Феномены, нарушающие принцип сохранения

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 20:32, 12 мая 2025 года.
Серия статей
Теории растущей Земли
Example alt text
Анимация, иллюстрирующая процесс увеличения размеров Земли

Феномены, нарушающие принципы сохранения — явления и процессы, которые могут свидетельствовать о нарушении физических принципов сохранения (энергии, импульса, момента импульса, массы, электрического заряда и др.) Традиционно, феномены, нарушающие принципы сохранения[1][2][3], в современном естествознании характеризуются либо как аномалии, либо, по умолчанию, остаются без удовлетворительного физического описания. 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.[4]

С точки зрения теории растущей Земли, феномены, нарушающие принцип сохранения, являются 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.[4]

Природные процессы и принцип сохранения[править]

Рис. 1. Внетропический циклон возле Исландии — груглогодичная область атмосферной депрессии, является одним из примеров самоорганизации материи.

Практические все природные процессы, идущие во Вселенной, имеют ограниченную четырёхмерным пространством-времени свободу реализации. А потому, те из них, которые поддаются описанию как замкнутые или изолированные физические системы, могут быть обобщены посредством языка формальной логики в форме законов физики. Одним из необходимых условий применимости одного из законов сохранения к исследуемому феномену является возможность описать его, как замкнутую или изолированную физическую систему.[5]

Между тем, движущей силой разнообразных природных феноменов является самоорганизация — процесс, в котором некоторая форма общего порядка возникает из локальных взаимодействий между частями изначально неупорядоченной системы. В частности, самоорганизация наблюдается в диссипативных системах (диссипативных структурах, от лат. dissipatio — «рассеиваю, разрушаю») — открытых системах, которые оперируют вдали от термодинамического равновесия. Процесс самоорганизации в этом случае представляет из себя устойчивое состояние (стационарная или неравновесная открытая система), возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии и/или вещества, которые поступают извне. Такая структура характеризуется спонтанным возникновением нарушения симметрии (анизотропии) и образованием сложных, иногда хаотических структур, где взаимодействующие частицы и фрагменты системы демонстрируют дальние корреляции. Известными примерами из повседневной жизни являются конвекция, турбулентный поток, циклоны, ураганы, гейзеры и живые организмы. Но самоорганизующимися системами также являются любые объекты во Вселенной, демонстрирующие наличие структуры, которая сформировалась в потоке энергии и/или вещества: атомы, молекулы, живые организмы, небесные тела, обладающие внутренней активностью (планеты, их спутники, кометы, звёзды, звёздные системы и галактики, квазары), пространство Вселенной и др.[6][7][8][9][10]

Наряду с процессами саморазрушения, мы видим повсюду самоорганизацию материи, которая была бы невозможна, если бы практически все природные процессы не представляли из себя открытые физические системы. Причём, некоторые из них:

  1. либо не имеют удовлетворительного физического описания источника энергии и движущих сил,
  2. либо не подчиняются принципу сохранения энергии и/или вещества, а потому представляют из себя индикаторы, указывающие на Вселенную, как на открытую физическую систему.[4]

Феномены, не имеющие удовлетворительного физического описания источника энергии и движущих сил[править]

В числе природных феноменов, не имеющих удовлетворительного физического описания источника энергии и движущих сил, находится множество хорошо известных нам природных процессов. Многие из них тщательно изучены и снабжены подробным описанием их параметров в различные этапы их эволюции, от начала формирования до прекращения. Между тем, попытки выяснить, например, механизм формирования облаков приводят к одному и тому же ответу, независимо от того, задан ли был этот вопрос ребёнком в раннем детстве, либо взрослым человеком профессиональному метеорологу — циркуляция воздушных масс за счёт солнечной энергии. Однако это объяснение опровергается теми фактами, что, например, облака образуются независимо от того, затянуто ли всё небо тучами или нет, стоит ли знойный летний день или холодная многомесячная арктическая ночь.[4][11]

Количество такого рода прородных феноменов естественным образом нарастает вместе с расширением научных знаний, возникая в самых различных областях передовых научных исследований[12]. Ниже приведен краткий перечень этих процессов и явлений (который далёк от завершения):

Решение проблемы формирования практически всех атмосферных и морских феноменов связано с осцилляцией гравитационного поля Земли, а также с гравитационно-метеорологическим парадоксом — противоречащей законам физики атмосферы обратной корреляции между осцилляцией гравитационного поля и атмосферным давлением.[4][11]

Феномены, нарушающие принцип сохранения[править]

Радикально негативное отношение к мысли о существовании процессов, нарушающих принцип сохранения[1][2][3], объясняется глубоко и надёжно укоренившегося в сознании многих поколений знания об эмпирическом факте нерушимости и повсеместности действия этого принципа. Вместе с тем, с увеличением количества научных данных растёт список природных феноменов, выходящих за рамки этого принципа.[4]

В числе природных феноменов, нарушающих принцип сохранения, находятся как хорошо известные нам природные процессы и явления, так и те, которые являются частью знаний специалистов, деятельность которых мало понятна не имеющей соответствующей квалификации публике.

