16+
Лайт-версия сайта

НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ПРОБЛЕМУ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ

Изобретения / Космос / НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ПРОБЛЕМУ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ
Просмотр работы:
07 ноября ’2017   21:32
Просмотров: 4917

доктор техн. наук А.Н.Черний
Академия электротехнических наук Российской Федерации, г. Москва
Аннотация Настоящая статья посвящена самому давнему и проблемному вопросу совре6менной астрофизики, связанному с пониманием физической сущности темной материи. Описана история вопроса, рассмотрена суть проблемы и некоторые гипотезы о природе темной материи. Автором впервые приведена уточненная формула небесной механики, которая хорошо согласуется с результатами астрономических наблюдений. Новая формула позволяет на основании известных физических законов объяснить причину увеличения орбитальной скорости звезд на периферии галактического диска, а также раскрыть сущность гравитационной силы, обеспечивающей стабильность далеких звездных орбит. При этом необходимость заполнения галактик мифической темной материей полностью исключается.

Ключевые слова: темная материя, скорость течения времени, галактики
Природа невидимого вещества Вселенной – это вызов . для современной науки! . В. Сурдин
С наблюдательной стороны мы уже подошли к моменту, . когда просто невозможно получить какой-либо определенный . вывод до тех пор, пока нам не поможет теория. Я надеюсь, что . наступит день, когда это будет сделано, или же мы пропали.
В. Бааде

Впервые гипотеза о существовании в звездных скоплениях темной материи (скрытой массы) была выдвинута в 1922 г. британским астрономом Джеймсом Хопвудом Джинсом и голландским астрономом Яко́бусом Корне́лиусом Капте́йном по результатам исследования движения звёзд в нашей Галактике.
В дальнейшем наличие невидимой избыточной массы в звездных скоплениях была подтверждена швейцарским астрономом Фрицем Цвики в 1933 г. на основании наблюдений большого скоплений галактик в созвездии Волосы Вероники [1, c.245]. Он заметил, что в этом сверхскоплении галактики движутся слишком быстро, чем это следовало из теории. Скорость галактик в созвездии Волосы Вероники составляет порядка 1000 км/с [2, c.317]. Из этого следовало, что для гравитационного удержания галактик при такой скорости в сверхскоплении полная масса звездного вещества в созвездии Волосы Вероники должна в 10 раз превышать суммарную массу составляющих ее галактик.
Радиоастронометрические наблюдения за движением облаков нейтрального водорода, находящихся далеко за краем видимого диска спиральных галактик, проведенные в 80-х годах прошлого столетия, подтвердили наблюдения Цвики.

- 2 -
Оказалось, что скорость движения облаков при удалении от центра галактики остается неизменной и даже растет, что явно противоречило устойчивости кеплеровских орбит, полученной на основании общепринятой теории гравитации. Для
спасения традиционной теории тяготения ученые предположили, что галактики погружены в массивные сферические оболочки «гало», состоящие из невидимого вещества (темной материи). Наблюдения показали, что в центральных областях галактик невидимой массы очень мало; практически все притяжение этих областей можно связать с обычными звездами. Но чем дальше от центра галактики, тем больше доля невидимой массы [3 , с.350].
В своей замечательной по содержанию и изложению книге В.Д.Захаров, в частности, пишет: «Оставаясь в рамках существующих теорий, астрономы могут объяснять непонятную динамику галактик только предположением, что общая тяготеющая масса во Вселенной во много раз больше, чем светящаяся. При этом компенсирующей темной материи требуется все больше при переходе ко все большим космологическим масштабам: чем дальше, тем Вселенная становится все темнее и мрачнее для познания» [1, c.245].
Авторы работы [ 4 ] считают наличие тёмной материи в галактиках и вокруг них хорошо аргументированным фактом.
Согласно современным астрофизическим наблюдениям доля темной материи во Вселенной составляет 22% (рис. 1)

