Курсовая работа: Многомерная Вселенная

МНОГОМЕРНАЯ ВСЕЛЕННАЯ

Введение

В последнее время в космологии все чаще применяются многомерные модели Вселенной. Связано это в первую очередь с тем, что в обычных моделях, имеющих три пространственных и одно временное измерение, не соблюдается закон сохранения энергии. Оказывается, сохранить энергетическое равновесие удается лишь во Вселенной, имеющей не менее 11 измерений. С помощью многомерных моделей удалось вычислить размеры Вселенной и ее возраст, установлен закон гравитационного отталкивания, выявлена внутренняя структура звезд и черных дыр, найдена причина торможения космических аппаратов за пределами Солнечной системы и многое другое.

Теория многомерных пространств не является в настоящее время общепризнанной физической теорией, но она обладает предсказательной силой и допускает экспериментальную проверку.

Мы не будем пользоваться изощренным математическим аппаратом теории многомерных пространств, а рассмотрим физические следствия, вытекающие из этой теории. Интересующиеся вычислениями могут найти их в книге автора «Теория многомерных пространств». – М.: КомКнига, 2007 г.

1. Геометрия Вселенной

Идеи того, что Вселенная имеет более трех пространственных измерений, высказывались в космологии неоднократно, но из-за отсутствия простого математического аппарата, исключающего бесконечности в физических уравнениях, должного развития не получили.

Геометрия многомерных пространств построена на нестандартном анализе, в котором бесконечно малые величины рассматриваются как величины постоянные. Математический аппарат нестандартного анализа стал интенсивно разрабатываться с 1961 года, с момента появления в «Трудах Нидерландской академии наук» статьи А. Робинсона «Нестандартный анализ».

Идеи нестандартного анализа были заложены еще в конце XVIIIвека немецким математиком Георгом Кантором, разработавшим теорию множеств и арифметику бесконечностей. По Кантору, например, последовательность целых чисел не может увеличиваться безгранично. В природе существует предел такой последовательности. Если к пределу добавить всего одну единицу, то последовательность чисел переходит в другое множество, мощность которого на единицу больше предыдущего. Но и это, другое множество имеет свой предел, за которым следует еще более мощное множество.

С помощью теории множеств был получен ряд замечательных результатов, получить которые, используя стандартный анализ, рассматривающий бесконечно малые как функции, стремящиеся к нулю, не удавалось. Однако вскоре после признания теории множеств, в ней были обнаружены парадоксы. Теория множеств позволяла, например, разобрать шар на части, перегруппировать их и собрать из этих частей два таких же шара. В некоторых случаях теория множеств приводила к абсурду.

В настоящее время «наивная» теория множеств Кантора заменена аксиоматической теорией, но проблемы остались. Противоречивый характер математической бесконечности, позволяющий, с одной стороны, свести концы отрезка в результате его деления в точку, а с другой стороны, допускающий существование квантов пространства и невозможность поэтому свести концы отрезка в одну точку, требует пересмотра самой математической логики. Мы требуем определенного ответа там, где его нет и быть не может. В этом случае выходом из положения могла бы стать трехзначная логика со значениями: правда, ложь и неопределенность. Решиться на допустимость такой логики, опираясь лишь на абстрактные математические образы, нелегко. Если экспериментально будет подтверждена квантовая структура пространства и времени, то появятся веские аргументы для решительного пересмотра законов логики, а многомерные пространства можно будет рассматривать не как математические абстракции, а как физическую реальность.

Лобачевский первым задал вопрос: «Какая геометрия у нашей Вселенной?». Изменив пятый постулат Евклида, он получил пространство отрицательной кривизны. У Лобачевского через точку можно провести сколько угодно параллельных, а сумма углов треугольника меньше 180є. Геометрия Лобачевского реализуется на поверхности гиперболоида вращения. На больших расстояниях геометрия Лобачевского сводится к геометрии Евклида, следовательно, на больших расстояниях Лобачевский, сам того не подозревая, использовал стандартную бесконечную, а на малых – нестандартную. Пространство Лобачевского не допускает бесконечного деления, но максимальные расстояния в нем ничем не ограничены.

У Римана через точку невозможно провести ни одной прямой, параллельной заданной, а сумма углов треугольника больше 180є. Пространство у Римана имеет положительную кривизну. Геометрия Римана реализуется на поверхности сферы. На малых расстояниях геометрия Римана сводится к геометрии Евклида, значит, на больших расстояниях Риман применяет, нестандартную бесконечность, а на малых – стандартную. По этой причине геометрия Римана, допускающая бесконечное деление пространства, но ограничивающая его максимальную протяженность, несовместима с квантовой механикой.

У Евклида через точку можно провести единственную прямую, параллельную заданной, а сумма углов треугольника равна 180є. Геометрия Евклида реализуется на плоскости, значит, и на малых и на больших расстояниях он применяет стандартную бесконечность. Пространство Евклида допускает бесконечное деление и не имеет ограничений по протяженности.

В геометрии многомерной Вселенной мы используем нестандартный анализ, применяя как для больших, так и для малых расстояний нестандартную бесконечность. В многомерной геометрии ограничены как минимальные, так и максимальные расстояния. Геометрия многомерной Вселенной включает а себя пространства как положительной кривизны, так и отрицательной кривизны, а также не искривленные пространства Евклида различной размерности. Геометрия многомерной Вселенной в простейшем случае трехмерного пространства реализуется на поверхности тора.

Если за исходное состояние Вселенной принять пиковый тор (у него внутреннее отверстие отсутствует, рис.1), то увеличивая объем тора при неизменном расстоянии между центрами образующих окружностей, мы получим вначале сферу, а потом плоскость.

Если при неизменном межцентровом расстоянии начать уменьшать объем тора, то вначале мы получим окружность (струну), а затем точку.

Вопрос о том, какую геометрию имеет наше пространство, без указания размерности пространства, из которого производится наблюдение, лишен смысла. Обычно полагают, что наблюдения производятся из трехмерного пространства. В этом случае мы увидим Вселенную громадных размеров с нулевой кривизной пространства, расширяющуюся со скоростью света. Дело в том, что в соответствии с принципом относительности, невозможно определить, искривлено ли на самом деле пространство, в котором находится наблюдатель со своими приборами, или нет, движется ли это пространство, или находится в состоянии покоя. Неудача Лобачевского по определению кривизны нашего трехмерного пространства, вопреки его собственному мнению, не связана с точностью измерений. Даже сегодня, при огромном увеличении базы измерений и при многократно увеличившейся точности приборов, мы не обнаруживаем никакой кривизны нашего трехмерного пространства.

