ПРОБЛЕМА КРИТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ

Борис Ихлов

Помимо суеверий типа химтрейлов, лунного заговора, структурированной воды, обосновавшихся на земле инопланетян, торсионных полей, мудрого и непорочного Сталина, сглаза и порчи, великого Путина, наоборот, ужасного Путина, всеобщей запрограммированности, общечеловеческих ценностей, лекарственных картонок «Матрица жизни», на которых якобы записана информация о здоровом организме, тайного мирового правительства, «честных выборов», священного частного бизнеса и пр. негативные качественные изменения возникли и в действительной науке. И давно. И не только в России. Девальвированы звания академиков, докторов и кандидатов наук.

Вакуум

В уравнениях Гильберта-Эйнштейна физическое гравитационное поле, в отличие от электромагнитного или глюонного, отождествляется с геометрией, с кривизной пространства. Однако весь научный мир не отрекается от понятия гравитона, переносчика гравитационной энергии, по сути подобного фотону или глюону.

Кстати, Ландау и Лившиц в «Теории поля» в дополнение к тензору энергии-импульса вводят псевдотензор гравитационного поля, то есть, гравитационное поле всё же полагается физическим.

Как указывает А. А. Логунов (Теория классического гравитационного поля, 2004), А. Пуанкаре в работах 1905–1906 гг. рассматривал гравитационное поле как физическое. В 1960-х Тирринг (W. Thirring. Ann. Phys., 1961. 16, 96-117) и Фейнман (Р. Фейнман, Ф.Б. Мориниго, У.Г. Вагнер. Фейнмановские лекции по гравитации. М.: Янус-К., 2000) также развивали этот подход.

Сам Эйнштейн в 1913 г. писал, что «тензор гравитационного поля  является источником поля наравне с тензором материальных систем. Исключительное положение энергии гравитационного поля по сравнению со всеми другими видами энергии привело бы к недопустимым последствиям» (Собр. научных трудов. М.: Наука, 1965. Т. I, ст. 21, с. 242). «Структура времени и пространства, - писал Эйнштейн, - меняется в зависимости от полей тяготения» (Грибанов Д. П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности. М.: Наука. 1987).

К сожалению, Эйнштейн позднее отошел от интерпретации гравитационного поля как физического.

В уравнениях Эйнштейна тензор энергии-импульса определяет кривизну пространства, в свою очередь, кривизна пространства определяет движение материи. Физическое гравитационное поле отождествляется с кривизной, формой, форма и содержание в уравнения равноправны. Согласно диалектическому материализму форма содержательна, она влияет на содержание, но ВТОРИЧНА. Следовательно, с точки зрения диалектического материализма уравнения Эйнштейна неполны.

Кроме того, эти уравнения были сформулированы тогда, когда еще не были открыты темная материя и темная энергия, которые составляют 95% массы Вселенной.

Согласно одной из версий тёмная энергия есть космологическая константа, постулируется ненулевая энергия и давление  вакуума, плотность которого 10⁻²⁹ г/см³ (около 1,03 кэВ/см³ или около 10⁻¹²³ в планковских единицах) за последние 8 млрд. лет почти постоянна, с изменением не более, чем на 10%,  и составляет порядка 70-75% плотности Вселенной.

 В этом случае разрешается вопрос о начале расширения Вселенной: в планковском состоянии без отрицательной плотности вакуума она бы представляла собой черную дыру, и Большой взрыв был бы невозможен. С другой стороны, при большой отрицательной плотности вакуума  в планковской Вселенной реализуется метрика белой дыры.

Как квантовая система вакуум (основное состояние) отличается от возбужденного состояния, с ним не могут быть связаны системы отсчета, симметрия группы Лоренца реализуется только в вакууме, но не в веществе.

В классическом смысле вакуум не является динамической системой, не движется поступательно и не вращается. Вакуум не имеет инертной массы, на него не действует гравитация. Инертная масса единицы объёма тела, умноженная на скорость света, равна сумме плотности энергии тела и давления, делённой на квадрат скорости света. Давление вакуума есть его плотность энергии со знаком минус. Тогда сумма, дающая инертную массу, для вакуума равна нулю, поэтому любая сила, приложенная к вакууму, тоже равна нулю.

Пассивная гравитационная масса вакуума тоже равна нулю, но не равна нулю его активная гравитационная масса. Эффективная плотность вакуума отрицательна, следовательно, и активная гравитирующая масса вакуума отрицательна.