Рис. 1 Состав Вселенной по данным WMAP
В настоящее время существуют несколько гипотез о природе темной материи [5, c.213].
1. Темная материя состоит из компактных космических объектов обычного вещества, таких как черные дыры, коричневые карлики, большие планеты.
- 3 -
2. Она состоит из нейтральных элементарных частиц типа нейтрино.
3. «Одним из возможных ответов может быть существование некой элементарной частицы, которая взаимодействует с обычной материей, но так слабо, что ее еще
никто не обнаружил. В настоящее время проводятся опыты по поиску таких WIMPs (слабо взаимодействующих тяжелых частиц), как их теперь называют» [6, c.40].
4. Общепринятая теория гравитации (ньютоновская и общая теория относительности) не работает на больших космологических расстояниях. «Однако не удается найти новый единый закон тяготения, объясняющий наблюдения.» [5, c.213].
5. В последнее десятилетие предпринимаются попытки разрешить проблему темной материи с помощью энергии космического вакуума [7, c.234].
Принято считать, что звездные системы и газопылевые облака вращаются вокруг центра галактики по квазикруговым орбитам в соответствии с законом Кеплера, устойчивость которых сохраняется при равенстве центростремительной силы и силы гравитационного притяжения [2 , с.318]:
mυ2 /r = GMm /r2, ( 1 )
где m и υ – масса и скорость звезды; G – гравитационная постоянная; М – масса центральной части галактики.
На основании ( 1 ) получим: υ = (GM /r)1/2, откуда следует, что скорость вращения галактических образований вокруг центра галактики должна убывать с расстоянием от центра по закону υ(r) ~ r −1/2 . ( 2 )

Рис.2 Рассчитанная и измеренная скорости вращения звезд в зависимости от расстояния до центра галактики (изображение с сайта www.astronomy.ohio-state.edu)


- 4 -
Многочисленные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что закон ( 2 ) практически всегда нарушается. Это хорошо видно на усредненном графике, приведенном на рис.2
Большинство из наблюдаемых звездных скоплений относится к галактикам спирального типа, поэтому рассмотрим структуру этих галактик более подробно.
Спиральные галактики являются самым распространенным типом галактик во Вселенной (около 50%). Они отличаются большим разнообразием структуры и размерами. Масса спиральных галактик достигает 1012 масс Солнца, а размеры до 522 тысяч световых лет (галактика NGC 6872), что в пять раз больше, чем диаметр Млечного пути. Эти звездные системы имеют массивное центральное ядро – балдж, окруженное диском со спиральными рукавами.