Непонимание этого обстоятельства приводит к известным в специальной теории относительности парадоксам двух близнецов и к проблемам с определением одновременности событий. В строгом соответствии с теоремой Гёделя, которая образно выражаясь, констатирует тот факт, что невозможно вытащить себя из болота, если тянуть за собственные волосы, нельзя определить геометрию трехмерного пространства, наблюдая его из трехмерного же пространства. Трехмерное пространство следует изучать из пространства четырехмерного, что и сделал Эйнштейн в общей теории относительности. Специальную теорию относительности, которая экспериментально подтверждается в двумерном пространстве микромира, тем не менее, нельзя применять для изучения трехмерного пространства и для определения одновременности событий.

Согласно теории многомерных пространств, наблюдая Вселенную из четырехмерного пространства, мы увидим очень медленно сжимающуюся сферу крошечных размеров. Наблюдая Вселенную из пятимерного пространства, мы увидим окружность очень малого переменного радиуса. Одномерные пространства с 80-х годов прошлого века изучает теория суперструн. В настоящее время эта теория изучает процессы изменения размерности пространств и называется М-теорией.

2. Многомерные пространства микромира

Будем исходить из того, что пространство и время – это диалектические противоположности. Диалектическое единство пространства и времени образует материю. Чем больше в материи пространства, тем меньше в ней времени, и наоборот. Одномерная материя образована одномерным пространством и одномерным временем; двумерная материя образована двумерным пространством и двумерным временем и т, д. Эта важнейшая симметрия оставалась до сих пор незамеченной, главным образом из-за того, что многомерность времени никак не проявляется, если рассматриваются процессы, происходящие в пространстве одного какого-либо измерения. Многомерность времени проявляется при сравнении процессов, происходящих в пространствах различной размерности. Чтобы соблюдался принцип относительности и чтобы физические процессы протекали одинаково в пространствах различной размерности, время должно быть многомерным.

Многомерность времени вытекает из закона сохранения материи, основанном на всем предшествующем опыте физики и утверждающем, что количество материи не изменяется при любых пространственно-временных преобразованиях. Никому еще не удалось дать определение понятиям «пространство» и «время», а вот дать определение понятию «материя» мы уже можем: материя – это физическая величина, равная произведению количества содержащегося в ней пространства на количество содержащегося в ней же времени.

Материя может находиться в различном качественном состоянии. Качественное состояние материи определяется ее размерностью n . Многообразие окружающего нас мира объясняется многообразием (многомерностью) различных состояний материи.

Примем за геометрическую модель неискривленного одномерного пространства прямую линию. В этом случае примером одномерного искривленного пространства переменной кривизны может служить, например, гипербола. Важно отметить, что гипербола не может существовать вне бесконечного неискривленного пространства – плоскости.

Поверхность шара – это уже модель двумерного равномерно искривленного замкнутого пространства, и такое пространство может существовать только в абсолютном неискривленном трехмерном пространстве Ньютона.

Существующее в настоящее время многообразие элементарных частиц иногда сравнивают с зоопарком. Почему так? Потому, что подобно тому, как в зоопарке клетки животных расставлены в случайном порядке, так и элементарные частицы классифицируются самым произвольным образом. Не существует даже критерия, по которому можно было бы определить, является ли рассматриваемая частица действительно элементарной.

Частицы, обладающие массой покоя, построены из квантов двумерного пространства. В теории многомерных пространств доказывается, что масса – это количество двумерного пространства, которое получается из трехмерного пространства при приближении скорости его движения к скорости света, а одномерное пространство получается из двумерного при разгоне последнего до скорости света.

Пространственно-временные преобразования имеют наглядную аналогию в классической физике. Представим себе водяной пар с температурой выше 100 градусов. Молекулы пара могут, как угодно перемещаться в пространстве и обладают максимально возможной степенью свободы. Начнем охлаждать пар. При температуре 100 градусов пар превратится в воду. Молекулы пара потеряют одну степень свободы, они не смогут удаляться на любое расстояние друг от друга. Физики скажут, что в паре совершился фазовый переход первого рода.

Продолжим охлаждение. При температуре ноль градусов вода превратится в лед. Молекулы воды займут строго определенное положение в кристаллической решетке и лишатся еще одной степени свободы. Физики опять скажут, что совершился фазовый переход первого рода, но на этот раз – в воде. Точно так же и с пространством совершаются пространственно-временные преобразования, только происходят они не при изменении температуры, а при достижении пространством скорости света, и «замораживаются» не степени свободы, а число измерений пространства.

В теории многомерных пространств удалось вычислить размеры квантов пространств различного числа измерений. Фундаментальная квантовая длина оказалась равной отношению постоянной Планка к квадрату скорости света и составляет метра, электромагнитный радиус электрона метра, дефект массы электрона кг, а квант температуры градуса. Расстояния, менее фундаментальной квантовой длины, а также температуры, менее кванта температуры не имеют физического смысла, а наличие дефекта массы у электрона указывает на его сложную внутреннюю структуру. Разумеется, в стандартной модели, рассматривающей электрон как точку, ни о каком дефекте массы не может быть и речи.

Наряду с минимальными порциями (квантами) пространства, теорией выявлены максимальные порции пространства и времени, не существует, например, физических величин пространства второго измерения (массы) более килограммов, а максимальный период колебаний в нашем трехмерном пространстве не может быть больше, чем 18,9 миллиардов лет.

Одномерное пространство (струна) обладает огромной внутренней энергией связи одномерных квантов. В одном метре струны заключена энергия, равная энергии 52 тонн вещества, если вещество превратить в энергию по формуле Эйнштейна. Для сравнения: во время американской атомной бомбардировки Хиросимы в энергию было преобразовано менее 10 граммов вещества.