Тёмная энергия и тёмная материя[править]

 → Проблема тёмной энергии и тёмной материи

Рис. 2. В соответствии с данными WMAP, Вселенная состоит всего из 4,6 % атомов. Гораздо большая часть, 24 % Вселенной, — это другой вид материи, обладающий гравитацией, но не излучающий никакого света, — называемый «темной материей». Самая большая часть текущего состава вселенной, 71 %, — это источник антигравитации (иногда называемый «темной энергией»), который ускоряет расширение вселенной.[13]

Два широко разрекламированных природных феноменов являются образцами нарушения принципа сохранения энергии-вещества:

  • ускоренное увеличение метрики пространства-времени[14] (энергия, обеспечивающая этот процесс, берётся из ниоткуда — тёмная энергия),
  • аномальные проявления свойств гравитации на космологических[15] масштабах (необходимо дополнительное количество материи, которая могла бы объяснить эту аномалию, — тёмная материя).[4]

В современной науке сложилась противоречивая ситуация, когда гипотезы тёмной энергии и тёмной материи, с одной стороны, возникают из астрофизических наблюдений, а с другой стороны, очередные научные статьи содержат отчёты о том, что, например, тёмная материя найдена в ещё одном уголке Вселенной[16]. Считается даже, что темная материя служит гравитационными лесами для космических структур.[17] 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).[18] Однако гипотеза существования тёмной материи не подтверждается в экспериментах по обнаружению её гипотетических частиц, предсказанных некоторыми теоретиками.[19] Поэтому непонятно, по какой схеме и на какие составные части это нечто распадается, в результате чего мы наблюдаем реальный физический феномен образования электрон-позитронных пар.

Необходимость введения в оборот понятий тёмная энергия и тёмная материя является иллюстрацией того, как принцип сохранения энергии и материи (необъяснимые с энергетической точки зрения увеличение метрики пространства-времени и гравитационные аномалии) нарушается на уровне крупномасштабной структуры Вселенной.[4]

Источник энергии и вещества в центре небесных тел, обладающих внутренней активностью[править]

 → Проблема источника энергии и вещества в небесных телах, обладающих внутренней активностью

В массиве научных данных содержатся результаты экспериментальных исследований, которые указывают на существование неизвестного современной науке источника энергии и вещества в центре небесных тел, обладающих внутренней активностью. В частности, концепция генерации магнитного поля планеты во внешнем жидком слое земного ядра оказалась полностью дискредетирована в результате безуспешности теоретических попыток в течении целого столетия адаптировать её теоретически к известным физическим свойствам магнитного поля планеты.[4]

Генерация нормального магнитного поля планеты[править]

 → Аномалии магнитного поля Земли

Общепринятые на сегодняшний день представления о железоникелевом ядре[20] возникли из понимания того, что плотность доступных для изучения на поверхности Земли горных пород недостаточна для обоснования существующей гравитации, а также того, что металлическое ядро может служить генератором магнитного поля нашей планеты (см. рис. 3, 4). Свидетельством достижения международным научным сообществом экстремального уровня консерватизма и, как следствие, массовой инертности мышления, является ошибка, допущенная в изображении механизма генерации магнитного поля планеты — на рисунке, который публикуется не одно десятилетие в авторитетных научных работах[21][22], в энциклопедиях и в научно-популярных статьях[23] (см. рис. 3), вектора магнитной индукции, генерируемые конвекционными потоками (завихрениями) расплавленного металла, которые размещённы в нижней части земного ядра, в нарушение правила буравчика, направлены вниз. Тогда как, генерируемый ими поток магнитной индукции должен быть направлен в противоположную строну (вверх) относительно магнитных силовых линий, которые генерируются конвекционными потоками в верхней части изображения ядра.[4]

Рис. 3. Общепринятые взглады на магнитное геодинамо.
Рис. 4 Магнитное поле Земли, вырабатываемое во внешнем жидком слое земного ядра.

Реальная геометрия магнитного поля Земли (см. рис. 5, 6) несовместима с идеей генерации магнитного поля планеты во внешней жидкой части земного ядра, поскольку определяет выход силовых магнитных линий из Южного магнитного полюса и вход в Северный магнитный полюс, как две географические точки на поверхности земного шара. Причём, в дополнение к основным магнитным полюсам, существуют мировые магнитные аномалии (не путать с магнитными аномалиями, связанными с залежами железной руды), имеющие аналогичную природу и соизмеримые с ними по интенсивности [54]. Для осознания важности этого факта необходимо внимательно сравнить геометрию магнитных силового поля Земли на рисунках 3, 4 и на рисунках 5, 6.[4]

Рис. 5. Геометрия силовых линий магнитного поля Земли по версии Европейского космического агентства.
Рис. 6. Карта реальной геометрии силовых линий магнитного поля Земли (2019 год).

Гипотеза формирования глобального магнитного поля во внешнем жидком ядре была окончательно опровергнута теоретически ещё в 2015 году[24][25][26][27][28]. Авторам этой революционной работы удалось смодулировать условия, когда электрон-электронное рассеяние в ϵ-Fe[29][30] демонстрирует почти идеальное поведение ферми-жидкости (FL), которая способна обеспечить генерацию нормального магнитного поля планеты[31]. Вместе с тем, авторы новой гипотезы не смогли выйти за рамки доминирующей геофизической парадигмы и «поместили» новый механиз генерации нормального поля планеты во внутренней твёрдой части земного ядра. При этом, поперечное сечение потока векторов магнитной индукции генерируемый этой частью ядра на поверхности планеты оказывается немногим меньше диаметра Земли, что противоречит геометрии реального нормального магнитного поля, который мы наблюдаем на поверхности планеты в виде географических координат Южного и Северного магнитного поля (см. рис. 5, 6).

