Кабалдин Ю

Кабалдин Ю.Г

ФРАКТАЛЬНАЯ ВСЕЛЕННАЯ

(Россия, Нижегородский государственный технический университет, E-mail: uru.40@mail.ru)

В настоящее время существует /1/ ряд космологических моделей возникновения Вселенной, основанных на решении уравнений общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. (де Сеттер, Фридман, Лемер, Робертсон, Уокер и д.р.). Основным выводом при анализе этих уравнений является то, что Вселенная, которая возникла из синргулярности, расширяется. Экспериментально расширение галактик установлено при наблюдениях смещения красного спектра Хабблом.

Предложенная Гамовым, модель Большого Взрыва (БВ) впервые объяснила квантовый механизм образования Вселенной из сингулярности, с последующим адиабатическим охлаждением плазмы. Экспериментальным подтверждением этой теории явилось обнаружение космического реликтового излучения (фона) с температурой ~2,7К, которая прогнозировалась его теорией. Эта теория в настоящее время положена в основу Стандартной модели.

Однако ряд важных моментов (изотропность, плоскостность, проблема горизонта) при расширении Вселенной, а также механизм образования звёзд, галактик, также требовали разработки соответствующих механизмов (моделей). В этой связи, существуют различные теории формирования звёзд и звёздной эволюции, основанные на наблюдательном материале.

Рядом астрофизиков предложены инфляционные модели расширяющейся Вселенной (Стробинский, Глинер, Гут, Линде и т.д.). Согласно первой модели Гута /1/, при рождении Вселенной она ускоренно расширялась,что обеспечило ей однородность и плоскостность. Однако рядом физиков это положение оспаривается. В частности, Р.Пенроуз считает, что гладкость и однородность должны наблюдаться в малом и большом масштабе. Например, фрактальные множества с увеличением масштаба не сглаживаются. Сингулярная структура не может сгладится просто в силу инфляции. К числу недостатков следует также отнести несоответствие её Второму закону термодинамики.

В настоящее время достигнуто понимание того, что для описания механизма БВ, необходима квантовая теория теория гравитации, т.е. объединение двух революционных теорий – это квантовой механики и ОТО. В этой связи уже существует ряд теорий квантовой гравитации: теория суперсимметрии, петлевая квантовая гравитация, теория твисторов, теория струн, теория бран, М-теория (теория всего). Однако теоретические представления в области квантового механизма возникновения Вселенной на основе этих моделей ещё плохо согласуются с наблюдениями /1/.

Одним из основоположников теории синергетики (самоорганизации) – Пригожиным /2/ показано, что БВ могло и не быть. Поэтому в основу БВ им положена энтропийно-диссипативная модель. Началом Большого Взрыва была не сингулярность, как бесконечная плотность материи, а неустойчивая концентрация энтропийно-диссипативной энергии: Вселенная в результате БВ рождается из этой неустойчивой энерго-энтропийной диссипации. Такой подход оказал существенное влияние на инфляционную модель и в дальнейшем её сторонники (Линде) ввели в неё модель де Ситтера.

Пригожин /2/ представляет Вселенную как динамическую систему с последующим структурообразованием. БВ он рассматривает не как особую точку, а как неустойчивость. Динамическая система «материя + гравитация» принадлежит к числу больших систем Пуанкаре. Следовательно, у истоков неустойчивости, приводящей к БВ, могут быть резонансы, приводящие к хаосу. Таким образом, в своей модели Пригожин устанавливает эквивалентность не только между пространством-время, но и с энтропией. Неустойчивость возникает из вакуума де Ситтера. Такой космологический механизм приводит к необратимому разделению материи и гравитации. Двойственность Вселенной является результатом первичного всплеска энтропии, рождающей неустойчивости из хаоса.

Хаос – один из фундаментальных вопросов теории динамических систем, нелинейной динамики и теории бифуркаций, составляющих основу теории синергетики. Сосуществование в фазовом пространстве областей устойчивой динамики и областей хаоса – является одним из удивительных открытий в теории динамических систем. Наиболее сильным видом неустойчивости при движении системы является локальная неустойчивость. Устойчивость динамических систем в фазовом пространстве исследуется на основе теории фракталов, в частности, оценки фрактальной размерности.

Согласно предложенной нами модели, при БВ образовывалась хаотическая плазма, состоящая из областей с различной локальной устойчивостью и энергией, а следовательно, плотностью. После отделения вещества от излучения и образования материи шел процесс перехода её из наносостояния путём атомной сборки в кластеры, которые уже могли объединяться и разъединяться, а также обмениваться информацией посредством фотонов (квантовая телепортация). Квантовые флуктуации усиливали образование более крупных неустойчивостей. Эти неустойчивости порождали сгустки материи,находящиеся под воздействием гравитации. Термоядерный синтез обеспечивал звёздообразование. Таким образом, при формировании устойчивых объемов, с определённой массой, из космического газа образовывались звёзды с различной массой. Известно, что на раннем этапе, они, естественно, были не так массивны. Структура галактик и Вселенной усложнялась. В частности, за счёт процесса кооперативного взаимодействия звёзд и обмена информацией – образовывались двойные звёзды, Галактики, местные группы, планетные системы вследствие нелокального обмена энергией гравитации и информацией между звёздами и квантовой сцепленности частиц материи после БВ. Известно /4/, что большенство массивных звёзд рождались не поодиночке, а входят в состав двойных звёзд. Образование, например, Солнечной системы, рассматривается как результат взрыва сверхновой /5/, Земля и Луна тоже являются двойной системой /6/. Таким образом, теория синергетики позволяет дать непротиворичивую гипотезу рождения звёзд, Галактик и Вселенной.