Согласно модели микромира (левая часть рис.1), электрон должен постоянно совершать пространственно-временные переходы из пространства второго измерения, где он обладает массой, в пространство первого измерения, где он обладает зарядом. В ходе таких пространственно-временных преобразований постоянным остается лишь произведение заряда электрона на его массу. Мы не можем одновременно замерить и заряд, и массу электрона, мы замеряем только их средние значения. Интересно, что произведение радиуса электрона на его массу оказалось численно равным фундаментальной квантовой длине.

К безусловным достижениям теории многомерных пространств следует отнести установление инвариантности (идентичности) законов механики, квантовой механики, электродинамики и термодинамики. Все физические законы являются частными случаями самых общих законов пространственно- временных преобразований. Инвариантность физических законов позволяет из множества возможных описаний физических процессов выбрать описание, дающее наибольшую наглядность или выбрать несколько описаний, обеспечивающих всестороннее изучение явления или процесса. Например, инвариантность законов электродинамики и аэро-гидродинамики позволяет составить представление о внутреннем устройстве элементарных частиц.

Заветной мечтой Эйнштейна было найти физические законы, одинаково справедливые в любых системах отсчета. Поискам таких законов он посвятил последние тридцать лет своей жизни, но успеха так и не добился. В противоположность идеям Эйнштейна, теория многомерных пространств отыскивает и главное, находит системы отсчета, в которых имеет место инвариантность известных физических законов.

3. Многомерные пространства Вселенной

Задача определения свойств пространства и времени при произвольном распределении масс чрезвычайно трудна. Известны частные случаи решения задачи для трех тел. Для четырех тел нет даже частных решений. По этой причине в космологии применяется модель однородной (средняя плотность вещества в достаточно больших объемах пространства одинакова) и изотропной (в пространстве нет выделенных направлений) Вселенной. Такая модель изначально не свободна от парадоксов Ольберса, рассчитавшего, что в однородной и изотропной Вселенной света должно быть бесконечно много, а гравитация должна быть бесконечно велика. По сравнению с бесконечно большой гравитацией, конечная сила притяжения Земли становится бесконечно малой, поэтому люди и все незакрепленные на Земле предметы должны находиться в невесомости.

Любой «правильный» парадокс свидетельствует о несоответствии модели изучаемому объекту или явлению. Если гравитация не бесконечно велика, значит, пространство Вселенной замкнуто. В замкнутом пространстве не все направления равнозначны. Направление, выводящее наблюдателя за пределы искривленного пространства, резко отличается от всех других доступных для него направлений. Значит, модель Вселенной не должна быть ни однородной, ни изотропной. «Разбегание» галактик требует, чтобы модель Вселенной была еще и динамичной.

Большинство ученых признает стандартную модель Вселенной, построенную на идее «Большого взрыва» и дополненную в конце XX века теорией инфляционного расширения. В стандартной модели Вселенной противоречий еще больше, чем в специальной теории относительности. Если парадоксы специальной теории относительности связаны с ее неправомерным применением, то парадоксы теории Большого взрыва связаны с применением заведомо неправильной модели Вселенной. В теории Большого взрыва разрывается цепь причинно-следственных связей, пространство рождается из ничего, Вселенная расширяется в ничем, и имеет, непонятно почему, три пространственных и одно временное измерение. Задавать вопрос о том, что было до момента рождения Вселенной – запрещено.

Возможно, причинно-следственные связи и разрываются, но этот вопрос не может быть разрешен в рамках физической теории. Физики, признающие теорию Большого взрыва, вольно, или невольно признают акт Божественного Творения. В теории Большого взрыва нарушается закон сохранения материи, поэтому она несовместима с теорией многомерных пространств, ведь произведение количества пространства на количество времени, согласно закону сохранения материи, есть величина постоянная и в нуль обратиться не может. Сжимая пространство, мы выжимаем из него время и наоборот.

Расстояние между центрами образующих окружностей пикового тора на рис.1 ничтожно мало по сравнению с размерами наблюдаемой Вселенной, поэтому мы можем считать моделью Вселенной сферу. Масса Вселенной, вместе со всеми ее наблюдателями, как величина пространства второго измерения, равномерно распределена по поверхности сферы.

В стандартной модели Вселенной наблюдателя помещают в центр сферы, а массу распределяют равномерно по ее объему. В стандартной модели Вселенная рассматривается изнутри, поэтому очень сложно определить законы движения пространства, находясь внутри этого же пространства. Согласно все той же теореме Гёделя можно создать сколько угодно внутренне непротиворечивых моделей стандартной Вселенной.

В теории многомерных пространств наша трехмерная Вселенная рассматривается из четырехмерного пространства, поэтому возможно построение единственной, но правильной модели. К тому же законы движения в стандартной модели принимают уродливый вид, примерно такой же, какой примут законы движения планет Кеплера, если записать их в геоцентрической системе Птолемея. В такой записи полностью выхолащивается физическая сущность изучаемых движений, торжествует полнейшая абстракция. Примером тому служит великое множество теорий тяготения, разработанных по образцу и подобию общей теории относительности Эйнштейна. Эти теории невозможно ни опровергнуть, ни доказать методами тензорного исчисления, которые используются при построении теорий.

Из-за различий моделей наблюдатели измеряют разные расстояния. Наблюдатель стандартной модели измеряет расстояния по прямой, и полагает, что скорость расширения Вселенной равна скорости света, а максимальное измеренное им расстояние равно радиусу Вселенной (рис.2). Ситуация здесь стандартная. Внутренняя неверная интуиция всегда заставляла человека помещать себя в центр мироздания. Так возникла система вращающихся прозрачных сфер Птолемея. Коперник лишил нас привилегированного положения, сделав Землю рядовой планетой, уступившей свое место Солнцу. Вильям Гершель полагал, что Солнце в нашей галактике имеет центральное положение. Американский астрофизик Харлоу Шепли установил, что Солнце расположено вовсе не в центре Млечного Пути, а на его окраине. Так второй раз после Коперника было опровергнуто представление о нашем привилегированном положении во Вселенной.

Модель Вселенной теории многомерных пространств лишает нас привилегированного положения в четырехмерном пространстве. Наблюдателям в теории многомерных пространств запрещено находиться в центре сферы, они могут располагаться только на поверхности сферы. Наблюдатель, находящийся на пленке модели Вселенной, измеряет расстояния между космическими объектами по поверхности сферы, поэтому максимальное измеренное им расстояние равно , а скорость расширения равна скорости движения горизонта событий.