Нормальное магнитное поле Земли обладает сложной структурой и свойствами:

  1. биполярность Северного и Южного магнитных полюсов,
  2. мировые магнитные аномалии,
  3. смещение магнитных полюсов Земли,
  4. недипольный характер магнитных полюсов Земли,
  5. инверсии магнитного поля Земли,
  6. геомагнитные вековые вариации,
  7. геомагнитный рывок.

Особенности Южного и Северного магнитных полюсов, а также ММА (мировых магнитных аномалий) говорят о том, что они представляют из себя недипольную часть нормального геомагнитного поля и имеют общий источник в центре земного эллипсоида — потоки векторов магнитной индукции Южного и Северного магнитных полей, соответственно, исходят и входят в эту область независимо друг от друга. Учитывая то обстоятельство, что физические условия в центре нашей планеты не позволяют обеспечить там запуск и поддержание термоядерной реакции, остаётся открытым вопрос об источнике энергии нормального магнитного поля Земли — нарушается принцип сохранения энергии.

Источник гравитационного поля в центре планеты[править]

Осцилляция гравитационного поля Земли — повторяющееся или периодическое изменение гравитационного поля планеты во времени относительно гравитационного поля геоида.[4][11]

Форма Земли очень близка к форме эллипсоида вращения. Однако более точные измерения, осуществлённые научной космической миссией GRACE, показали, что конфигурация уровенной поверхности Земли отклоняется от поверхности эллипсоида вращения и образует геоид (см. рис. 7).[32] Отклонения поверхности эллипсоида вращения от геоида незначительные — амплитуда составляет примерно 190 метров. В масштабах всей планеты эти аномалии практически не заметны. Феномен «геоид» относят к аномалиям гравитационного поля, поскольку не существует его физического объяснения в условиях, когда недра Земли за время её существования в течении 4,5 млрд лет прошли процесс гравитационной дифференциации (вещество равномерно распределено в недрах в соответствии со своими физико-химическими свойствами), что привело земные породы в состояние изостазии[33], которая подразумевает равенство силы выталкивания земной мантией погружённых в неё литосферных плит весу земной коры[34].

В дополнение к аномалии геоида, на поверхности планеты наблюдается другая гравитационная аномалия (необъяснимый в рамках современной геофизической парадигмы феномен) — повторяющееся периодическое изменение напряжённости гравитационного поля планеты во времени относительно гравитационного поля геоида — осцилляция гравитационного поля Земли (см. рис. 8, 9).

Рис. 7. Геоид с увеличенными искажениями и с раскраской, соответствующей гравитационным аномалиям (одна и та же гиря, взвешенная на одних и тех же пружинных весах, будет в «красных местах» тяжелее, а в «синих местах» — легче).
Рис. 8. Схема осцилляции интенсивности гравитационного поля на поверхности Мирового океана относительно силы гравитации геоида. Области осцилляции беспрепятственно переходят с поверхности океана на поверхность суши и наоборот.
Рис. 9. Схема осцилляции интенсивности гравитационного поля на поверхности суши относительно силы гравитации геоида.
Рис. 10. Схематическое изображение зависимости атмосферного давления и уровня моря от силы гравитации. Показания приборов космической миссии GRACE противоречат физике процессов в атмосфере и в гидросфере (гравитационно-метеорологический парадокс). P11, P12 — атмосферное давление, P21, P22 — давление в водной среде.

Между тем, одной из особенностей проявления этого феномена является противоречащая законам физики атмосферы обратная корреляция между гравитацией и атмосферным давлением, получившее название «гравитационно-метеорологический парадокс». В частности (см. рис. 10, 11, 12):

  1. в областях низкого атмосферного давления космические аппараты фиксируют повышенную гравитацию,
  2. в областях высокого атмосферного давления космические аппараты фиксируют пониженную гравитацию.[4][11]

Но ведь физика атмосферы устроена таким образом, что атмосферное давление (высота атмосферного столба) прямо зависит от силы гравитации:

  1. повышенная гравитации по сравнению с силой гравитации геоида создаёт область повышенного давления,
  2. а пониженная гравитация — область пониженного давления.

Парадокс разрешается, если предположить, что источник осцилляции гравитационного поля планеты является тем же неизвестным современной науке объектом в центре планеты, что генерирует магнитное поле земного шара. Этот источник индуцирует процессы (является движущей силой наблюдаемых феноменов) в гидро- и атмосфере.

Космическая миссия GRACE фиксирует суммарное гравитационное воздействие как от центра планеты, так и от дополнительных (или уменьшенных) масс материи которая собирается (или убывает) на поверхности земного шара в результате подъёма (или снижения) уровня океанических и подземных вод, а также в результате повышения плотности атмосферы за счёт образования облаков. Причём гравитационное воздействие на космические измерительные приборы со стороны сосредоточенных на поверхности Земли водных масс оказывается в 100 раз значительнее источника в центре Земли, поскольку расстояние от космических аппаратов до избыточных водных масс на поверхности планеты в 10 раз меньше (Fg~ R−2), чем расстояние от спутников до неизвестного современной науке источника гравитационного поля в центре планеты, который создаёт наблюдаемую осцилляцию.[4][11]

Рис. 11. Изменение уровня геоида в бассейне реки Амазонка в период с марта по декабрь 2003 года. Амплитуда колебаний составляет 24 мм.
Рис. 12. Среднегодовые максимальные колебания уровня вод в бассейне Амазонки, которые были достигнуты в разные годы в период с марта по май. Повышение уровня вод наблюдается в диапазоне 2,3-21,8 метров.