Термодинамика

Обычно то, что космологический вакуум имеет отрицательную плотность, равную его давлению, объясняют из термодинамики. Количество энергии, заключённое объеме V с вакуумом - ρV, где ρ — плотность. Увеличение объёма dV приводит к возрастанию его внутренней энергии, а это означает выполнение отрицательной работы. Так как работа, выполняемая изменением объёма dV, равняется pdV, где p — давление, то p отрицательно и p = −ρ.

Однако такое вольное обращение с термодинамикой недопустимо. Дело в том, что при расширении газа в пустоту газ работы не совершает, его температура не меняется.

Работа совершается при адиабатическом расширении, можно считать, что, поскольку Вселенная не получает тепло извне и никуда его не отдает, процесс ее расширения адиабатический. Роль внутренней энергии выполняет энергия гравитации. Однако рассматривать Вселенную как термодинамическую систему нельзя, кроме того, наличие гравитации нарушает 2-й закон термодинамики. Это доказано как на классическом, так и на квантовом уровне.

При наличии гравитации в термодинамических системах классическая термодинамика не работает. Однако Хокинг смело ее применяет к черным дырам. Ясно, что это ошибочно – но конвенционализм, и все повторяют, как попугаи, ошибочные расчеты Хокинга.

На простом примере газа (в твердом теле или в фотонном газе сложнее, но суть та же) – чтобы работала модель термодинамики, нужны многочисленные упругие столкновения между атомами, то есть, нужно усреднение. Это усреднение и дает возможность введения такого интенсивного параметра (в точке), как температура. Во Вселенной число столкновений между галактиками на много порядков меньше, чем в обычном газе, звезды сталкиваются еще реже, причем все соударения явно неупругие. Для Вселенной нельзя ввести статистический ансамбль. С другой стороны, во Вселенной нет термостата, соответственно, нет понятия равновесия. Поэтому температура в точке для Вселенной – бессмыслица.

Близкий пример – нанотехнологии. Это не «что-то очень маленькое», это ничтожное число атомов, участвующих в процессе. Оно настолько мало, что нельзя ввести понятие температуры, нет и термостата, за счет этого процесс существенно неравновесный, откуда и возникают уникальные свойства получаемого материала.

Для вакуума еще веселее, т.к. в вакууме во многих случаях нарушена энергодоминантность, в рамках расширенной неравновесной термодинамики показано, что в таких системах (если они термодинамические) тоже нарушается 2-й закон термодинамики.

Таким образом, модель термодинамики для Вселенной не работает.

Казалось бы, газ составляет основную массу вещества во Вселенной. Можно ли газ и излучение рассматривать как термодинамическую систему? Как бы не так, оказывается, что температура газа и температура реликтового излучения – разные. За миллиарды лет не установилось равновесие! И потому не установилось, что столкновения между атомами газа во Вселенной крайне редки, средняя плотность Вселенной ничтожно мала, нет статистического ансамбля.

Но Горбунов с академиком Рубаковым на полном серьезе рисуют выделенную во Вселенной площадку, которую бомбардируют электроны и позитроны.

В книжке Д. С. Горбунова и В. А. Рубакова «Введение в теорию ранней вселенной» (М.: URSS-ЛКИ, 2008) – ошибка, они как раз ошибочно применяют ко Вселенной термодинамический подход. То же делает и Чернин.

Читаем статью А. Д. Чернина «Физический вакуум  космическая антигравитация», ГАИШ МГУ - Обс. Туорла, ун-т Турку, Финляндия: «При адиабатическом сжатии или расширении однородного шара связь между изменением плотности и давлением описывается уравнением

d ρ = -3(ρ +p)dlna

для любой компоненты среды, если между компонентами нет обмена энергией. Как легко проверить, это соотношение вытекает из термодинамического тождества dE = TdS – pdV (E – полная внутренняя энергия с энергией покоя), если dS = 0.

 Из этого уравнения, пишет Чернин, легко найти, как плотности вещества и излучения изменяются со временем при изменении его радиуса в ходе расширения или сжатия шара.