Мы получили динамичную, лишенную парадоксов Ольберса модель Вселенной. При построении модели мы выполнили одно пространственно-временное преобразование, переместились в пространство четвертого измерения, и трехмерное пространства стало для нас двумерной сферической пленкой. Таким образом, мы можем рассматривать модель Вселенной из привычного трехмерного пространства, применять к ней специальную теорию относительности и общие законы физики.

Любая точка 0 сферы может быть принята за центр инерциальной системы отсчета для наблюдателя стандартной модели. В теории многомерных пространств наблюдатель может принять за начало относительной для него системы отсчета любую точку окружающего модель Вселенной пространства. Имеющиеся технические средства позволяют уже сейчас замерить скорость любого объекта по отношению к реликтовому излучению, физическую сущность которого мы рассмотрим ниже, и таким образом ввести абсолютную систему координат, покоящуюся по отношению к двумерной пленке Вселенной. Наше Солнце, например, движется в этой абсолютной системе по сфере со скоростью примерно 400 км/c. Улетаем мы из созвездия Водолея, а летим в направлении границы созвездий Льва и Чаши. Наша галактика в составе локальной группы галактик движется в абсолютной системе отсчета со скоростью 600 км/c.

Теория многомерных пространств идет по пути синтеза ньютоновой и эйнштейновской моделей пространства-времени. Долгое время электродинамика движущихся сред ошибочно считалась полной, завершающей физической теорией, ее стали применять для описания всех подряд физических явлений и процессов. Относительное полностью вытеснило из физики понятие абсолютного. Любая физическая теория, в которой встречается слово «абсолютное», заведомо признавалась релятивистами ненаучной.

Сам по себе метод рассмотрения предметов и явлений в статике, а тем самым огрубление, упрощение действительности, имеет полное право на существование. Метод абстрагирования, который при этом применяется, вполне научен и явно или неявно используется всеми научными дисциплинами. Если за покоем не забывать движение, за статикой - динамику, а за деревьями – лес, то абсолютное не только допустимо, оно необходимо в физической теории.

Плохую услугу познанию оказывает не только абсолютизация покоя, но и абсолютизация его противоположности – движения. И то и другое есть выражение метафизического способа исследования. Если в первом случае мы встаем на путь, ведущий к догматизму, то во втором – на путь, ведущий к абсолютному релятивизму.

Австрийский физик Эрнст Мах, под влиянием идей которого находился и Эйнштейн, писал об учениях Птолемея и Коперника следующее: «…оба учения одинаково верны, только последнее проще и практичнее ». Эйнштейн пошел дальше своего кумира, отказав абсолютным системам вообще в праве на существование. А ведь именно такую, абсолютную, выделенную систему для планет нашел Коперник. Среди множества возможных систем отсчета всегда существует хотя бы одна выделенная, найти такую систему иногда бывает чрезвычайно трудно, так как требуется преодолеть некоторый барьер, взглянуть на изучаемую проблему не изнутри, а снаружи.

Не сумев найти абсолютную систему отсчета для объектов трехмерного пространства, Эйнштейн, а за ним и все релятивисты, заявили, что абсолютных систем отсчета не существует. Но это не так. В этом разделе мы рассматриваем именно такую систему отсчета, неподвижную для всех объектов нашей Вселенной. Особенностью такой системы является то, что расположена она в четырехмерном пространстве. Самым сложным в построении абсолютной системы отсчета оказалось допустить возможность существования четырехмерного пространства, преодолеть известный психологический барьер. Дело доходило до того, что некоторые ученые предлагали не платить зарплату физикам, разрабатывающим теорию суперструн на том основании, что теория эта имеет дело с многомерными пространствами.

Движение модели Вселенной для наблюдателя абсолютной системы отсчета представляет собой обычное механическое движение расширяющейся сферы. Вместо совершенно абстрактной общей теории относительности, мы можем изучать нашу Вселенную с помощью фундаментальных законов классической и квантовой механики. Фактически все пространства Вселенной и фундаментальные константы совершают гармонические колебания (рис.3). Примем это утверждение за постулат, хотя для микромира его можно считать доказанным.

Границы горизонта событий Вселенной (двумерная пленка модели) определяют область пространства, в которой вещество взаимодействует гравитационно. Горизонт событий Вселенной (максимальное расстояние между двумя точками на сфере) в настоящее время находится на расстоянии 1,68м, а доступное наблюдениям расстояние равно м.

Расстояние до горизонта событий всегда больше доступного наблюдениям расстояния, а скорость движения горизонта событий больше скорости света. Здесь нет никакого противоречия, ведь горизонт событий – это не материальный объект и может двигаться с любой скоростью. По этой причине мы никогда не увидим момента рождения Вселенной. По этой же причине фотографии края Вселенной практически не отличаются от фотографий ближней Вселенной.

Ускоренное расширение Вселенной создает силы гравитации. Силы гравитации действуют со стороны четвертого измерения и поэтому воспринимаются нами как воздействие, осуществляемое одновременно со всех направлений. Естественное объяснение получает и реликтовое излучение, которое тоже действует сразу со всех направлений, кроме того, находят объяснение огромные энергии космических частиц. Частицы ниоткуда не прилетают, они возникают из вакуума, как результат взаимодействия движущейся пленки модели вселенной с четырехмерным пространством. Реликтовое излучение никоим образом не может служить подтверждением теории Большого взрыва. Реликтовое излучение подтверждает лишь, что наше трехмерное пространство движется в пространстве четырехмерном, причем движется со скоростью, равной скорости света. Само название излучения, подчеркивающее его древнее происхождение, не имеет физического обоснования. Космические частицы очень быстро теряют свою огромную энергию, они никак не могли сохраниться за несколько миллиардов лет с момента их образования в модели Большого взрыва.

Точка М на рис.3 – современное состояние Вселенной. Возраст трехмерной Вселенной 8 млрд. лет, расширение Вселенной сменится ее сжатием через 1,5 млрд. лет. Тогда же изменится знак кривизны пространства, двумерная пленка модели Вселенной как бы вывернется наизнанку.

