Постоянная Хаббла
Проблема измерения постоянной Хаббла сводится, прежде всего, к измерению межгалактических расстояний. Если красное смещение и соответственно скорость удаления любой галактики можно легко определить с высокой точностью, то расстояния до других галактик мы можем не измерять, а лишь оценивать, иногда с возможной ошибкой в 40%. В результате и постоянная Хаббла известна крайне приблизительно — от 1,3·10—18 до 3,2·10—18 с—1. Причём не приходится надеяться на то, что в обозримом будущем будет найден какой-либо способ более точного измерения межгалактических расстояний. Единственная надежда на то, что удастся каким-то образом связать расширение Вселенной с другими, более изученными физическими процессами, и вычислить постоянную Хаббла через другие мировые константы. Однако до сих пор никто не предложил никакого способа сделать это, поскольку в любой модели Большого Взрыва не существует вообще никакой связи расширения Вселенной с другими физическими процессами (кроме чисто семантической связи понятия "Большой Взрыв" с взрывами вообще, но семантика не способна заменить собою причинность). Подойдём к проблеме с позиций дискретности пространства-времени и квазистационарности Вселенной.
Попытаемся связать процесс расширения Вселенной с другими известными физическими процессами. Как показано выше, связь квазистационарной модели Вселенной с теорией дискретности пространства-времени заключается в том, что существует зависимость между критической массой фотона, квантом массы и массой Вселенной:
Из известных крайних значений постоянной Хаббла можно установить и крайние значения кванта массы и числа Kx:
Массы покоя трёх основных элементарных частиц Вселенной (электрона, протона и нейтрона), выраженные в квантах массы, также должны быть целыми числами. Произведение трёх этих чисел (также целое число, разумеется), в зависимости от величины кванта массы, заключено в пределах
а корень квадратный из него
близок к ожидаемому значению Kx. Поскольку массы покоя протона, нейтрона и электрона нам известны, а критическую массу фотона легко точно вычислить, можно вычислить и точное значение Кх
Таким образом, квант массы
и постоянная Хаббла
что составляет 45,09 км/с·Мпк.
Этому значению постоянной Хаббла соответствует горизонт событий Вселенной Rx= 6653 Мпк = 2,05175·1026 м. А так называемое "время Хаббла" (величина, обратная постоянной Хаббла) равна 21,687 миллиарда лет. В моделях на базе концепции Большого Взрыва "время Хаббла" принимается за возраст Вселенной, а в квазистационарной модели это всего лишь логарифмический временной масштаб Вселенной — тот промежуток времени, в течение которого масса Вселенной, скорость её расширения и горизонт событий увеличиваются в e ≈ 2,71828 раза. Другой физический смысл постоянной Хаббла заключён в том, что (как нетрудно убедиться) она равна частоте, соответствующей массе и энергии покоя фотона. Кроме того, отношение величины "времени Хаббла" 1/Н и кванта времени равно КХ.
Кому-то может показаться, что вычисленное мною значение постоянной Хаббла занижено (наиболее вероятной в наше время считается величина в 60 км/м·Мпк). В действительности же это не так. Дело в том, что в последние годы вошло в моду завышать действительные расстояния между галактиками, что неизбежно влечёт за собой и завышение величины постоянной Хаббла. Многие упорно не желают признавать относительность одновременности событий, добавляя к измеряемым расстояниям поправку на то, что за время, пока свет дошёл до нас, действительное расстояние до галактики увеличилось. Введение такой поправки абсолютно неправомерно, поскольку действительными являются только расстояния, измеренные по красному смещению, — таков вывод, прямо и однозначно следующий из СТО. С одной стороны, мы видим далёкую галактику такой, какой она была миллиарды лет назад. Но иного способа увидеть её (такой, какая она есть в данный момент) попросту не существует. Разумеется, мы (чисто умозрительно, конечно) можем отправить к этой галактике звездолёт с исследователями, и они увидят её с близкого расстояния. Можно сколько угодно фантазировать о таком путешествии за несколько часов — со сверхсветовой скоростью или через "гиперпространство", — однако реальность такова, что мы ещё далеки даже от того, чтобы достичь хотя бы одной десятой скорости света, и не имеем ни малейшего представления о том, что представляет собой это сказочное "гиперпространство" и существует ли оно вообще. Поэтому, нравится нам это или нет, мы вынуждены жить в реальном мире и подчиняться действующим в нём объективным законам.