Вероятно, a – это радиус шара, Чернин не указывает. Он также не указывает, из чего состоит шар – то ли это идеальный газ, для которого выполняется уравнение Клапейрона-Менделеева (даже не Ван-дер-Ваальса),  то ли это твердое тело с совершенно другим уравнением состояния, соотношение pdV = - dE при учете внутреннего теплового движения частиц кристалла НЕ выполняется. Вообще для твердого тела зависимость давления и внутренней энергии от объема – знакопеременная функция, см., напр., «Введение в молекулярную физику и термодинамику»  https://scask.ru/k_book_m_ph.php?id=31

Горбунов с Рубаковым выписывают ТО ЖЕ САМОЕ, что и Чернин, уравнение, причем указывают, что a  - это масштабный фактор (формулы 3.11 и 3.13, стр. 63, 64), причем авторы без зазрения совести пишут, что эти формулы получены из равенства нулю дивергенции тензора энергии-импульса, т.е. без всякого термодинамического уравнения состояния! То есть, заведомо неверно.

Намекаю, что уравнение Чернина получено из известного соотношения для идеального газа:

dS = d(C_vlnT + RlnV); V = (4/3) x 3,14a³

с учетом сомножителя, в который входит масса газового шара.

И вот этот термодинамический подход, к тому же классический, они засовывают в анализ уравнений Фридмана, откуда получают зависимость постоянной Хаббла Н и плотности от времени для разных эпох с разными уравнениями состояния.

Горбунов и Рубаков рассматривают равновесие во Вселенной, пользуются функцией распределения Больцмана, хуже, рассматривают химический потенциал, и то, и другое, и третье – безграмотная чушь собачья.

Критерии эволюции Вселенной

В космологии эволюция материи во Вселенной диктуется геометрией, возможны всего три варианта: знак трехмерной скалярной кривизны (свертки трехмерного тензора Риччи) определяет эволюции Вселенной: при положительном знаке реализуется пространство постоянной положительной кривизны, при отрицательном знаке – пространство постоянной отрицательной кривизны и при равенстве нулю – плоское евклидово пространство.

Но дело в том, что кривизна может появиться исключительно после возникновения частиц, частицы и формируют кривизну, она не дается заранее, независимо, извне, с ростом числа частиц кривизна увеличивается.

Однако в уравнении Фридмана расширение Вселенной не определяется из материи, масштабный фактор навязывается «извне».

Кроме того, эволюция вселенной определяется также тем, больше, меньше или равна критической космологическая постоянная, то есть, плотность вакуума. Но критерии критической плотности и критической лямбда не отстоят друг от друга, лямбда связана с плотностью вакуума. Возникает противоречие, т.к. плотность вакуума сама входит в другой критерий, определяющий знак кривизны пространства.

Кроме того, если темная энергия есть энергия вакуума, то эти 70-75% массы Вселенной – отрицательны, следовательно, плотность Вселенной не близка к нулю, а существенно меньше нуля.

Во-вторых, полагается, что ранняя Вселенная была плоской – что явно неверно, т.к. плотность вещества была явно выше критической.

В-третьих, в стадии лямбда-доминирования превалирует плотность вакуума, эта плотность отрицательна, следовательно, и кривизна отрицательна. Однако последние астрономические данные показывают, что кривизна Вселенной больше нуля.

За период инфляции, в эпоху бариогенеза масса вещества во  Вселенной увеличивается с 10^-5 г до 10⁵⁶ г, кривизна резко возрастает. Поскольку в декартовых координатах кривизна и постоянная Хаббла связаны, то их уравнения, их связывающего получается, что при большой кривизне оказывается большой и постоянная Хаббла. При снижении плотности вещества во Вселенной кривизна падает и постоянная Хаббла резко уменьшается.

Казалось бы, здесь уравнения Фридмана адекватны.

Однако кривизна пространства не может быть постоянной, уже в уравнении Эйнштейна она определяется наличной материей, ее плотностью, которая изменяется со временем.

Поэтому уравнение Фридмана делят по времени на четыре части: инфляционную, стадию радиационного доминирования, пылевую и стадию лямбда-доминирования.

В последней стадии полагается, что суммарная плотность во Вселенной близка к критической, из чего делаются выводы о дальнейшей эволюции Вселенной. Но при расширении Вселенной плотность неизбежно станет меньше критической, т.е. выводы об эволюции Вселенной должны измениться на противоположные.

Принято считать, что в том случае, если плотность Вселенной больше критической, то расширение Вселенной должно остановиться и смениться сжатием. Физический смысл утверждения сомнителен: при расширении Вселенной скорость, согласно закону Хаббла, только возрастает, с другой стороны, останавливающее действие гравитации спадает с расстоянием.

В настоящее время, как показывают измерения, плотность Вселенной с большой точностью близка к критической.

