Кара небесная. Космическое миропонимание - [67]
r – расстояние от центра периферийного объекта, φ– – его угловая скорость движения.
Как известно, гармоническим осциллятором называется система, способная совершать гармонические колебания. В физике модель гармонического осциллятора играет важную роль, особенно при исследовании малых колебаний систем около положения устойчивого равновесия. Примером таких колебаний в квантовой механике являются колебания атомов в твердых телах, молекулах и т.д. Рассмотрим одномерный гармонический осциллятор в космическом масштабе, совершающий колебания вдоль оси ординат под действием возвращающей квазиупругой силы. Потенциальная энергия такого осциллятора имеет вид
где w>0– собственная частота классического гармонического осциллятора. Таким образом, квантово-механическая задача о гармоническом осцилляторе сводится к задаче о движении космического тела в параболической потенциальной яме.
Каждая упругая волна в космическом пространстве является гармоническим линейным осциллятором (Рис 74), который описывается выражениями:
Q = Asin (ωt + φ), p = mωA cos (ωt + φ),
где A – амплитуда, φ – начальная фаза колебаний, γ – частота колебаний,
ω = 2πү = √a/m
где а – коэффициент упругости волны.
Исключая время, находим фазовую траекторию:
Фазовой траекторией является эллипс с полуосями А и mωA. Фазовым пространством является плоскость (p, q) (Рис. 76).
Важной характеристикой системы является их площадь S орбит [45].
S = ∫ p dq = πab = πmωA>2;
Полная механическая энергия упругой волны равна
W = ωS / 2π = ү ∫ p dq
(5)
Откуда следует S = W • T, что эта зависимость имеет размерность: [действие] = [энергия] • [время], то есть площадь орбит – это энергия, умноженная на орбитальный период.
Рис. 76. Схема фазового пространства
Теория Большого взрыва гласит, что Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Отсюда следует, что в предельном случае площадь орбит S в это время приближалась к нулю. При этом, чтобы в точечном пространстве была сосредоточена бесконечно большая первородная энергия W, необходимо практически бесконечная частота колебаний ү.
Первородная энергия, вначале сосредоточенная в точечном космическом пространстве, являлась движущей силой всей Вселенной. Эта энергия является до конца материального мира источником всех материальных объектов и других известных энергий. С самого начала её существования она обладала абсолютной полнотой для обеспечения эволюции Вселенной. Её главной функцией было производство полей и материи. Вновь образованные поля вокруг первородной энергии формировали прочную оболочку. Прочная связь оболочки внешних слоёв с первичным веществом осуществлялась посредством проникновения новых полей и нового вещества в промежутки первичного. При этом важным фактором взаимного проникновения являлось структурное родство и шероховатость поверхности.
Механическое зацепление оболочки на первых стадиях Большого взрыва весьма велико. Оболочка стремилась остановить процесс рождения нового вещества, что приводило к Большому и последующим взрывам. Каждая разлетающаяся часть содержала в себе определённую величину первородной энергии, освобождённую для дальнейшего производства полей и вещества. После их предельного накопления возникал новый взрыв, и это продолжалось многократно.
В последнее время в космологии стал широко применяться термин «темная энергия», вызывающий, по меньшей мере, легкое недоумение. Часто в паре с ним выступает и другой «мрачный» термин – «темная материя», а также упоминается, что, по данным наблюдений, эти две субстанции составляют 95% полной плотности Вселенной. Прольем же луч света на это «царство мрака».
Предыстория вопроса начинается в 1917 году, когда создатель общей теории относительности Альберт Эйнштейн, публикуя решение задачи об эволюции Вселенной, ввел в научный оборот понятие космологической постоянной. В своих уравнениях, описывающих свойства гравитации, он обозначил ее греческой буквой «лямбда» (Λ). Так она получила свое второе название – лямбда-член. Назначение космологической постоянной состояло в том, чтобы сделать Вселенную стационарной, то есть неизменной и вечной. Без лямбда-члена уравнения общей теории относительности предсказывали, что Вселенная должна быть неустойчивой, как воздушный шарик, из которого вдруг исчез весь воздух. Всерьез изучать такую неустойчивую Вселенную Эйнштейн не стал, а ограничился тем, что восстановил равновесие введением космологической постоянной.
Однако позднее, в 1922—1924 годах Александр Фридман рискнул рассмотреть неустойчивые модели Вселенной. В результате ему удалось найти еще не известные к тому времени нестационарные решения уравнений Эйнштейна, в которых Вселенная как целое сжималась или расширялась.Решения Фридмана поначалу были восприняты – в том числе и самим Эйнштейном – как математическое упражнение. Вспомнили о нем после открытия разбегания галактик в 1929 году. Фридмановские решения прекрасно подошли для описания наблюдений и стали важнейшей и широко используемой космологической моделью. А Эйнштейн позднее назвал космологическую постоянную своей «самой большой научной ошибкой».