Инфляционная модель в настоящее время получает всё большее признание. Проведённый нами анализ известных работ и собственные расчёты, позволяют существенно уточнить характер и механизм эволюции Вселенной. В инфляционной модели предполагается,что к моменту рождения Вселенной, её масса, энергия уже были прдопределены и когда инфляция иссякла, то Вселенная вдруг стала горячей (Линде), т.е. БВ был самопроизвольным.

Согласно нашей модели, реликтами БВ и наблюдательным материалом характера эволюции Вселенной являются атомы химических элементов, хранящие энергию в виде массы. Согласно Д.И. Менделееву, существует периодичность их свойств, в частности, их атомного объёма, атомного радиуса и т.д. /8/. Известно также, что атомы это продукт эволюции звёзд, как малых (образованных в начале рождения Вселенной), так и массивных звёзд. Это позволяет предполагать, что расширение Вселенной после БВ также шло периодически, т.е. она то расширялась, то сжималась. На рис.1 представлена зависимость Н – информационной энтропии электронных слоёв атомов от их атомной массы. Из рис.1 следует, что периодичность Н связана с ростом энтропии и энергии и последующим переходом последней в массу элементов в периоде. Анализ рис.1 показывает, что на раннем этапе Галактики и Вселенная не могли расширяться с высокой скоростью, т. к. происходила редукция квантового состояния как мелких, так и крупных звёзд, что периодически замедляло расширение .

Рис. 1

Можно предполагать, что периодическое расширение Вселенной, а следовательно, галактик, связано с ростом в космическом пространстве энергии, образующейся при взрыве звёзд и её выброса в космос с образованием газа и туманностей, которые затем переходили в массу и способствовали образованию новых звёзд. Выше мы уже отмечали, что наше Солнце возникло из-за взрыва сверхновой. Сжатие звёзд на раннем этапе связано с гравитацией, а гибель звёзд обусловлена гравитационным коллапсом с формированием чёрных дыр /9/, что сопровождается и потерей информации в процессе звёздной эволюции. Однако в целом процесс звёздной эволюции протекает с расширением галактик и Вселенной. Во-первых, это благодаря, как мы уже указывали выше, закону сохранения энергии и массы в системе (Вселенной), росту энтропии, а также, по-видимому, присутствию в них тёмной материи. Согласно /10/, тёмная материя проявляет себя только гравитационно. Она состоит из нейтрино и тяжелых неизвестных частиц. Её происхождение, по-видимому, связано с нарушением симметрии при БВ. Тёмная энергия создаёт антигравитационное поле,т.е. отталкивание.

Мы уже упоминали, что галактики, Вселенную можно рассматривать как динамические системы, устойчивость которых (на наш взгляд, их расширение) следует оценивать по параметру – фрактальная размерность – D_F. Поэтому можно также утверждать, что такие Галактики, как, например, Туманность Андромеды, Млечный путь, и т.д. – это фрактальные структуры.

В таблице приведены результаты расчета D_F и Н различных Галактик. Как видно из таблицы, Галактики имеют различные значения D_F и Н. Следует отметить, что значения Н Галактик достаточно близки находятся в пределах Н =0,7…0,8. Диапазон D_F более различен и находится в интервале ~1,8…1,4.

Таблица

Галактика	D_F	H
Туманность Андромеды	1,510	0,740
Млечный путь	1,394	0,649
Туманность Рака	1,679	0,829
Волосы Вероники	1,764	0,696
Микроволновый фон	1,549	0,823
Участки неба	1,121	0,265

Анализ проведённых исследований позволяет предполагать, что Галактики имеют неустойчивость. Температурный микроволновый фон также указывает на расширение Галактик. По-видимому, изотропность, преодичность фаз«расширение-сжатие» -это закон эволюции Вселенной.

Особого внимания заслуживают результаты оценки D_F и Н. участка неба, находящегося в межгалактическом пространстве, где Н является очень низкой. Это позволяет предполагать, что тёмная энергия также однородно распределена в межгалактическом пространстве. Как следует из рис.1, последний период расширения происходит без сжатия. Иначе говоря, расширение вновь стало преобладающей фазой Галактик.

Список литературы

1. Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. – М. – Ижевск: ИКИ, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. – 912с.

2. Пригожин И., Стингерс И. Время. Хаос. Квант. К решению парадокса времени: Пер. с англ. Под ред. Аршиновой В.А. Изд-во – М.: КомКнига, 2005. – 232с.

3. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З., Усиков Г.А., Черников А.А. Слабый хаос и квазирегулярные структуры. М.: Наука, Гл.ред. физ.мат.лит., 1991. – 240с.

4. Гильфанов М.Р., Штыковский П.З. Рождение сверхновых звёзд // В мире науки №4, 2008. С. 75-79.

5. Вертбург М. Новая теория катастроф // Знание – сила. №4, 2006. С.74-77.

7. Галимов Э.М. Происхождение Луны. Российская концепция против «Американской»//Земля и Вселенная, №6, 2005. С.1-7.

8. Григорович В.К. Периодический закон Д.И.Менделеева и электронное строение металлов. М.: Наука 1966. 287с.

9. Хокинг С. Мир в ореховой скорлупке. Изд-во «Амфора», 2008. – 219с.

10. Архангельская И.В., Розенталь И.Л., Чернин А.Д. Космология и физический вакуум. М.: КомКнига, 2007. – 216с.

11. Ранцкин М. Космос. Сверхновый атлас Вселенной. /Пер. с итал. Г.Семёновой. М.: Изд-во Эксмо, 2008. – 216с.