24. Роль гравитационных и центробежных сил в расширении и сжатии физической вселенной

Третье условие расширения и сжатия физической Вселенной: гравитационные и центробежные силы, ([23] стр. 288-299).

Известно, что центробежные силы, которые действуют на частицы физического тела, стремятся расширить данное тело. И наоборот, центростремительные силы, действующие на частицы тела, стремятся сжать данное физическое тело. Составим условие равновесия центробежных и центростремительных сил для шарообразного физического тела с массой M и радиусом R, вращающегося с угловой скоростью ? вокруг некоторой центральной оси. При этом будем предполагать, что любая частичка на поверхности данного тела притягивается к ее центру только лишь гравитационной силой и отталкивается от него только лишь центробежной силой вращения. Из этого условия найдем гравитационные характеристики Вселенной:

Здесь G – гравитационная постоянная.

Если центробежные силы вращения уравновешены центростремительными силами гравитации в соответствии с формулами (23), то соответствующие характеристики вращающейся модели – такие, как плотность p_g, радиус Rg, угловую скорость ?_g и окружную скорость V_g – мы называем гравитационными.

Если v = с, то гравитационные характеристики становятся критическими, ибо скорость v не может стать больше критической (световой) скорости с.

В уравнения (23) подставим максимально возможное значение экваториальной скорости v, равное скорости света с, и найдем критические характеристики Вселенной:

В связи с этим гравитационные характеристики (23) вращающегося тела мы называем в то же время критическими, если окружная скорость v равна световой (критической) скорости с. Если же окружная скорость больше световой скорости или если гравитационный (или текущий) радиус меньше критического радиуса, то такую ситуацию мы называем сверхкритической.

Сверхкритическая ситуация не может быть реализована практически без аннигиляции энергии. И если v_g > с, то это вовсе не означает, что окружная скорость v якобы стала больше скорости света. Это означает только лишь то, что при R_g < R_cr для уравновешивания центробежных и центростремительных сил необходимы сверхсветовые скорости, которых в нашем вещественном мире нет и не может быть.

Шаровую поверхность физического тела, радиус которой равен критическому радиусу, принято называть сферой Шварцшильда, в честь немецкого ученого К. Шварцшильда (1873 – 1916), ([52], стр. 175).

Таким образом, гравитационные характеристики Вселенной не обязательно должны быть критическими. Но критические характеристики всегда являются гравитационными.

Расширение Вселенной возможно только лишь при условии, что

где ? – скорость вращения Вселенной вокруг своей собственной оси, a v – окружная скорость на ее периферии. Если условие (25) соблюдается, то расширение Вселенной может произойти даже тогда, когда действительная скорость v значительно меньше критической скорости с, но больше гравитационной скорости хотя бы на сколь угодно малую величину.

Если экваториальная скорость Вселенной v меньше скорости света с, то гравитационный радиус всегда больше критического радиуса, а гравитационная плотность всегда меньше критической плотности. Поэтому если текущий радиус больше гравитационного радиуса, то рассматриваемая модель расширяется. Если текущий радиус больше критического, но меньше гравитационного радиуса, то вопрос о статическом равновесии, некатастрофическом сжатии или возможном расширении определяется другими (дополнительными!) факторами. Если текущий радиус меньше критического радиуса, то имеет место гравитационный коллапс и катастрофическое сжатие.

Если средняя плотность меньше гравитационной плотности, то рассматриваемая модель расширяется. Если средняя плотность меньше критической, но больше гравитационной плотности, то модель может сжиматься, расширяться или быть в состоянии статического равновесия в зависимости от других (дополнительных!) факторов. Примерами таких моделей, которые находятся в состоянии статического равновесия, являются атомы, Земля, Солнце и т. д. Если же средняя плотность больше критической плотности, то имеет место гравитационный коллапс и катастрофическое сжатие.

Вселенная ныне расширяется потому, что ее текущий радиус больше не только критического, но и гравитационного радиуса, а ее средняя плотность меньше не только критической, но и гравитационной плотности.

Гравитационный коллапс и катастрофическое сжатие имеет место в сверхкритической ситуации, когда средняя плотность больше критической плотности или текущий радиус меньше критического радиуса:

Гравитационный коллапс и катастрофическое сжатие шарообразного физического тела (в данном случае речь идет о Вселенной) происходит только лишь в том случае, если его радиус меньше критического радиуса или если средняя плотность больше его критической плотности.

Скорость движения вещественной частицы физически не может превышать критическую (световую) скорость без аннигиляции (исчезновения) материи. Поэтому если масса коллапсирующего тела превышает удвоенную массу нашего Солнца, то гравитационное сжатие будет протекать до полного исчезновения коллапсирующего тела в черной космической дыре. Для этого случая в природе не существует сил, которые могли бы остановить катастрофическое сжатие и спасти коллапсирующее тело от полного физического исчезновения.

Если

то сжатие Вселенной оказалось бы некатастрофическим, которое в определенных условиях может перейти в расширение.