Рис.3 Изображение спиральной галактики М81.
Балдж имеет сходство с эллиптической галактикой, содержащей множество старых звёзд и нередко сверхмассивную чёрную дыру в центре.
- 5 -
Диск является плоским вращающимся образованием со значительным суммарным вращательным моментом, состоящим из межзвёздного вещества и рассеянных звёздных
скоплений. Диск спиральной галактики обычно окружён большим сфероидальным гало, состоящим из старых звёзд, большинство которых сосредоточено в шаровых скоплениях, вращающихся вокруг галактического центра.
Галактический диск прорезан спиральными рукавами, представляющими собой области активного звездообразования; они состоят по большей части из молодых горячих звёзд.
Абсолютное большинство наблюдаемых спиральных галактик вращается в сторону закручивания спиральных ветвей.
На рис.3 показано изображение типичной спиральной галактики М81, полученное в ультрафиолетовом диапазоне с помощью орбитального телескопа Galex (Лаборатория реактивного движения НАСА, Гарвардский астрофизический центр). Дж. Хухра и др.
Размер галактики M81, которую можно увидеть в небольшой телескоп - около 70 тысяч световых лет, она находится на расстоянии 11.8 миллионов световых лет от Земли в северном созвездии Большой Медведицы.
Звездные объекты спиральных галактик погружены в космический вакуум. В отличие от физического вакуума, плотность космического вакуума максимальна вблизи гравитирующей массы и убывает по мере удаления от нее. Поэтому в сферической галактике максимальная плотность космического вакуума будет вблизи массивного ядра, а минимальная – по периметру галактического диска, там, где спиральные рукава исчезают в бескрайней космической бездне.
В работе [ 8 ] доказано, что скорость течения времени зависит от плотности космической среды
υ t = 1/u = n /c, ( 3 )
где n – абсолютный показатель преломления света данной среды, с – скорость света в вакууме при n = 1, а u – скорость света в среде различной плотности ( u = c/n, при n = 1 u = c).
Из ( 3 ) следует, что уменьшение плотности космического вакуума вызывает замедление скорости течения времени.
Рассмотрим три идентичные звезды, расположенных в точках А, В, С, находящихся на окраинах галактики М81 (рис. 3).
Пусть в точке А n = 1, скорость света u = c = 2,99792458108 м/с, скорость течения времени υt(А) = 1/с ~ 0,333564110−8 с/м, гравитационная постоянная GА = 6,673  10 −11 м3/кгс2.
- 6 -
В точке В n = 0,5, скорость света u = 2c, скорость течения времени υt(В) = 0,51/c.
В точке С n = 0,2, скорость света u = 5c, скорость течения времени υt(С) = 0,21/c.
В работе [ 9 ] доказано, что численное значение гравитационной постоянной зависит от плотности космической среды, в которую погружен гравитирующий объект:
Gi = GА(1/n)2 . ( 4 )
Этот феномен связан с изменением скорости течения времени при изменении плотности космической среды.
Согласно ( 4 ) в точке В GВ = GА(1/n)2 = 4GА, а в точке С, GС = GА(1/n)2 = 25GА.
Следовательно, в точке В сила гравитационного притяжения со стороны звезды возрастает в четыре раза, по сравнению со звездой в точке А, а в точке С – в 25 раз.
Перейдем к рассмотрению орбитальной скорости вращения звезд в галактике. Известно, что в математическом понятии скорость – это расстояние, разделенное на время. В точке В, где n = 0,5, скорость течения времени υt(В) = 0,51/c = 0,5υt(А). Другими словами, за 1с в точке А, в точке В пройдет только 0,5с. Следовательно орбитальная скорость звезды в точке В
υ(В) = (1/n) υ(А) = 2υ(А). ( 5 )
Аналогичным образом получим орбитальную скорость звезды в точке С:
υ(С) = (1/n) υ(А) = 5υ(А). ( 6 )
Согласно формулам ( 5 ) и ( 6 ), орбитальная скорость звезд в спиральных рукавах увеличивается по мере их приближения к окраинам галактического диска. Этот феномен подтверждается астрономическими наблюдениями.
Формулы ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ) позволяют уточнить равенство ( 1 ):
m (1/n)2υ2 /r = (1/n)2GMm /r2. ( 7 )
Согласно уравнению ( 7 ) по мере падения плотности космической среды на окраинах галактики орбитальная скорость звезд возрастает, при этом увеличивается сила гравитационного притяжения, удерживающая их на орбите.
По словам Олега Фейгина «Вопрос существования темной материи до последнего времени вызывал ожесточенные споры среди ученых. Одни говорили, что это призрачный миф, другие, напротив, считали ее существование закономерным» [ 10, с.137].
Известный американский астроном Вера Рубин из Института Карнеги в Вашингтоне, которая была одной из первых, кто провел точные и надёжные вычисления в 70-е годы прошлого века, указывающие на наличие скрытой массы, предпочитала модифицированную ньютоновскую динамику как причину найденного ей эффекта. На конференции Американского Астрономического Общества в 1975 году она, в частности, сказала: «Если

- 7 -
бы я выбирала, то я бы хотела открыть, что это именно ньютоновские законы должны быть изменены для правильного описания гравитационных взаимодействий на больших расстояниях. Это более привлекательно, чем Вселенная, наполненная новым типом субядерных частиц».
Как видим, она оказалась права. Новая формула небесной механики ( 7 ) подтверждает ее мысли.
Скоро, в 2022 г., исполнится сто лет с момента открытия невидимой скрытой галактической массы. Надеюсь, что настоящая статья станет светом в конце тоннеля, длиною почти в сто лет. Уверен, что дальнейшие исследования в этом направлении позволят ученым достичь истины и заменить вопросительный знак в вопросе о природе «темной материи» на точку.