Доминирующая геофизическая парадигма не способна предложить удовлетворительного описания источника энергии и движущих сил этого природного феномена, для реализации которого необходимо не только расплавить, но и соответствующим образом либо изменять удельную плотность горных пород, либо перемещать массы вещества разной плотности в толще земного шара. Однако геофизические данные и численное моделирование физического состояния вещества в мантии и во внешнеё жидкой части земного ядра, указывают на отсутствие необходимого для этого тепла — обсуждаемое явление природы нарушает принцип сохранения энергии.

Постоянный магнит[править]

Рис. 13. Магнитное поле стержневого магнита, визуализированное с помощью железных опилок на бумаге. На лист бумаги положили стержневой магнит и на него насыпали мелкозернистые железные опилки. Игольчатые опилки располагаются своей длинной осью параллельно магнитному полю. Они слипаются в длинные нити, показывая геометрию линий магнитного поля в каждой точке.

Постоя́нный магни́т — изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.

В электромагнетизме термин магнитное поле используется для двух различных, но тесно связанных векторных полей:

  • плотности магнитного потока , единицей измерения в СИ является вебер Вб = В·c = Н·m·А-1 = T·м2,
  • напряженности магнитного поля , единицей измерения в СИ является частное А·м-1.

и различаются тем, как они учитывают среду и намагниченность. Эти два поля связаны уравнением , где — магнитная постоянная, а — магнитная проницаемость среды в конкретной точке.

В 1913 году Нильс Бор стал основателем квантовой механики, сформулировав первые законы новой науки:

  • 1-й постулат — о стационарных состояниях: «В атоме существуют орбиты, вращаясь по которым электрон не излучает (это утверждение противоречит законам электродинамики: колебательные движения электрически заряженных частиц в проводниках порождает электромагнитное излучение (фотоны)).»
  • 2-й постулат — о квантовых скачках: «Излучение происходит только при пepecкoкe электрона с одной стационарной орбиты на другую.» [35]

Однако, нахождение электрона на атомной орбите порождает магнитное поле. Само атомное ядро обладает магнитным моментом. Общее магнитное поле постоянного магнита — это суммарный, ориентированный в одном направлении поток векторов магнитной индукции атомов кристаллической решётки.[36]

Необходимо осознавать, что хотя при описании объектов квантовой механики используются привычные нам термины, как, например, спиновые и орбитальные моменты вращения электрона, однако никакого вращения электронов не существует. В макромире нет аналогий объектам микромира, но эти два мира взаимодействуют, например, через электромагнитные поля.[37][38]

Рис. 14. Геометрия магнитного поля соленоида.

Ответ на вопрос в отношении того, требуется ли затратить энергию для создания и поддержания магнитного поля даёт природа электромагни́та. Электромагнит — это электротехническое устройство, состоящее из токопроводящей катушки с ферромагнитным сердечником, который намагничивается при прохождении электрического тока через катушку.[39]

Энергия магнитного поля в катушке индуктивности определяется по формуле:

где — магнитный поток, — векторный элемент площади поверхности , — единичный вектор нормали к участку поверхности , — электрический ток в проводнике катушки, — индуктивность катушки или витка с током.[40]

Рис. 15. Правило правой руки для потока векторов магнитной индукции В в соленоиде: если направление скручивания четырёх согнутых пальца совпадает с направлением электрического тока в соленоиде, то большой палец укажет направление потока векторов магнитной индукции В.

Является ли магнитное поле постоянного магнита силовым? Чтобы исключить ложные трактовки в этом вопросе, необходимо соблюсти логический принцип тождества[41] и определить понятие силы.

Общепринято, что си́ла в механике — векторная физическая величина, мера воздействия на материальную точку (тело) со стороны других тел. Воздействие может осуществляться как при непосредственном контакте двух тел (например, в процессе трения), так и в результате действия силовых полей, созданных удалёнными телами. Измерение величины силы магнитного поля постоянного магнита можно провести динамическим методом, опираясь на второй закон Ньютона, приложив силу к телу массой , в результате которого это тело получит ускорение относительно инерциальной системы отсчёта; либо статическим методом, на основе третьего закона Ньютона, — путём уравновешивания измеряемой силы магнитного поля известной силой, например силой упругости пружины динамометра. [42] То, что магнитное поле производит работу против внешних сил легко проверить в бытовых условиях, открыв и закрыв дверцу с магнитными защёлками — магнитное поле, при открывании дверцы, противодействует усилиям руки, а также притягивает дверцу шкафа при её закрытии.

Рис. 16. Кусок магнетитовой породы (снизу) притягивается неодимовым магнитом (сверху).

Из выше изложенного следует вывод о том, что магнитное поле постоянного магнита является силовым, требует затрат энергии для своего поддержания, а также производит работу против внешних сил. Однако, в отличие от электромагнита, магнитное поле постоянного магнита не имеет источника энергии, а значит, природа постоянного магнита, с точки зрения теории электромагнетиза, нарушает принцип сохранения энергии — энергия силового магнитного поля постоянного магнита берётся из ниоткуда.[4]

Закон сохранения энергии магнитного поля постоянного магнита, как совокупности магнитных моментов атомов его металлической решётки, не может быть обеспечен с точки зрения квантовой механики. Так, с одной стороны, закон сохранения энергии в квантовой механике существует и сформулирован следующим образом: «Вероятность найти определённое значение энергии Еn замкнутой системы не зависит от времени[43].» С другой стороны, это определение противоречит реальному состоянию этого вопроса по причинам, изложенным ниже.