Давайте взглянем на ситуацию с другой стороны: как же не принимать во внимание фактор относительности одновременности событий и говорить об истинном расстоянии до этой галактики, если мы никак не можем знать, где в данный момент находится эта галактика и существует ли она вообще? Ведь за миллиарды лет, пока свет от неё шёл до нас, галактика непредсказуемо переместилась в пространстве, могла измениться до неузнаваемости, а то и вообще исчезнуть. Поэтому нет никакого смысла рассуждать об истинных расстояниях в данный момент, — ибо нет способа измерить эти виртуальные расстояния, существующие лишь чисто формально в нашем воображении. А поскольку наиболее удалённые от нас галактики разлетаются со скоростью около 1/3 скорости света, такая неправомерная поправка приводит к преувеличению действительных расстояний в 4/3 раза. Пропорционально преувеличивается и истинное значение постоянной Хаббла. Поскольку 60:(4/3) = 45, то мы и приходим как раз к тому значению постоянной Хаббла, которое было вычислено мною из соображений дискретности пространства-времени.
Из вычисленного значения постоянной Хаббла можно уточнить расчётную величину массы Вселенной и продолжительность её существования (исходя из предположения, что начальная масса Вселенной была равна минимальной массе "черной дыры" ≈4,5·1030 кг)
что не слишком-то радикально отличается от полученной выше грубой оценки в 1600 миллиардов лет. Следует заметить, что вычисленное значение возраста Вселенной является наиболее вероятным, поскольку получено из величины минимальной массы "чёрной дыры". Если начало нашей Вселенной положил гравитационный коллапс более массивного тела, то возраст Вселенной меньше только что вычисленной величины. Впрочем, тут следует учитывать то обстоятельство, что мы исходили из произвольного допущения о возникновении нашей Вселенной в тот момент времени, когда параметры Гипервселенной соответствовали нынешним параметрам нашей Вселенной (то есть к моменту образования Вселенной Гипервселенная уже существовала более триллиона лет). В действительности же невозможно отрицать, что эти параметры могли быть меньше раз в десять или сто, даже в тысячу раз — ведь "чёрная дыра" (наша Вселенная) могла образоваться и на самой ранней стадии существования Гипервселенной. Тогда возраст Вселенной может исчисляться несколькими триллионами лет. В любом случае Вселенная по квазистационарной модели раз в пятьдесят — сто старше, чем по моделям Большого Взрыва, — что позволяет считать её практически вечной. Возможно, в будущем (и даже не слишком далёком), когда исследователи доберутся до наиболее древних объектов Вселенной, можно будет дать более точный ответ на вопрос, как долго она существует. Да и, если откровенно, установление точного возраста Вселенной — далеко не основная задача. Когда счёт идёт на триллионы, не имеет никакого смысла спорить о миллиардах, — ведь сегодня, руководствуясь концепцией Большого Взрыва и не имея возможности в её рамках измерить или вычислить постоянную Хаббла, мы вообще-то удовлетворяемся куда менее точным значением возраста Вселенной в 10 — 20 миллиардов лет... Неточность в 5 миллиардов лет по отношению к возрасту "взрывной" Вселенной составляет 25 — 50%, а для квазистационарной Вселенной она находится на уровне 0,1%.
При вычисленном значении постоянной Хаббла средняя плотность массы во Вселенной
что вполне соответствует оценкам этого параметра, сделанным на основе данных астрономических наблюдений. Средней плотности массы соответствует средняя плотность энергии β = 3,43292·10—10 Дж/м3, вычисленную по формуле Эйнштейна для взаимосвязи массы и энергии. Разумеется, идёт речь о средней плотности энергии всей Вселенной, — как "законсервированной" в веществе, так и заключённой в заполняющих Вселенную электромагнитных и иных полях.
Разумеется, только что предложенная методика вычисления постоянной Хаббла многим покажется необоснованной и спорной. Однако полученный результат вполне вписывается в данные астрономических наблюдений и измерений, и это обнадёживает. Конечно, наиболее спорно то, что я взял за основу массы трёх частиц (электрона, протона и нейтрона) и вроде как "обидел" остальные элементарные частицы. Но сделано это вслед за природой, которая для построения материи избрала именно эти три частицы и тоже как бы "обидела" все остальные (включая и античастицы всех трёх "избранных"). Ведь все остальные элементарные частицы (исключая фотон и нейтрино) либо встречаются во Вселенной крайне редко (как позитрон, антипротон и антинейтрон), либо являются нестабильными и в итоге распадаются, порождая всё тот же "джентльменский набор" природы. Всё это указывает на определённую фундаментальность триады "электрон — протон — нейтрон" и в то же время на вторичность остальных элементарных частиц. Фотон и нейтрино были исключены из рассмотрения мною прежде потому, что фотон вообще не имеет измеренной массы покоя, а относительно нейтрино — хотя и есть некоторые намёки на существование массы покоя, дальше намёков дело не идёт. Во всяком случае, мне до сих пор не известно достоверно, что у нейтрино обнаружена масса покоя, хотя публикации на эту тему в "Scientific American" появлялись более тридцати лет назад… К тому же видов нейтрино существует довольно много (электронное, мюонное, τ-нейтрино и т.п.), и далеко не до конца прояснён вопрос о том, какую роль все они играют в природе и чем отличаются друг от друга. Вероятнее всего, все обнаруженные виды нейтрино на самом деле являются одной и той же частицей в различных состояниях — подобно тому, как различаются по некоторым своим свойствам фотон видимого света и радиоволна, однако по сути они являются квантами электромагнитного излучения.