ЛИТЕРАТУРА
1. Захаров В.Д. Тяготение. От Аристотеля до Эйнштейна.- М.: БИНОМ. Лаборат.
знаний 2003.- 279 с.
2. Баранников А.А., Фирсов А.В. Основные концепции современной физики.- М.:
Высшая школа,2006.- 352 с.
3. Сурдин В.Г. Вселенная от А до Я.- М.: Эксмо, 2013.- 480 с.
4. Засов А В, Сабурова А С, Хоперсков А В, Хоперсков С А "Тёмная материя в
галактиках" УФН 187 3–44 (2017).
5. Гриб А.А. Концепции современного естествознания.- М.: БИНОМ. Лаборат.знаний,
2003.- 312 с.
6. Чарап Дж. М. Объяснение Вселенной. Новая эра физики.- М.:Техносфера,2007.-192 с.
7. Черепащук А.М., Чернин А.Д. Вселенная, жизнь, черные дыры.- Фрязино: ВЕК 2,
2004.- 320 с.
1. 8. Черний А.Н. О скорости течения времени в ускоренно расширяющейся Вселенной //
2. Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка.- № 1, 2017.- С 3 – 5.
9. Черний А.Н. Об изменении численного значения гравитационной постоянной в
ускоренно расширяющейся Вселенной // Известия вузов «Геодезия и
аэрофотосъемка.- № 3, 2017.- С 3 – 5.
10. Фейгин О.О. Большой взрыв.- М.: Эксмо, 2009.- 224 с.



Подписи к рисункам:
Рис. 1 Состав Вселенной по данным WMAP
Рис.2 Рассчитанная и измеренная скорости вращения звезд в зависимости от расстояния до центра галактики (изображение с сайта www.astronomy.ohio-state.edu)
Рис.3 Изображение спиральной галактики М81.

Рисунки см. на вкладках:
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3










Свидетельство о публикации №289648 от 7 ноября 2017 года



Голосование:

Суммарный балл: 0
Проголосовало пользователей: 0

Балл суточного голосования: 0
Проголосовало пользователей: 0

Голосовать могут только зарегистрированные пользователи

Вас также могут заинтересовать работы:



Отзывы:


Оставлен: 08 ноября ’2017   01:30
Я не специалист.Но,недавно прошла информация,что космическое пространство состоит из 90 процентов тёмной материи.

Оставлен: 04 декабря ’2017   17:00
Вы наверное опечатались про 1012 солнечных масс в спиральной галактике, да ещё и как верхний предел их массы, столь ничтожную по галактическим масштабам цифру приведя. Понимаю, что я скорее всего чего то недопонял, но расположение на рис 3 пунктов A. B. C. наверное должно быть обратным, и тяготение (с сопутствующим замедлением времени) возрастать ближе к центру галактики, в объятьях более "концентрированных" (если можно так выразится) гравитационных взаимодействий. Роль коэффициента оптического преломления, который вовсе не привязан к плотности среды, и скажем к примеру, одинаков для алмаза и воды, к тому же от длины волны зависит, для меня осталась загадкой. А кстати среди приведённых в начали статьи пяти ранее устоявшихся гипотетических объяснений, версия, что тёмная материя представлена, не особо излучающими (в отличии от звёзд) объектами обычной материи, и прежде всего ЧЁРНЫМИ ДЫРАМИ (в состоянии покоя, когда им нечего поглощать, и они не семафорят рентгеновским излучением), мне кажется первоочередной, так сказать лежащей на поверхности в соответствии с принципами БРИТВЫ ОККАМА, и уж если будет исключена, на очереди другие объяснения.

Оставлен: 04 декабря ’2017   18:36
Принцип бритвы Оккама, говорит в пользу объяснения лишней массы, массой незримых чёрных дыр, и всё таки мне больше мои смутные намётки по этой теме нравятся (без ложной скромности), представленные в работе "Правка на тёмную материю" (в этой рубрике на соседней странице), там попытался объяснить стабильность вращающихся галактик, меньшей, чем визуально кажется, скоростью движения материи в них относительно полотна пространства-времени, следовательно предполагаются меньшие центробежные силы, подробнее соображения дилетанта в той работе изложенны.


Оставлять отзывы могут только зарегистрированные пользователи
Логин
Пароль

Регистрация
Забыли пароль?


Трибуна сайта

Agniya Barrley- Белое- Черное

Присоединяйтесь 




Наш рупор











© 2009 - 2019 www.neizvestniy-geniy.ru         Карта сайта

Яндекс.Метрика
Реклама на нашем сайте

Мы в соц. сетях —  FaceBook ВКонтакте Twitter Одноклассники Инстаграм Livejournal

Разработка web-сайта — Веб-студия BondSoft