В теории многомерных пространств возраст Вселенной определяется на основе единственной фундаментальной квантовой постоянной, а не на основе несуществующей постоянной Хаббла. В теории Большого взрыва все расчеты выполняются с применением линейной экстраполяции к точке взрыва, но такая экстраполяция возможна на небольших, по сравнению с периодом колебаний Вселенной отрезках времени и предполагает постоянство во времени огромного количества констант. Природе нет дела до наших констант, в природе соблюдается лишь закон сохранения материи. Скорость света, постоянная Планка и гравитационная постоянная не являются величинами постоянными. Во Вселенной одна постоянная – фундаментальная квантовая длина. Величина, обратная фундаментальной квантовой длине есть период колебаний одномерного пространства. Период колебаний нашего трехмерного пространства с учетом многомерности времени равен 18,9 млрд.лет. Скорость света изменяется всего лишь на 0,05 м/c за один год. Современные технические средства позволяют измерить скорость света с точностью 1,2 м/c. Если точность измерений не улучшится, то уловить очень малое изменение скорости можно будет на временном интервале не менее 25 лет.

Плотность Вселенной равна ее критической плотности. В процессе расширения Вселенной площадь сферы увеличивается, а значит, увеличивается ее масса, но плотность всегда равна критической. По этой причине пространство Вселенной для нас и наших приборов всегда будет плоским. В теории Большого взрыва масса Вселенной не изменяется, а это приводит к сингулярностям, особым сверхъвстественным состояниям материи, сосредоточенной в одной точке. Появление сингулярностей предупреждает нас о том, что либо мы применяем неправильную модель, либо вышли за границы применимости теории. В случае общей теории относительности имеет место и то, и другое.

Согласно экспериментальным данным, полученным орбитальным радиотелескопом Давида Вилкинсона (WMAP) и опубликованным в январе 2003 года, отношение полной плотности Вселенной к критической равно Этот результат полностью соответствует модели Вселенной теории многомерных пространств. Теория Большого взрыва ничем, кроме чистой случайности не может объяснить тот факт, что именно в момент запуска радиотелескопа плотность Вселенной оказалась равна ее критической плотности.

Наблюдаемая (светящаяся) масса Вселенной составляет всего лишь 1% от общей массы Вселенной. Масса Вселенной в настоящее время равна кг, а масса, доступная наблюдению кг, что составляет 18% от массы Вселенной.

Если массу Вселенной принять за 100%, то «темная энергия» составляет 81% массы Вселенной, «темная масса» составляет 17% и лишь 1% составляет светящаяся масса.

«Темная энергия» - это потенциальная энергия разности масс Вселенной и наблюдаемой массы. Она гравитационно взаимодействует со светящейся массой, но видеть мы ее не можем. Такое возможно лишь в случае, когда скорость гравитации значительно больше скорости света. Ньютон в законе всемирного тяготения принял скорость гравитации равной бесконечности, Эйнштейн полагал, что скорость гравитации равна скорости света, а в теории многомерных пространств максимальная возможная скорость передачи взаимодействия равна м/c.

О «темной массе» нам известно лишь, что она гравитационно взаимодействует с наблюдаемой нами светящейся массой Вселенной. «Темная масса» включает массу черных дыр и массу, о физической сущности которой мы ничего не знаем.

Главное отличие теории гравитации Эйнштейна от теории гравитации Ньютона состоит в том, что в теории Эйнштейна появляется так называемый гравитационный радиус сферы Шварцшильда. Луч света будет захвачен гравитационным центром, если он пролетает на расстоянии менее 4/3 гравитационного радиуса. На расстояниях, значительно превышающих гравитационный радиус, теории тяготения Ньютона и Эйнштейна дают практически одинаковый результат (рис.4).

В теории многомерных пространств гравитационному радиусу можно дать простое физическое истолкование. Гравитационный центр состоит из множества частиц двумерного пространства. Если всю пленку частиц (а она имеет толщину) собрать в одно место, то получим шар, радиус которого будет гравитационным радиусом. Cжимать этот шар, не нарушая структуру двумерного пространства невозможно. Сжимая шар, можно получить одномерное пространство (струну).

Кривая тяготения Эйнштейна получается из кривой Ньютона параллельным переносом вправо на величину гравитационного радиуса, а кривая тяготения теории многомерных пространств получается из кривой Эйнштейна сдвигом вниз на величину ускорения расширения Вселенной, что приводит к появлению гравитационных сил отталкивания.

В своей первой версии космологической модели Эйнштейн предполагал, сам того не подозревая, наличие гравитационных сил отталкивания. Он ввел в теорию лямбда-член, чтобы стабилизировать Вселенную, но впоследствии, когда было точно установлено, что Вселенная расширяется, он отказался от лямбда-члена. Современная космология опять возвращается к лямбда-члену и к гравитационным силам отталкивания. Само по себе ускорение расширения Вселенной невелико, оно всего лишь в раз больше гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения Ньютона, но оно всегда препятствует ньютоновскому движению. Планеты при своем движении вынуждены преодолевать дополнительное сопротивление, поэтому скорость их должна была бы уменьшаться. Наша Земля, например, должна была бы потерять скорость и упасть на Солнце уже через миллион лет. Но Земля не падает на Солнце из-за расширения самого пространства. Это расширение в точности компенсирует силу сопротивления движению, ведь причина сил притяжения и торможения одна и та же – ускоренное расширение пространства. Происходит именно компенсация, а не взаимное уничтожение сил, иначе никакой аномалии в движении Меркурия и других планет мы бы не обнаружили.

Ускорение расширения Вселенной действует как на излучение, так и на сам гравитационный центр, поэтому отклонение лучей света в теории Эйнштейна в два раза больше, чем в теории гравитации Ньютона.

Границы действия гравитационного центра определяют, исходя из условия равенства ускорения закона всемирного тяготения ускорению расширения Вселенной. Максимальный гравитационный радиус действия Солнца в 2660 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Теория многомерных пространств точно устанавливает границы Солнечной системы, равные 2660 астрономическим единицам.