Вместе с постоянной Хаббла мы вычислили и квант массы m0 = 1,07721·10—68 кг. Разумеется, должно существовать нечто, имеющее такую массу. И лучше всего на роль носителя кванта массы подходит фотон. Конечно же, предположение о наличии у фотона массы покоя наверняка найдёт негативный отклик в умах и сердцах знатоков квантовой физики, однако и тут не всё так страшно, как может показаться. Если допустить, что масса покоя фотона отлична от нуля и равна кванту массы, то разность скоростей фотонов, частоты которых соответствуют красному (ω1 ≈ 4·1014 Гц) и фиолетовому (ω2 ≈ 7·1014 Гц) цветам, составляет всего лишь
Грубо говоря, в вакууме "красный" фотон отстанет от "фиолетового" всего на один метр за 1033 миллиардов лет, что на тридцать порядков превышает нынешний возраст Вселенной по квазистационарной модели. То есть в масштабах Вселенной такая разность хода не поддаётся измерению и не проявляется ни в каких физических процессах. Так что, если фотон и обладает массой покоя, то это невозможно распознать даже при самом тонком эксперименте по интерференции света. Если масса покоя фотона равна кванту массы, то согласно формуле зависимости релятивистской массы от скорости, фотон с удвоенной массой должен двигаться со скоростью 259628354 м/с (или ≈0,866с), а скорость фотона с энергией, всего лишь в тысячу раз превышающей энергию покоя, равна 299792850 м/с, т.е. уже практически неотличима от предельной скорости света в вакууме. Между тем фотон с такой энергией (длина волны порядка миллиона световых лет!) и даже с энергией, ещё в миллион раз большей, техническими средствами обнаружить невозможно. Фотоны, доступные регистрации в любых экспериментах, обладают релятивистской массой как минимум на 12 — 15 порядков выше величины кванта массы, а скорости таких фотонов отличаются от принятого значения скорости света в вакууме, на тысячные доли миллиметра в секунду, и это различие просто не поддаётся измерению, поскольку точность определения скорости света в вакууме составляет около метра в секунду.
Может показаться, что наличие или отсутствие у фотона массы покоя никак не сказывается на общей картине мира, но это не так. Если масса покоя фотона в точности равна нулю (как это принято в современной физике), то не существует никаких ограничений на энергию и частоту фотона — в принципе, они могут быть даже бесконечно большими. А если нет предела энергии фотона, то нет предела и энергии любой другой частицы. В этом случае не может быть никакой речи ни о дискретности пространства-времени, ни о квазистационарной Вселенной. Ведь ранее любая модель квазистационарного состояния Вселенной натыкалась на непреодолимые трудности, обусловленные укоренившимися догмами о пространственно-временном континууме, о неизменности мировых констант и об отсутствии у фотона массы покоя. При этом никто не обращал внимания на вопиющую противоречивость представлений о бесконечно большой энергии фотона или любой другой элементарной частицы. Нелепость таких представлений становится ещё более очевидной, если задуматься о том, что элементарной частице с бесконечной энергией соответствует волна нулевой длины, — а согласно соотношению Гейзенберга, это означает, что координату протона или электрона, движущегося со скоростью света, можно определить с абсолютной точностью. И в то же время ни с какой точностью нельзя было бы измерить бесконечно большой импульс такой частицы, — а значит, невозможно было бы измерить и её скорость. На каком же основании тогда можно было бы утверждать, что частица движется со скоростью света? Назвать такое иначе, как нонсенсом, не получается...
Таким образом, наличие у фотона ненулевой массы покоя напрямую связано как с квазистационарным состоянием Вселенной, так и с дискретностью пространства-времени. Несмотря на то, что масса покоя фотона крайне мала и практически не проявляется при распространении света, фактор её неравенства нулю приводит к пересмотру всех наших представлений о Вселенной. То же, что мы привыкли называть скоростью света в вакууме, — на самом деле лишь предел скорости движения, и этот предел абсолютно недостижим для любого материального тела, будь то кирпич, протон или квант света.