Первая теорема Нётер утверждает, что каждой дифференцируемой симметрии трансляции времени для физической системы с консервативными силами соответствует закон сохранения энергии. В частности, если физический процесс приводит к одним и тем же результатам независимо от времени, то его лагранжиан (математическое выражение величины энергии системы) симметричен (не изменяет своей величины) относительно непрерывных перемещений во времени и эта симметрия определяет закон сохранения энергии в пределах этой системы.[4]

В квантовой физике уравнение Шредингера описывает поведение изолированной квантовой системы — система не обменивается информацией (т. е. энергией и/или материей) с другими системами — принцип сохранения энергии не может быть нарушен в силу изначально заданных условий. Иначе говоря, квантовая физика математически устроена таким образом, чтобы изучать мир элементарных частиц, отсекая при этом внешние факторы. В этом подходе имеется большой плюс, поскольку как только возникает нарушение принципа сохранения энергии в ходе процесса взаимодействия элементарных частиц — это признак того, что обнаружена новая элементарная частица.[4]

Однако дополнительным эффектом применённого подхода является существование формального запрета отслеживать величину энергии элементарных частиц во времени — лагранжиан элементарной частицы, в силу изолированности квантовой системы, оказывается неопределённым во времени (в математической формуле отсутствует переменная времени). Хотя при этом все элементарные частицы постоянно находятся в состоянии флуктуации (непрерывной изменчивости — внутреннем движении), а также вырабатывают силовые поля, как, например, электрон обладает электрическим и магнитным полем.[4]

По мнению М. Зиналиева, закон сохранения энергии в квантовой механике сводится к следующей антиномии[44]: «Величина энергии Еn замкнутой квантовой системы остаётся постоянной, поскольку к ней не применима теорема Нётер».[4]

Источник позитронов в центральной части Галактики[править]

Рис. 17. Сглаженная карта излучения Млечного Пути в линии 511 кэВ по данным обсерватории ИНТЕГРАЛ. Центральное яркое пятно соответствует области Галактического центра. В этой области каждую секунду аннигилирует около 2 1043 позитронов.
Рис. 18. Спектр аннигилационного излучения позитронов, измеренный обсерваторией ИНТЕГРАЛ из области Галактического центра. Красной линией показан профиль линии 511 кэВ, возникающий при двух-фотонной аннигиляции. Синей линией показан спектр трех-фотонного рапада позитрония.

В центральной зоне Галактики наблюдается аномально мощное излучение линии 511 кэВ аннигиляции электронов и их античастиц. Впервые это излучение было обнаружено в 1972 году[45]. С тех пор более совершенные приборы (NuSTAR[46], the Neil Gehrels Swift Observatory[47], XMM-Newton[48], Fermi[49], HESS[50] и INTEGRAL[51]) предоставили подробные карты этого аннигиляционного излучения, подтвердив его сильное присутствие вокруг Галактического балджа, однако до настоящего времени не удалось получить удовлетворительный ответ вопрос о его источнике.[52]

Позитроны (анти-электроны) рождаются и на Земле, и в космосе. Столкновение позитрона с обычным электроном может привести к аннигиляции — исчезновению этих двух частиц и рождению вместо них двух или нескольких гамма-квантов. Когда при аннигиляции позитрона и электрона рождаются два фотона, то каждый из них уносит энергию, равную массе покоя электрона или позитрона, — 511 кэВ. Особенно сильное излучение в этой линии идет из центральной зоны нашей Галактики (рис. 17), где каждую секунду рождаются и исчезают более 1043 позитронов.[52]

При аннигиляции электрона и позитрона выделяется энергия, равная полной энергии массы покоя обеих частиц . Общая энергия для 1043 пары . Учитывая, что энергия выделяется за 1 секунду, её величина в ваттах соствит . Для сравнения, номинальная солнечная светимость определена Международным астрономическим союзом как , из чего следует, что энергия аннигиляции в центре нашей Галактики больше номинальной солнечной светимости в 4278 раз.

За прошедшие полстолетия тщательных наблюдений и замеров физических характеристик этого феномена было выдвинуто несколько гипотез, призванных объяснить природу столь мощного источника позитронов.

Гипотеза о рождение позитронов при ядерных превращениях вещества, например, при распаде радиоактивных изотопов 26Al, 44Ti, 56Co, возникающих во время вспышек сверхновых или новых звезд не находит своего подтверждения, поскольку эти объекты «живут» главным образом в диске нашей Галактики, а карты, полученные обсерваторией, говорят о том, что наиболее мощным источником позитронов служит не диск Галактики, а ее центральная область, где мало массивных звезд (рис. 17).[52]

Также не находит своего подтверждения гипотеза, согласно которой позитроны порождаются термоядерными взрывами гораздо менее массивных и более старых звезд. Оказывается, что доля прямых аннигиляций и ширина возникающей линии 511 кэВ чувствительны к температуре среды и степени ее ионизации. Выяснилось, что данные наблюдений лучше всего совместимы с аннигиляцией позитронов в «теплой» фазе межзвездной среды с характерной температурой порядка 8000 K и степенью ионизации среды порядка 10%. Среда с такими параметрами действительно часто встречается в Галактике, и на нее приходится значительная доля массы газа. А вот в самой горячей фазе межзвездной среды, имеющей температуру порядка миллиона градусов и заполняющей значительный объем, аннигиляция почти не происходит — доля позитронов, погибающих в этой фазе, не превосходит 10%.[52]