На границе Солнечной системы начинается гигантская потенциальная яма, служащая прибежищем для комет с длинным периодом обращения. Чтобы выбраться из потенциальной ямы и начать движение к Солнцу, комета должна в результате возмущающего действия других космических тел приобрести достаточную кинетическую энергию. Гипотетическое облако Оорта следует искать там, где начинается гравитационная яма.

Движение свободных космических тел стремится соответствовать движению расширяющегося пространства Вселенной. Чем больше расстояние, тем меньше скорость космического объекта отличается от скорости движения пространства. Если скорость космического объекта больше скорости движения расширяющегося пространства, то такой космический объект будет замедлять свое движение.

Впервые отклонение в движении (замедление) было обнаружено при наблюдениях за движением межпланетного зонда “Пионер-10”, запущенного 2 марта 1972 года. После завершения программы исследований, зонд вышел за пределы Солнечной системы, но еще 30 лет выходил на связь. В ходе этих сеансов связи и было установлено, что скорость межпланетного зонда уменьшается с ускорением м/с² , в направлении строго на Солнце. Найденное нами ускорение расширения Вселенной, равное м/c² позволяет объяснить причину такого замедления движения космического зонда. Зонд стремится сохранить неизменным свое положение на сфере модели Вселенной.

4. Черные и белые дыры

Центральной проблемой современной теоретической физики является несовместимость общей теории относительности с квантовой механикой на фундаментальном уровне. Это противоречие не позволяет физикам понять, что на самом деле происходит с пространством и временем, когда они находятся в спрессованном состоянии.

Общая теория относительности ввела в рассмотрение такие экзотические объекты, как черные дыры, но все попытки применить эту теорию к изучению внутреннего устройства черных дыр - провалились. Теория многомерных пространств позволяет нам утверждать, что черные дыры нельзя изучать с помощью общей теории относительности, подобно тому, как нельзя применять специальную теорию относительности к изучению процессов, происходящих с одномерным или трехмерным пространством.

Любой объект легче изучать, когда знаешь его назначение. Мы не знаем, для чего нужны черные дыры, мы, по большому счету, не знаем даже, для чего нужны звезды, какую функцию они выполняют в сложной системе под названием Вселенная.

Посмотрим, как решаются эти непростые вопросы в теории многомерных пространств.

Теория тяготения Ньютона, равно, как и теория тяготения Эйнштейна, совершенно непригодна для описания движения звезд. Угловая скорость вращения звезд нашего Млечного Пути уменьшается по мере увеличения расстояния от центра галактики, но это убывание идет медленнее, чем предписывают теории. Еще более странно ведет себя линейная скорость вращения звезд, которая вначале, до расстояния, равного примерно расстоянию от центра галактики до Солнца - увеличивается, а затем – уменьшается. Не удается объяснить такое поведение звезд и гравитационным отталкиванием. Создается впечатление, что в центре нашей галактики находится гигантская воронка, засасывающая в себя само наше трехмерное пространство. Согласно теории многомерных пространств, так оно и происходит в действительности. В центре галактики расположена большая черная дыра, которая поглощает трехмерное пространство, последовательно превращая его в пространства меньшего числа измерений (рис.5).

Наглядное представление о происходящих во Вселенной пространственно-временных преобразованиях можно получить, последовательно разрушая велосипедное колесо. Обод колеса, покрышку и накачанную велосипедную камеру можно считать моделью одномерного () равномерно искривленного пространства, так как отношение поперечного диаметра этой конструкции к ее длине мало.

Вытащим из нашей модели обод и удалим покрышку. Освободившаяся велосипедная камера сильно раздуется и превратится в тор (бублик), который можно считать моделью двумерного () пространства. Итак, из одномерного пространства мы получили двумерное, причем в ходе преобразования выделилась потенциальная энергия, которая была затрачена на создание давления в велосипедной камере. Естественно, что при обратном преобразовании двумерного пространства в одномерное, нам придется затратить энергию на сжатие камеры. Мы можем даже продолжить эксперимент и получить из двумерного пространства трехмерное (). Для этого достаточно выпустить воздух из камеры.

Черная дыра способна мощным гравитационным полем разорвать на части неосторожно приблизившуюся к ней звезду, но основной «рацион питания» черной дыры составляет не вещество звезд, а их энергия излучения. Вот почему черные дыры располагаются, как правило, в центре скопления звезд.

На расстояниях от до энергия в черной дыре преобразуется в массу согласно соотношению Эйнштейна . Благодаря этому процессу уменьшается энтропия Вселенной и мы наблюдаем упорядоченную Вселенную, которая совершенно не собирается деградировать в ожидании тепловой смерти.

Черные дыры не «съели» до сих пор наше пространство по той простой причине, что во Вселенной есть «белые дыры». В белой дыре процессы идут в противоположном направлении, белая дыра повышает размерность пространства от нуля до трех.

Белая дыра выделяет огромное количество энергии. Наиболее вероятными кандидатами в белые дыры являются звезды. Теоретически допустимо, что наша Земля и другие планеты – тоже белые дыры. Возможно, белой дырой является и Луна, на поверхности которой обнаружены следы вулканической деятельности. Если наше Солнце – белая дыра, то обнаружить ее визуальным наблюдением просто невозможно, ее радиус менее 3 километров. Мы наблюдаем лишь последний этап пространственно-временных преобразований, переход двумерного пространства в трехмерное, сопровождающийся выделением энергии . Вселенная расширяется не так, как разлетаются осколки разорвавшейся бомбы, для которых всегда можно вычислить точку взрыва. Пространство Вселенной расширяет каждая звезда, поэтому невозможно отыскать центр расширения.

Если производительность звезд выше производительности черных дыр, то трехмерное пространство Вселенной расширяется, и наоборот. В процессе расширения Вселенной ее радиус, а значит и масса, увеличивается. Так как масса и энергия связаны формулой Эйнштейна, то в трехмерной замкнутой расширяющейся Вселенной закон сохранения энергии не соблюдается. Оказывается, сохранить энергетический баланс можно лишь во Вселенной имеющей не менее 11 измерений (рис.6).

5 пространств имеют положительную кривизну, 5 – отрицательную и одно пространство нулевого числа измерений. Перемещение по пространствам различного числа измерений напоминает кругосветное путешествие по часовым поясам. Представим себе глобус, на поверхности которого вместо 24 часовых поясов нанесено только 6 поясов, и пронумерованы они по числу пространств различной размерности: 0,1,2,3,4,5, если путешествуем мы по наружной поверхности глобуса, и 0,-1,-2,-3,-4,-5, если движемся по внутренней поверхности глобуса.

