 15 % тёплый межгалактический газ, 40 % в разреженном газе с волокнистой структурой. Существует также барионная антиматерия, или антивещество.
  6. ↑ Борис Штерн, Валерий Рубаков Астрофизика. Троицкий вариант. — М., АСТ, 2020. — с. 34-51
  7. ↑ Фальсифици́руемость (принципиальная опровержимость утверждения, опроверга́емость, крите́рий По́ппера) — критерий научности эмпирической или иной теории, претендующей на научность. Сформулирован Карлом Поппером в 1935 году. Теория удовлетворяет критерию Поппера (является фальсифицируемой и, соответственно, научной в отношении теста этим критерием) в том случае, если существует возможность её экспериментального или иного опровержения.
  8. ↑ Игнатьев Ю. Г. Классическая космология и тёмная энергия. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2016. — 248 с. — ISBN 978-5-00019-692-2.
  9. ↑ 9,0 9,1 Вайнберг С. Проблема космологической постоянной // Успехи физических наук. Серия «Физика наших дней». — 1989. — Т. 158(4). — С. 639-678.
  10. ↑ Жамбайбеков К. Ж., Ярулин Д. С. Роль фундаментальных постоянных в естественных системах единиц // Вестник науки и образования. — 2019. — № 9(63). — С. 6-11.
  11. ↑ ESA. Integral Challenges Physics Beyond Einstein // Press release. — 2011.
  12. ↑ Zwicky F.. Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln // Helvetica Physica Acta. — 1933. — V. 6. Pp. 110–127.
  13. ↑ Zwicky F. On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae // The Astrophysical Journal. — 1937. — V. 86. — Pp. 217–246.
  14. ↑ Katherine F. The Cosmic Cocktail: Three parts dark matter. — Princeton University Press, 2014. — ISBN 978-1-4008-5007-5.
  15. ↑ Bertone G., Hooper D. History of dark matter // Reviews of Modern Physics. — 2018. — V. 90(4). — Pp. 045002. — arXiv:1605.04909. — doi: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.045002
  16. ↑ de Swart J. Five decades of missing mass // Physics Today. — 2024. — V. 77. — Pp. 34–43. doi: 10.1063/pt.ozhk.lfeb.
  17. ↑ Copi C.J., Schramm D.N., Turner M.S. Big-Bang nucleosynthesis and the baryon density of the universe // Science. — 1995. — V. 267(5195). — Pp. 192–199. — arXiv:astro-ph/9407006. — doi: 10.1126/science.7809624.
  18. ↑ Bergstrom L. Non-baryonic dark matter: Observational evidence and detection methods // Reports on Progress in Physics. — 2000. — V. 63(5). — Pp. 793–841. — arXiv:hep-ph/0002126. — doi: 10.1088/0034-4885/63/5/2r3.
  19. ↑ Bertone G., Hooper D., Silk J. Particle dark matter: Evidence, candidates, and constraints // Physics Reports. — 2005. — V. 405(5–6). — Pp. 279–390. — arXiv:hep-ph/0404175. — doi: 10.1016/j.physrep.2004.08.031.
  20. ↑ Persic M., Salucci P., Stel F. The universal rotation curve of spiral galaxies — I. The dark matter connection // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1996. — V. 281, I. 1. — P. 27–47. — doi: https://doi.org/10.1093/mnras/278.1.27
  21. ↑ Mann A. The Milky Way May Be Missing a Trillion Suns’ Worth of Mass // Scientific American. — 2023.
  22. ↑ AMS Experiment Measures Antimatter Excess in Space // CERN Press release. 2013, April 3. https://home.cern/news/press-release/cern/ams-experiment-measures-antimatter-excess-space
  23. ↑ Верходанов О. В. Приближение к непонятному в космологии // Лекция на ютуб канале фонда Траектория. 12.04.2020.
Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Проблема_тёмной_энергии_и_тёмной_материи&oldid=2318964