Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций
Шрифт:
Энергия вакуума должна быть больше энергии самого сильного гравитационного поля, иначе такое поле не сможет возникнуть. На сегодняшний день объектами с самым мощным гравитационным полем считаются черные дыры. Подставляя в уравнение гравитационной энергии (1.4.6) зависимость радиуса черной дыры от ее массы и скорости света, получим
(1.6.1)
При выводе этой формулы использовалась классическая формулировка закона тяготения Ньютона. Но в сильных гравитационных полях, характерных для черных дыр, закон тяготения выглядит иначе
(1.6.2)
Использование уточненной записи дает следующую формулу энергии гравитационного поля черной дыры
(1.6.3)
Очевидно, что вакуумная энергия пустого недеформированного
(1.6.4)
Если пространство свободно от гравитационных полей, его энергия рассчитывается по этой формуле. Когда в пространстве возникает гравитационное поле, оно деформирует структуру пространства и энергия поля растет за счет энергии вакуума ES, а сама энергия вакуума уменьшается. Этот процесс идет до тех пор, пока гравитационная энергия черной дыры не сравняется с энергией деформированного пространства.
Полученная формула косвенно подтверждает сделанные ранее предположения об аннигиляции частиц и античастиц как источнике образования пространства. При аннигиляции выделяется энергия Е = mc;. Энергия физвакуума рассчитывается по этой же формуле. Было бы странным, если такое совпадение окажется случайностью. Скорее всего, случайности нет: энергия аннигиляции являетя одновременно энергией физического вакуума.
Чтобы узнать плотность вакуумной энергии (ее содержание в единице объема), будем использовать тот же самый прием, который мы использовали ранее для расчета плотности гравитационной энергии. Для этого перепишем формулу (1.6.3) так, чтобы вместо массы черной дыры появился ее радиус
(1.6.5)
Если по какой-то причине радиус черной дыры изменится с r1 до r2, то ее гравитационная энергия изменится с Е1 до Е2. Разность этих энергий
(1.6.6)
дает количество энергии, заключенной в тонком слое толщиной ;r. Разделив эту величину на объем слоя, мы получаем содержание гравитационной энергии черной дыры в единице объема
(1.6.7)
Следовательно, плотность вакуумной энергии недеформированного пространства
(1.6.8)
Полученные формулы содержат радиус. Чем меньше радиус, тем больше гравитационная энергия черной дыры. Каков может быть минимальный радиус черной дыры? Будем рассуждать следующим образом. Черные дыры состоят из обычного вещества, которое в свою очередь состоит из протонов, нейтронов и электронов. Любой кусок вещества по своим размерам не может быть меньше размера самой маленькой частицы, составляющей это вещество, то есть электрона. Следовательно, манимальный радиус, до которого может сжаться вещество под собственной гравитацией, это радиус электрона re = 1.41;10(-15)м. В этом случае энергия гравполя будет максимальна. Поэтому радиус в формуле (1.6.8) — это радиус электрона и окончательно
(1.6.9)
или численно ;S = 2.45;10(72) дж/м; (или 2.45;10(63) дж/мм;). Для сравнения, при взрыве сверхновой звезды выделяется энергия порядка 10(53) ;10(54) дж, что примерно в миллиард раз меньше вакуумной энергии, содержащейся в одном кубическом миллиметре пустого пространства. Как видим, даже самые мощные астрофизические процессы, известные сегодня ученым, не могут по своему энерговыделению сравниться с тем, что содержит в себе вакуум.
Можно предложить иной ход рассуждений относительно радиуса в формулах энергии. Если пространство состоит из квантов, тогда минимальный размер черной дыры не может быть меньше размера кванта. Физики считают, что размер кванта пространства определяется
Какой вариант выбрать: электронный радиус или планковский? Практически все физики, работающие в этой и смежной областях, получают плотности вещества порядка 10(92) г/мм;. И все же у меня есть достаточно веские основания не согласиться с общим мнением и использовать в дальнейшем в качестве определяющей величины электронный радиус. Причина такого несогласия с общим мнением будет обоснована в следующем разделе, когда мы перейдем к теоретическому расчету фундаментальных констант.
Наличие столь огромных количеств энергии в пространстве ведет к созданию внутренних сил давления, заставляющих пространство расширяться. Нашу Вселенную можно уподобить воздушному шарику, который содержит в себе энергию сжатого воздуха. Данная энергия создает внутренние силы давления, под действием которых шарик раздувается. До тех пор, пока давление не спало до нуля, воздух внутри шарика остается сжатым, то есть деформированным, и продолжает содержать в себе энергию. Физический вакуум нашей Вселенной также сжат и деформирован, а будучи сжатым, он создает внутренние силы давления.
Формула силы внутреннего давления вакуума легко получается из уравнения (1.6.5). Учитывая, что работа и изменение энергии определяются как произведение силы на расстояние, а вакуумная энергия в два раза превосходит максимальную энергию гравполя черной дыры, мы из уравнения (1.6.5) получаем
(1.6.10)
Формула силы расширения пространства может быть получена другим способом без привлечения концепции вакуумной энергии. Для этого обратим внимание на следующие факты. Во-первых, радиус Вселенной подозрительно близок радиусу черной дыры с массой, равной массе Вселенной. В настоящее время масса Вселенной оценивается величиной 1.67;10(53) кг, а ее радиус 2;10(26) м. Черная дыра с такой массой имела бы радиус 2.5;10(26) м. Во-вторых, измерения интенсивности реликтового излучения показали его слабую неравномерность по небесной сфере, что заставило астрономов придти к выводу о конечности размеров Вселенной (для бесконечно огромных размеров интенсивность реликтового излучения будет одинакова по всем направлениям от Земли). В-третьих, из астрономических наблюдений следует, что самые удаленные космические объекты, находящиеся на периферии Вселенной, удаляются от нас со скоростями, близкими к световым. Самая большая скорость, зафиксированная астрономами, составляет 270 000 км/сек, что всего на 10% меньше световой. Подобные совпадения не могут быть простой случайностью. Поэтому мы можем предположить, что наблюдаемая Вселенная является гигантской черной дырой, расширяющейся со скоростью света.
Если концепция о форме существования Вселенной в виде черной дыры соответствует истине, тогда можно легко найти среднюю плотность барионного вещества: она равна 0.2375;10(-29) г/см;. А расчеты астрономов показывают, что средняя плотность барионного вещества в наблюдаемом объеме Метагалактики в несколько раз меньше значения 10(-29) г/см;. Такое качественное совпадение свидетельствует в пользу сделанного предположения о форме существования Вселенной в виде черной дыры.
Если представить всю Вселенную в виде концентрических сферических оболочек, расширяющихся со скоростью v каждая, тогда уравнение движения каждой оболочки будет выглядеть как
(1.6.11)
где dm — масса сферической оболочки. Для равномерного распределения массы Вселенной по ее объему
(1.6.12)
Тогда
(1.6.13)
Из астрономических наблюдений известно, что скорость разбегания галактик (иначе скорость расширения пространства) пропорциональна удалению от Земли, то есть v = cr/R. Подстановка данной зависимости в уравнение (1.6.13) и последующее интегрирование от 0 до r дает формулу
(1.6.14)
или
(1.6.15)