Легко обнаружить, что после пятимерного пространства как положительной, так и отрицательной кривизны, мы оказываемся не в пространстве шестого измерения, а опять в пространстве нулевого числа измерений. Нулевое пространство, расположенное внутри Вселенной сообщается с нулевым пространством, расположенным снаружи Вселенной. Изобразить эту связь на двумерном листе бумаги просто невозможно.

Наша Вселенная – это черная дыра, погруженная в безразмерное пространство. Радиус Вселенной равен ее гравитационному радиусу и составляет м.

Нулевое пространство в теории многомерных пространств – это безразмерное время, а пространство шестого числа измерений – это энергия, значит, безразмерное ньютоново время и энергия – это физические синонимы.

Впервые о физическом времени, как о носителе энергии заявил профессор Пулковской обсерватории Козырев Н.А. (1908 – 1983). По Козыреву время – это одна из основных форм энергии Космоса, главная организующая сила всех процессов во Вселенной. Энергия времени служит «топливом» для нашего Солнца и других звезд. Время распространяется по Вселенной практически мгновенно и обладает, как и пространство, не только направленностью (знаком), но и плотностью.

Для подтверждения своей теории Козырев создал оригинальные приборы, позволяющие буквально «взвешивать» потоки времени. Козырев показал, что применяя второе начало термодинамики ко всей Вселенной в целом, мы приходим к выводу о ее неизбежной деградации – тепловой и радиоактивной смерти. Если звезды рассматривать как изолированные системы, не получающие поддержки извне, то в нашем окружении должны были бы наблюдаться преимущественно вымирающие звезды, чего нет на самом деле. Похоже на то, что космические тела постоянно омолаживаются. Следовательно, в природе существуют постоянно действующие причины, препятствующие возрастанию энтропии.

Теория Козырева не накладывает ограничений ни на размеры Вселенной, ни на время ее существования. Она материалистична.

Козырев пришел к своим выводам интуитивно, и в этом слабость его теории. «Причинная или несимметричная механика в линейном приближении» Козырева была опубликована в 1958 году в недоработанном теоретически виде, в ней почти нет формул, и поэтому она не была воспринята физическим сообществом.

В теории многомерных пространств время - не только синоним энергии, время может преобразовываться в пространство и меняться с ним местами. Эта замена происходит в нулевом пространстве и не позволяет углубляться до бесконечности в материю. Представить себе наглядно такие процессы почти невозможно. Наиболее сильная аналогия такова. Пусть в нулевом пространстве мы надули воздушный шарик. Но в нулевом пространстве нет ничего, кроме времени (энергии), значит, мы наполнили шарик временем. Пусть по мере нашего путешествия по пространствам, мы выпускали содержимое шарика, и к моменту возвращения в нулевое пространство шарик оказался пустым.

Но время, как и пространство, не исчезает бесследно, значит, время переходило постепенно в пространства различной размерности. Перемене местами пространства и времени в нашей модели и изменению знака кривизны пространства соответствует переход с наружной поверхности глобуса на внутреннюю.

Итак, пространство трехмерной замкнутой Вселенной искривлено, она имеет конечные размеры и время существования, информация в черных дырах Вселенной теряется безвозвратно и такую замкнутую Вселенную ожидает тепловая смерть. Модель такой Вселенной используется теорией Большого взрыва.

В 11-мерной Вселенной энергетическое равновесие не нарушено, информация в ней не исчезает бесследно, Вселенная может включать в себя сколько угодно трехмерных вселенных, отличающихся значением фундаментальной квантовой длины, но 11-мерная Вселенная бесконечна в пространстве и во времени.

Кривизна пространства, как величина, обратная радиусу вселенной, в настоящее время незначительна. В первые мгновенья после «рождения» вселенной, кривизна пространства уменьшалась очень быстро, это так называемое «инфляционное расширение», но расширялась не вся масса современной Вселенной, а ее мизерная часть. Например, когда радиус Вселенной был равен одному метру, ее масса равнялась 12,56 кг. Инфляционное расширение в теории многомерных пространств появляется естественным образом, как следствие гармонических колебаний скорости света и гравитационной постоянной. В теории Большого взрыва нет никаких объективных причин для появления инфляционного расширения, оно введено в теорию насильственно, чтобы как-то объяснить температурную однородность Вселенной, ведь самые удаленные в пространстве и времени галактики в горячей модели Вселенной должны иметь более высокую температуру, а это не подтверждается результатами наблюдений.

5. Дуальности в теории многомерных пространств

Вопреки расхожему мнению о том, что древние мыслители только и делали, что постоянно заблуждались, мы утверждаем, что это совсем не так. Длительное время считалось, что знаменитые парадоксы Зенона разрешил еще Аристотель, отрицавший «дурную» (актуальную) бесконечность и этим доказавший, что Зенон был не прав. Но беда в том, что Зенон знал, что он неправ. Разрешить парадоксы Зенона совсем не означает доказать, что Ахиллес догонит черепаху, а выпущенная из лука стрела полетит. Разрешить парадокс, означает найти причину ошибки в казалось бы безупречных логических рассуждениях.

С появлением нестандартного анализа, рассматривающего бесконечно малые как величины постоянные, казалось, что парадоксы возникают из-за того, что мы, вслед за Зеноном допускаем возможность бесконечного (стандартного) деления пространства и времени, а это приводит к тому, что процесс деления никогда не будет завершен.

И опять, на такое разрешение парадокса можно выдвинуть тот же самый контраргумент: Зенон знал, что стрела полетит, а Ахиллес догонит черепаху, и это не зависит от того, знал ли Зенон нестандартный анализ, или не имел о нем ни малейшего представления. Глубокий анализ теории множеств выявил, что в «наивной» теории множеств Г. Кантор доказал недоказуемое, а именно, что отрезок можно стянуть в точку. Постулат о том, что пространство допускает бесконечное деление, он превратил в теорему. Ставить точку в 24 – вековой истории парадоксов Зенона рано.