Если средняя плотность Вселенной больше критической хотя бы на сколь угодно малую величину, то она обязана сжиматься. Если же средняя плотность Вселенной меньше критической, то расширение Вселенной является возможным, но не обязательным. Последнее положение выражает всего лишь необходимое (но недостаточное!) условие, при котором расширение может произойти. Для расширения Вселенной необходимо превышение центробежных сил над гравитационными. А это возможно только лишь тогда, когда средняя плотность Вселенной меньше не только критической, но и гравитационной плотности, см. формулу (25).

Кроме того, это условие ни в коей мере не является источником расширения Вселенной хотя бы даже потому, что физическое пространство не может расширяться без притока отрицательной энергии, а галактики не могут расходиться без притока положительной энергии, подобно тому, как спутник не может оторваться от своей орбиты без дополнительной энергии, которая необходима для увеличения его окружной скорости.

«Научный» атеизм и «диалектический» материализм безосновательно считают, что Вселенная якобы расширяется, потому что средняя плотность Вселенной меньше критической [44, 90, 91].

Например, для водорода радиус атомного ядра (R = 1,3?10^-13см) больше его критического радиуса (R_cr = 25?10^-53 см), а плотность его атомного ядра (р =0,18?10¹² кг/см³) значительно ниже его критической плотности (р_сг = 26?10¹²⁶ кг/см³). Однако это вовсе не означает, что атомное ядро должно якобы расширяться. Окружное движение элементов ядра, а следовательно, и центробежные силы – весьма малы по сравнению с силами гравитационного притяжения. Тем не менее если атомное ядро сжать до его сверхкритической плотности, то оно будет коллапсировать даже в лабораторных условиях.

Критический радиус человека (М = 80 кг) в 10¹⁰ раз меньше ядра атома и равен: R_cr = 1,2·10^-23 см. Критическая плотность тела человека (р_сг = 10⁷⁰ кг/см³) в 10⁵⁸ раз больше ядерной плотности. Однако это вовсе не означает, что человеческое тело по этой причине должно якобы расширяться, подобно Вселенной.

Действительный радиус Земли (R = 6370 км) больше ее критического радиуса (9?10^-6 км) в 716· 10⁶ раз. Действительная плотность Земли (0,0055 кг/см³) меньше ее критической плотности (2?10²⁴ кг/см³) в 364?10²⁴ раз. Однако это также вовсе не означает, что Земля по этой причине должна якобы расширяться, подобно Вселенной, ибо экваториальная скорость вращения Земли вокруг своей собственной оси v равна всего полкилометра в секунду. Для такого рода расширения Земли эта скорость должна превышать 11 км/сек (так называемая вторая космическая скорость у поверхности Земли). Тем не менее если Землю сжать до ее сверхкритической плотности, то она будет коллапсировать и исчезнет в своей собственной черной космической дыре.

Действительный радиус Солнца (R = 696 000 км) больше его критического радиуса (3 км) в 232?10³ раз. Дествительная плотность Солнца (0,0014 кг/см³) меньше его критической плотности (18?10¹² кг/см³) в 12,86?10¹⁵ раз. Однако и это вовсе не означает, что Солнце по этой причине должно якобы расширяться, подобно Вселенной, ибо экваториальная скорость вращения Солнца вокруг своей собственной оси v равна всего 2 км/сек ([90] стр. 124). Для такого рода расширения Солнца эта скорость должна превышать 614 км/сек. Чтобы разогнать вращение Солнца до такой скорости, необходима дополнительная энергия. Тем не менее если Солнце сжать до его сверхкритической плотности (до радиуса = 2,9 км), то Солнце будет коллапсировать без всяких дополнительных условий до тех пор, пока оно полностью не исчезнет в своей собственной черной космической дыре.

То же самое можно сказать и о Вселенной: если ее средняя плотность окажется выше критической, то ничто ее не спасет от гравитационного коллапса, для которого это условие является не только необходимым, но и достаточным. Она катастрофически будет сжиматься до тех пор, пока полностью не исчезнет в черной дыре. Однако если средняя плотность Вселенной меньше критической, то одного этого вовсе недостаточно для того, чтобы Вселенная расширялась, ибо у нас нет совершенно никаких оснований даже предполагать, что окружная (а не радиальная!) скорость периферии Вселенной якобы всегда равна скорости света.

Поэтому если средняя плотность Вселенной меньше критической, но если окружные скорости ее элементов достаточно малы, то никакого расширения Вселенной не будет. Расширение Вселенной возможно только лишь при дополнительном условии, что окружные скорости поддерживаются достаточно высокими, хотя бы на периферии Вселенной. А это возможно только лишь в том случае, если во Вселенной рождается энергия. Мощными источниками такого рода энергии на периферии нашей Вселенной являются ныне квазары.

Таким образом, третьим условием расширения Вселенной является превышение центробежных сил вращения над центростремительными силами гравитации.