Кроме того, исходя из величины энергии аннигиляционной линии и её ширины, позитроны аннигилируют в среде, которая как целое движется относительно Земли со скоростью, не превышающей 40–50 км/с. Действительно, измеренная энергия центра линии совпадает с энергией покоя электрона/позитрона с очень высокой точностью: E(mec2)–1 = 0,99991±0,00015. При общей скорости движения среды относительно Земли более 50 км/с эффект Доплера вызвал бы более значительное расхождение. Аналогично, наблюдаемая ширина линии показывает, что разброс внутренних скоростей в среде не превышает 800 км/с. Все факты свидетельствуют о том, что производство позитронов не связано с самыми массивными звездами в диске Галактики. Наблюдаемое аннигиляционное излучение концентрируется в ее центральной области размером около килопарсека. При этом аннигиляция происходит скорее всего в диффузной среде.[52]

Также, для объяснения природы источника позитронов, рассматривалась гипотеза быстро вращающихся нейтронных звезд (пульсаров), а также пульсаров с сильными магнитными полями (магнетаров), которые могут создавать электрон-позитронные пары посредством поляризации вакуума или фотон-фотонных взаимодействий. Они, вероятно, могли бы производить достаточное количество позитронов и наблюдаются в балдже. Однако для этого требуется их необъяснимое сосредоточение в центре нашей Галактики, а также необходимость ответить на вопрос, почему пульсары и магнитары, находящиеся в рукавах Галактики, не проявляют аналогичной активности.[53]

Рис. 19. Кумулятивная функция светимости 20–100 кэВ для всех галактических маломассивных рентгеновских двойных (LMXB) в пределах ±10° широты от плоскости Галактики.

Двойные рентгеновские звёзды и микроквазары, как системы, в которых материя падает на компактный объект (например, черную дыру или нейтронную звезду), могут ускорять частицы до очень высоких энергий. Предполагается, что эти энергетические среды могут производить позитроны посредством парного образования или взаимодействия фотонов. На основании этого предположения необходимо дополнительно допустить, что многие из позитронов могли бы вырваться из общего потока, потерять энергию и, в конечном итоге, аннигилировать в межзвездной среде (см. рис. 19). Некоторые данные подтверждают их вклад, но их недостаточно для полного объяснения характера аннигиляции.[54][55] Искусственность подгонки свойства двойных систем под требуемый результат проявляется в пирамиде гипотез, когда первая гипотеза о том, что энергетические среды могут производить позитроны посредством парного образования или взаимодействия фотонов имеет смысл, если дополнительно допустить, что многие из позитронов могли бы вырваться из общего потока аккрецирующего вещества, затем загадочным образом потерять энергию и, в конечном итоге, аннигилировать в межзвездной среде.

Рис. 20. Результаты исследования неба посредством SPI после 1258 витков миссии INTEGRAL. Проверенные галактики-спутники Млечного Пути обозначены кружком. Цветовая шкала показывает экспозицию SPI в единицах см2·с. Эффективная площадь SPI при энергии фотонов 511 кэВ составляет ≈75 см2.

Более экзотической является гипотеза распада тёмной материи (ТМ). В рамках теории тёмной материи, можно подобрать необходимые параметры, которые в максимальной степени опишут процесс её распада с образованием позитронов. Например, некоторые модели лёгкой тёмной материи (1–100 МэВ) соответствуют энергетической шкале и пространственному распределению линии 511 кэВ. Образование позитронов из ТМ могло бы объяснить симметричное излучение, сфокусированное на балдже.[56]

Вместе с тем, теория тёмной материи предполагает её наличие во всех галактиках, включая галактики-спутники Млечного пути (см. рис. 20). Однако удельная величина потока 511 кэВ, исходящего от этих галактик превышает уровень удельного потока 511 кэВ балджа нашей Галактики. Кроме того, ряд галактик-спутников не вписываются в наратив теории тёмной материи. Так, удельный поток 511 кэВ старой карликовой галактики Сетки II, как результат распада ТМ, потребовал бы сигнал галактического балджа Млечного Пути, который примерно в 100 раз больше наблюдаемого, а удельный поток 511 кэВ карликовой галактики в Большом Псе равен нулю.[57] Очевидной проблемой гипотезы тёмной материи, как источника сигнала 511 кэВ, заключается в искусственной настройке её свойств при отсутствии независимого подтверждения существования самих частиц ТМ.