Протагор, еще один из древних философов, утверждал, что «О каждой вещи бывает два совершенно противоположных мнения». В философии парадокс Протагора называют законом единства и борьбы противоположностей, в физике этот парадокс называют принципом дуальностей. Классическим проявлением принципа дуальностей является корпускулярно-волновой дуализм. Проявляется принцип дуальностей и при изучении Вселенной. Десять пространств Вселенной построены по законам нестандартного анализа, в них нет стандартных бесконечностей и нулей, они имеют конечные размеры в пространстве и времени, в них реализована конкретная (существующая в природе) актуальная бесконечность Кантора. Одиннадцатое пространство (пространство нулевого времени, или пространство энергии) бесконечно, в нем действуют парадоксы Зенона, в нем нет движения, в нем реализована абстрактная актуальная бесконечность Г.Кантора.

Если бы во Вселенной не было пространств иного измерения, кроме безразмерного нулевого пространства - времени (энергии), то Вселенная была бы такой, какой представлял ее учитель Зенона, Парменид: неподвижный, неизменный и плотный шар, и если такой вывод противоречит чувствам, тем хуже для чувств, ведь видимость обманчива. Каждый день мы можем видеть, как Солнце движется по небу, но на самом деле мы наблюдаем вращение Земли. Все понятно, Солнце не движется по небу. Но это не так! За один год Солнце делает один оборот относительно неподвижных звезд. И опять это не так! Один оборот делает не Солнце, а Земля, двигаясь по своей орбите. Казалось бы, теперь все в порядке, Солнце неподвижно. Но и это не так! За 200 миллионов лет Солнце делает полный оборот относительно центра нашей галактики. Вот и утверждай теперь, что видимое движение Солнца по небу является его истинным движением.

Если бы во Вселенной не было нулевого пространства, то не соблюдался бы закон сохранения энергии и такую Вселенную ожидала бы тепловая смерть. В полном соответствии с теоремой Гёделя, парадоксы Зенона невозможно ни опровергнуть, ни доказать. Гармония Вселенной – это гармония противоположностей.

Теория многомерных пространств оставляет открытым вопрос о происхождении Вселенной. С одной стороны, мы не можем доказать существование Бога, сотворившего Вселенную, а с другой стороны мы не можем доказать, что Бога нет. Теория многомерных пространств просто неприменима для решения таких вопросов, подобно тому, как неприменимо второе начало термодинамики для предсказания будущего Вселенной и подобно тому, как неприменима специальная теория относительности для решения проблемы одновременности событий.

В последние годы физики, изучающие суперструны, столкнулись с дуальностью сильной и слабой связи. Дуальность свидетельствует о том, что две противоположные теории на самом деле не являются разными, взаимоисключающими друг друга. Точнее, они дают различное описание одной и той же физической реальности. Существование противоположных теорией обусловлено инвариантностью физических законов.

Например, физики изначально могли бы измерять скорость не в метрах в секунду, а в секундах на метр. Состояние покоя тогда рассматривалось бы как бесконечно большая «медленность» (в противоположность скорости). Такая система применяется для фиксирования результатов преодоления спортсменами заданной дистанции. Но это исключение, заранее предполагающее, что дистанция не равна нулю. В физике для «медленности» пришлось бы решить проблему бесконечности, и тогда нестандартный анализ появился бы раньше стандартного. Физика пошла по первому пути еще и из-за того, что расстояния можно было измерять проще и точнее, чем время.

С точки зрения наблюдателя, изучающего Вселенную «изнутри», она громадна и расширяется со скоростью света, а для наблюдателя, изучающего вселенную «снаружи», она очень медленно сжимается и имеет микроскопические размеры, порядка . Заметим, что величина имеет размерность не расстояния, а размерность времени, чем и обусловлено различие в размерах моделей одной и той же вселенной. В теории суперструн доказано, что топологические энергии, вычисленные для Вселенной с большим радиусом, равны колебательным энергиям, вычисленным для Вселенной с малым радиусом, и наоборот. Поскольку физические свойства Вселенной зависят лишь от полной энергии, а не от ее распределения между колебательными и топологическими вкладами, то нет никакого физического различия между геометрическими состояниями Вселенной. На начальной стадии расширения кривизна пространства Вселенной равна бесконечности, она не имеет физического смысла, и поэтому такую вселенную проще изучать, используя понятие радиуса вселенной. На конечной стадии расширения радиус вселенной стремится к бесконечности и теряет физический смысл, поэтому правильно говорить о кривизне пространства вселенной, а не о ее радиусе. В двух этих теориях для изучения Вселенной используются разные геометрические характеристики (кривизна пространства и радиус Вселенной), но теории не исключают одна другую, а позволяют выбрать любую из них, чтобы не потерялась физическая наглядность модели Вселенной.

Теория многомерных пространств только закладывает начала окончательной дуальной физической теории пространства (S ) и времени (T ) , диалектическое единство которых образует материю (M ) :

Ч= const

Уже сейчас понятно, что теория материи не разрешит ни одной из проблем теории сознания. Из принципа дуальности следует, что проблемы сознания могут быть разрешены в теории бытия (Б), если считать материю и сознание (С) диалектическими взаимно дополняющими друг друга противоположностями:

Ч= const

Следует ожидать, что теория бытия найдет математическую запись законов диалектики, возможно, выявится относительность понятия «причинность». Количественное построение теории бытия должно основываться на понятии о минимальной порции (кванте) бытия.

Наконец, следующим этапом познания природы должна стать так называемая теория всего сущего (ТВС), построенная на понятиях бытия и небытия (Н), как диалектических противоположностях:

Ч= const

Таким образом, окончательная физическая теория материи не является теорией всего сущего. У нас нет уверенности в том, что даже теория всего сущего поставит точку в развитии познания. Если религия является диалектической противоположностью науки, то построение теорий можно продолжить.

Рис.1 Геометрия Вселенной

Рис.2 Модель Вселенной

Рис.3 Изменение гравитационной постоянной ( G ), скорости света (С) и кривизны пространства Вселенной (1/R_ВС )

Рис.4 Гравитация в теориях Ньютона, Эйнштейна и в теории многомерных пространств (ТМП)

Рис.5 Черные и белые дыры

Рис.6 Две Вселенные