Но, следовательно, скажем, 3-4 млрд. лет назад, что легко получить, используя закон Хаббла, плотность Вселенной была выше критической, то есть, Вселенная была закрыта и должен был реализоваться сценарий сжатия Вселенной.

С другой стороны, измерения показывают, что кривизна положительна, и плотность Вселенной чуть выше критической. Должно наступить сжатие. Но легко получить, что через пару миллиардов лет плотность Вселенной будет ниже критической, следовательно, Вселенная будет открыта, и должен реализоваться сценарий бесконечного расширения Вселенной.

То есть, уравнения Фридмана выдают явно неверный результат.

И не может быть по-другому, т.к. порочны сами уравнения Эйнштейна.

1) Как показал М. О. Катанаев, можно перейти от пространства де Ситтера к пространству Фридмана, а от пространства Фридмана к пространству анти-де Ситтера путем алгебраических преобразований. Это пространства с разной топологией, с разными свойствами. Например, в прстранстве анти-де Ситтера вы можете бросить мяч, и он к вам вернется.

Т.е. согласно уравнениям Эйнштейна наши приборы измеряют во Вселенной неизвестно что, их показания зависят от выбранной калибровки.

2) В уравнении Фридмана входит уравнение неразрывности, используется модель идеальной жидкости, но это полная чепуха, т.к. вакуум не является динамической системой, он никуда не течет и ниоткуда не вытекает, для вакуума нет ни теоремы Остроградского, ни уравнения Навье-Стокса, вакуум – не идеальная жидкость.

3) Критическая плотность определяется путем уравнивания КЛАССИЧЕСКОЙ гравитационной энергии и энергии антигравитации (по закону Хаббла). Эта классика затем и засовывается в анализ уравнений Фридмана.

При этом нет никаких препятствий, чтобы просто уравнять силу гравитации и силу антигравитации.

Связь критической плотности и постоянной Хаббла H = (8 x 3,14 x Gρ/3)^1/2 выводится из классического равенства кинетической энергии галактики и потенциальной энергии гравитации:

v² = 2 GM/R = 8 x 3,14 x GρR²/3 = H²R²

В таком случае сила гравитационного отталкивания в 8 раз отличается от гравитационного притяжения:

F = 8GMm/R²

Но в ОТО нет классического закона сохранения энергии, поэтому нет никаких ограничений, чтобы для определения состояния с не увеличивающейся скоростью использовать условие равновесия отталкивающей силы и силы ускоряющей. Тогда исчезает множитель 8, ускорение, придаваемое антигравитацией, запишется в виде

a = GM/R²

То есть, антигравитация становится тождественной гравитации, закон Глинера – закону Ньютона, масса – классическому вакууму. При этом критическая плотность увеличивается в 8 раз.

В любом случае критическая плотность вычислена неверно, из представления о постоянстве положительной гравитирующей плотности.

То есть, понятие критической плотности теряет смысл.

4) Если применить методику расчета критической плотности к взаимодействию двух гравитирующих тел (версия антигравитации Глинера), то в линейном случае она работает. Напр., туманность Андромеды приближается с постоянной скоростью, что соответствует расчету по методике.

Но туманность Андромеды слегка вращается вокруг Млечного пути, и расчет показывает, что в таком случае туманность Андромеды не будет сближаться с Млечным путем, что противоречит наблюдениям.

Больше того, попытка определить теоретически равновесный радиус немедленно приводит к противоречиям.

Даже экспериментальные подтверждения ОТО ставят под сомнение, и давно.

Отклонение света в гравитационном поле Солнца: в 1962 году группа Королевских астрономов заявила, что отклонение луча света вблизи Солнца не может рассматриваться как подтверждение ОТО –  у Солнца существует атмосфера, простирающаяся на огромное расстояние. Явление рефракции учитывается для земной атмосферы астрономами уже очень давно. Ещё Ломоносов обнаружил отклонение луча света в атмосфере Венеры.

Смещение перигелия Меркурия: Солнце не является твёрдым телом и движение Меркурия может вызывать на Солнце приливную волну, которая может в свою очередь влиять на смещение перигелия Меркурия.

Причины и следствия

Я общался на данную тему с ведущими российскими специалистами в теории гравитации, они не смогли ответить на вопрос о критической плотности. Писал американскому физику Ли Смолину – нет ответа.

Почему вопрос о критической плотности не осознается научным сообществом? Да потому, что в мире господствует американский принцип конвенционализма. Это нелогичный, глупейший принцип. Если один ученый ошибся, а с ним согласилось сотня ученых, то эту ошибку будут считать истиной.