Первичные черные дыры — крошечные черные дыры, образовавшиеся в ранней Вселенной, могли бы испускать излучение Хокинга, включая электронно-позитронные пары. Если они присутствуют в центре Галактики, они могли бы вносить вклад в популяцию позитронов. Однако сами первичные чёрные дыры являются объектами обсуждения и не имеют экспериментального подтверждения.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 Принципы сохранения – основоположения научной теории, содержащие утверждения о неизменности, инвариантности объектов исследования – вещей, свойств или отношений – в процессе построения системы понятий в определенной области знания.
  2. ↑ 2,0 2,1 Принцип сохранения – понимание того, что физические характеристики (такие как вес, объем и т. д.) объектов остаются неизменными, несмотря на изменение их внешнего облика. Это характеристика дооперационного мышления согласно теории интеллектуального развития по Жану Пиаже.
  3. ↑ 3,0 3,1 Принцип сохранения энергии подразумевает равенство произведенной работы и излученной энергии в точном количестве, которое требовалось для их производства в ходе самых разнообразных предыдущих изменений физической системы: термических, электрических, химических и других процессов.
  4. ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 4,15 4,16 4,17 4,18 Зиналиев М. Теория растущей Земли. К решению проблемы источника энергии и вещества // Уральский геологический журнал. — 2025. — № 1 (163). — С. 3—63
  5. ↑ Закон сохранения (англ.) // Britannica
  6. ↑ Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. — Москва: Прогресс, 1986. — 430 с.
  7. ↑ Camazine S. Self-organization in Biological Systems. — Princeton University Press,2003. — ISBN 978-0-691-11624-2
  8. ↑ Ilachinski A. Cellular Automata: A Discrete Universe. World Scientific, 2001. — 247 p. — ISBN 978-981-238-183-5
  9. ↑ Арсанова Г. И. Концептуальная модель гейзерной геологической структуры // The scientific heritage. — 2023. — № 107. — С. 29—44
  10. ↑ Арсанова Г. И. Вулкан как глубинная геологическая стрктура (Механизмы возникновения и стока магм) // The scientific heritage. — 2020. — № 50. — С. 16—24
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Зиналиев М. К решению палеонтологического парадокса (на англ.) // The European Journal of Technical and Natural Sciences. —- ) 2017. — № 5. —С. 15-37
  12. ↑ Граница знания/незнания по А. Л. Шамису // vikent.ru
  13. ↑ WMAP PRODUCES NEW RESULTS // WMAP—NASA. — 2013.
  14. ↑ 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
  15. ↑ 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.
  16. ↑ 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
  17. ↑ Mann A. The Milky Way May Be Missing a Trillion Suns’ Worth of Mass // Scientific American. — 2023.
  18. ↑ 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
  19. ↑ Верходанов О. В. Приближение к непонятному в космологии // Лекция на ютуб канале фонда Траектория. 12.04.2020.
  20. ↑ Gregersen Erik. The Inner Solar System: The Sun, Mercury, Venus, Earth, and Mars. — NY: The Rosen Publishing Group, 2010. — 245 с.
  21. ↑ How does the Earth’s core generate a magnetic field? // USGS Press release.
  22. ↑ Glatzmaier Gary. Earth’s Magnetosphere: Protecting Our Planet from Harmful Space Energy // NASA Science Editorial Team.
  23. ↑ Agard S. 3 main layers of planet Earth: Here’s everything you need to know // InterestingEngineering Website. — 2023.
  24. ↑ Юшков К. Ученые НИТУ «МИСиС» доказали несостоятельность классической теории строения Земли // Блог компании Университета МИСИС. 2016.
  25. ↑ Pozzo M., Davies C. J., Alfè D. Towards reconciling experimental and computational determinations of Earth’s core thermal conductivity // Earth and Planetary Science Letters. — 2022. — Volume 584. — P. 117466. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117466.
  26. ↑ Zhang P., Cohen R., Haule K. Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2015. — № 517. — С. 605—607. https://doi.org/10.1038/nature14090.
  27. ↑ Zhang P., Cohen R., Haule K. Retraction Note: Effects of electron correlations on transport properties of iron at Earth’s core conditions // Nature. — 2016. — № 536. — С. 112 . https://doi.org/10.1038/nature17648.
  28. ↑ Pourovskii L. V. , Mravlje J., Georges A., Simak S. I., Abrikosov I. A. Electron-electron scattering and thermal conductivity of epsilon-iron at Earth’s core conditions // New Journal of Physics. — 2017. — V. 1. — P. . — doi: 10.1088/1367-2630/aa76c9.
  29. ↑ Эпсилон-железо (ϵ-Fe), или гексаферрум — форма железа, которая, по мнению учёных, преобладает в ядре Земли
  30. ↑ Dewaele A., Amadon B. et al. Synthesis of Single Crystals of 𝜀-Iron and Direct Measurements of Its Elastic Constants // Physical Review Letters. — 2023. — V. 131. — Pp. 034101. — doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.034101
  31. ↑ Pourovskii L. V. , Mravlje J., Georges A., Simak S. I., Abrikosov I. A. Electron–electron scattering and thermal conductivity of epsilon-iron at Earth's core conditions // New Journal of Physics. — 2017. — V. 1. — P. . — doi: 10.1088/1367-2630/aa76c9.
  32. ↑ Earth Observatory. Gravity Anomaly Maps and The Geoid // Press release. — 2004. — March 30. https://earthobservatory.nasa.gov/features/GRACE/page3.php
  33. ↑ Изостазия (изостатическое равновесие) — гидростатически равновесное состояние земной коры, при котором менее плотная земная кора (средняя плотность 2,8 г/см³) «плавает» в более плотном слое верхней мантии — астеносфере (средняя плотность 3,3 г/см³), подчиняясь закону Архимеда. Изостазия не является локальной, то есть в изостатическом равновесии находятся достаточно крупные (100—200 км) блоки.