Напр., повторяют и повторяют ошибку Хокинга, что термодинамика выделяет стрелу времени.

Нелепая ошибка Де Бройля, что давление газа – только на стенках сосуда, а внутри газа отсутствует, пропечатана в «Эйнштейновском сборнике», и  все повторяют, как попугаи, в т.ч. Толмен, откуда выводят, что формула релятивистской температуры Эйнштейна якобы не противоречит противоположной формуле Отта, хотя на самом деле оба ошиблись.

Все, как попугаи, твердят, что астрономические данные по плотности вакуума отличаются от теоретических (по КТП) на 120 порядков. На самом деле Зельдович и Вайнберг ошиблись, использовали неверную перенормировку. Но все с 70-х годов повторяют их ошибку.

Почему так? Да потому, что плюралистическая версия «есть разные мнения, разные точки зрения» - неверна, эта версия входит в инструментарий манипулирования массовым сознанием. Одному мнению противостоит не другое мнение, а жесткая буржуазная идеология, которая штампует массовое сознание. Конвенционализм – это часть общепринятой религии постпозитивизма, философии, примитивной до кретинизма. До тех пор, пока ученые, как дети, будут считать, что есть просто разные мнения, они будут заниматься самообманом.

Постпозитивистской точке зрения якобы противостоит «материалистическая» версия гравитации, она отвергает и замедление времени в гравитационном поле, и вообще все выводы ОТО – заодно и релятивистской теории гравитации. На самом деле это не материализм, а идеализм, поскольку остается в рамках картезианского детерминизма, т.е. механицизма. Своей пещерностью «материалисты» не опровергают идеалистов, а только им помогают.

Механистически трактовал пространственно-временную форму даже Энгельс: «Вечность во времени и бесконечность в пространстве... состоят в том, что тут нет конца ни в какую сторону...» (Анти-Дюринг. М.: Политиздат. 1977, С. 45). Энгельс исходил из понятия абсолютного пространства-времени Ньютона.

Современный философ В. А. Подгузов, которого записывают в марксисты, просто отождествляет форму и содержание, приписывая времени определение материи: «Время как объективная реальность безразлично к тому, как и кто его измеряет». Подгузов путает, он противопоставляет зависимости данных измерения от материальных условий объективность измерения, связь данных измерения с реальностью.

Да, не имеет значения, Петя или Коля будут измерять время вблизи Юпитера и какими приборами, но все они получат объективные данные о замедлении времени в сравнении с часами на Земле.

Но безграмотный Подгузов объявляет: «… любые, сколь угодно удаленные друг от друга материальные "точки" пространства, независимо от их скорости, находятся в одном и том же моменте времени»  (Физика: Учеб. для 11 кл. сред. шк. Н.М. Шахмаев и др. М.: Просвещение, 1993, С. 230). Эту чушь собачью он называет материализмом.

Геометризации гравитационного поля противостоит версия гравитации Логунова и др..  Голландский физик-теоретик М. Ньювенхойзен и чешский физик-теоретик В.Шпичка считают, что необходимо отказаться от ОТО и перейти к РТГ Логунова. Однако коррекция теории Логуновым была взята у Грищука (ГАИШ), в ней нет сингулярности (черных дыр), Большого взрыва, вакуум якобы не обладает плотностью, соответственно, энергией (что противоречит эффекту Казимира) и т.д. В целом теория Логунова не менее геометризована, чем уравнения Эйнштейна.

Самое главное: пространство Минковского в теории Логунова существует само по себе, нет его материального источника. Форма оказалась лишенной содержания. Впрочем, как и вакуумное решение уравнения Эйнштейна.

До тех пор, пока ученые будут использовать физику для доказательства существования боженьки, измерять напряженность Фаворского света, как это делали в институте им. Курчатова, исследовать действие молитвы на свойства водопроводной воды, проповедовать нелепицу о путешествиях во времени, уверять, как М. Б. Менский в своей глупой книжке «Человек и квантовый мир», что сознание якобы влияет на физические законы (т.е. наука якобы лишена объективности, зависит от сознания субъекта) и т.п., до тех пор ученые будут заниматься не наукой, а мошенничеством.

«… современная физика лежит в родах. Она рождает диалектический материализм. Роды болезненные. Кроме живого и жизнеспособного существа, они дают неизбежно некоторые мертвые продукты...» (Ленин, «Материализм и эмпириокритицизм», Политиздат, 1986, С. 335).

Февраль 2022