  34. ↑ Короновский Н. В. Изостазия // Соросовский Образовательный Журнал. — 2001. — № 7(11). — С.73-78.
  35. ↑ Пономарёв Л. И. Под знаком кванта. М. Наука, 1989. — С. 68-70.
  36. ↑ Ампер А.-М. Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта // Электродинамика (перевод с фр.) — Академия наук СССР. — 1954. — C. 7-220.
  37. ↑ Пономарёв Л. И. Под знаком кванта. М. Наука, 1989. — С. 200-204.
  38. ↑ Семихатов А. Кто управляет Вселенной: числа, квантовые поля или нечто? // подкаст Хайруллина А.. — 2025.
  39. ↑ Электромагнит // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  40. ↑ Плотность энергии магнитного поля // Интернет платформа spravochnick.ru. — 2025.
  41. ↑ Закон тождества — если утверждение истинно, то оно истинно — в правильном рассуждении всякая мысль тождественна самой себе. Это означает, что, сколько бы ни повторялось то или иное понятие или суждение, оно должно сохранять одни и те же содержание и смысл. Формула закона тождества: А⁕А, (читается: «если А, то А»), где символ А — любая мысль.
  42. ↑ Самсонов В. А. Сила // Большая российская энциклопедия. — Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия», 2023.
  43. ↑ Готт В. С. Философские вопросы современной физики. — Высшая школа, 1988. — 343 с. — ISBN 5-06-001425-8.
  44. ↑ В логике парадоксу (двум противоположным утверждениям, для каждого из которых имеются убедительные аргументы) соответствует синоним «антиномия», «противоречие»: так называют любое рассуждение, доказывающее как истинность некоторого высказывания, так и истинность его отрицания. При этом имеются в виду именно правильные (соответствующие принятым логическим нормам) умозаключения, а не рассуждения, в которых встречаются ошибки — вольные (Софизмы) или невольные (Паралогизмы)
  45. ↑ Johnson W. N., Harnden F. R., Haymes R. C. Detection of a gamma-ray line from the galactic center region // Astrophysical Journal Letters. — 1972. — V. 172. — Pp. 103—125. — doi: 10.1086/180923
  46. ↑ NuSTAR (Ядерный спектроскопический телескоп, также называемый Explorer 93 и SMEX-11) — это космический рентгеновский телескоп NASA, который использует коническое приближение телескопа Вольтера для фокусировки рентгеновских лучей высокой энергии от астрофизических источников, особенно для ядерной спектроскопии, и работает в диапазоне от 3 до 79 кэВ .
  47. ↑ Обсерватория Нила Герелса Swift, ранее называвшаяся Swift Gamma-Ray Burst Explorer, представляет собой космическую обсерваторию NASA с тремя телескопами для изучения гамма-всплесков (GRB) и мониторинга послесвечения в рентгеновском и ультрафиолетовом/видимом диапазонах в месте всплеска.
  48. ↑ XMM-Newton, также известный как High Throughput X-ray Spectroscopy Mission и X-ray Multi-Mirror Mission, — рентгеновская космическая обсерватория, запущенная Европейским космическим агентством в декабре 1999 года на ракете Ariane 5.
  49. ↑ Космический гамма-телескоп Ферми (FGST, также FGRST ), ранее называвшийся Космическим телескопом большой площади (GLAST), представляет собой космическую обсерваторию, используемую для проведения астрономических наблюдений гамма-излучения с низкой околоземной орбиты.
  50. ↑ High Energy Stereoscopic System ( HESS ) — система визуализирующих атмосферных черенковских телескопов (IACTs) для исследования космических гамма-лучей в диапазоне энергий фотонов от 0,03 до 100 ТэВ.
  51. ↑ Международная гамма-астрофизическая лаборатория (INTEGRAL) — это выведенный в 2025 году из эксплуатации космический телескоп для наблюдения гамма-лучей с энергией до 8 МэВ. Он был запущен Европейским космическим агентством (ESA) на орбиту Земли в 2002 году и предназначен для получения изображений и спектроскопии космических источников. В диапазоне энергий МэВ это самая чувствительная гамма-обсерватория в космосе из ранее запущенных. Она чувствительна к фотонам с более высокой энергией, чем все ранее использовавшиеся рентгеновские инструменты.
  52. ↑ 52,0 52,1 52,2 52,3 52,4 Гребенев С. и др. Взгляд на галактику сквозь толщу пыли и газа // В мире науkи. —2006. — № 8. — С. 35—41.
  53. ↑ Aramakia T. et al. Dual MeV Gamma-Ray and Dark Matter Observatory - GRAMS Project // Astroparticle Physics. — 2020 — V. 114. — Pp. 107-114. — doi: https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2019.07.002
  54. ↑ Weidenspointner G. et al. An asymmetric distribution of positrons in the Galactic disk revealed by gamma-rays // Nature. — 2008. — V. 451(7175). — Pp. 159-62. — doi: 10.1038/nature06490.
  55. ↑ Bandyopadhyay R. M. et al. On the origin of the 511-keV emission in the Galactic Centre // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 2009. — V. 392, I. 3. — Pp. 1115–1123. — doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2008.14113.x
  56. ↑ Nguyen T. T. Q. Strong Constraints on Dark Photon and Scalar Dark Matter Decay from INTEGRAL and AMS-02 // arXiv.org. — 2024. — doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.00180
  57. ↑ Siegert T. et al. Search for 511 keV emission in satellite galaxies of the Milky Way with INTEGRAL/SPI // Astronomy and Astrophysics. — 2016. — V. 595. — Art. N. A25. — Number of pp. 7. — doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629136
Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Феномены,_нарушающие_принцип_сохранения&oldid=2318959