Вселенские колебания

В 1995 году американский физик Рэнделл Миллс опубликовал книгу, в которой предсказал ускоренное расширение вселенной. Через два года две команды исследователей, Supernova Cosmology Project и High-Z, независимо друг от друга искали на небе сверхновые звёзды типа Iа. Спектр их вспышек принимался за образец, исходя из которого можно по величине красного смещения уточнить характер расширения вселенной сегодня, тысячи и миллионы лет назад.

Учёные пытались выяснить, в каком темпе замедляется материя после изначального большого взрыва. По этому показателю они хотели сопоставить массу и момент движения материи во вселенной, чтобы понять, каков сценарий дальнейшего развития: будет ли вселенная расширяться вечно или в какой-то момент остановится и начнёт сжиматься?

Обе команды были ошеломлены, получив отрицательный момент движения: вселенная расширяется с ускорением! Узнав об этом, Рэнделл Миллс обрёл ещё одно подтверждение своим теориям. А среди них, между прочим, есть очень интересный для энергетики принцип сохранения пространства-времени.

Вездесущий КПД

В нашей отрасли всё основано на законе сохранения энергии. Практически в каждом профессиональном разговоре звучит термин «удельный расход топлива» или «КПД». На электростанциях постоянно идёт борьба за повышение КПД. Его прирост на доли процента считается результатом хорошим, а на несколько единиц - просто великолепным. Однако на космическом уровне закон сохранения энергии не подтверждается, поскольку неизвестно, откуда берётся энергия для ускоренного расширения вселенной. Впрочем, учёные пытаются объяснить этот феномен с помощью тёмной материи и сопутствующей ей тёмной энергии.

Добавим гравитации

Согласно Миллсу для превращения кванта света в пару частиц (например, в электрон и позитрон) пространство должно сжаться, создав гравитационное поле вокруг каждой из рождённых частиц. А когда частица и античастица встретятся и аннигилируют, снова образуя фотон, пространство должно релаксировать. В такие моменты масса превращается в электромагнитную энергию, вычисляемую по эйнштейновскому соотношению e=mc².

Пространство то и дело расширяется в одних местах и сжимается в других, но в целом, поскольку частицы и свет никуда не исчезают, а только превращаются друг в друга, Рэнделл Миллс говорит об общем законе сохранения пространства-времени.

Надо сказать, что само понятие пространства-времени довольно странное. Это не предмет, а пустота. Тем не менее пространство-время можно охарактеризовать через математическое описание процессов движения в нём объектов. Похожим образом описывается, например, стандартное резьбовое отверстие. Пусть оно пустое, но в него можно вкрутить винт М4 на глубину 10 мм.

Взгляните на небо. Что вы увидите? Мерцающие звёзды. Это термоядерные фабрики вселенной, которые «переваривают» материю и испускают свет. Например, наше скромное Солнце ежесекундно сжигает около 620 миллионов тонн водорода, превращая его в гелий. Разница в массе потраченных и полученных элементов переходит в световую энергию, одновременно ослабляя гравитацию звезды. При этом, согласно Миллсу, чтобы общее количество энергии оставалось неизменным, каждая звезда должна немного «давить» на пространство вокруг, расширяя его. В галактике миллиарды звёзд, а во вселенной - бесчисленное количество галактик. Все они как бы отталкивают друг друга.

Иными словами, Рэнделл Миллс предположил, что вселенная сама себя активно раздувает. Её ускоренное расширение объясняется самым распространённым в космосе физическим процессом - реакцией термоядерного синтеза.

Дыхание космоса

Что произойдёт через миллиарды лет? Небесные огни будут гореть, увеличивая пространство, а заодно и его временное измерение в световых годах. Звёзды будут стареть и выгорать, лишаясь лёгкой материи. Какие-то из них вспыхнут как сверхновые. Их остатки снова преобразуются в звёзды, и они тоже пройдут свой жизненный цикл в галактиках, несомых расширяющимся пространством. Материи станет меньше, причём значительная часть водорода будет заменена на более тяжёлые элементы, которые образуются в недрах звёзд.

Впоследствии нейтронные звёзды остынут, чёрные дыры разрастутся и аннигилируют в неистовых взрывах. Галактики начнут сжиматься и темнеть. Миллс вычислил, что расширение прекратится, когда вселенная достигнет своего максимального размера - 312 миллиардов световых лет, что примерно в 22 раза больше, чем сегодня.

Далее «отлив» сменится «приливом». Световое излучение, пронизывающее облака пыли и газа, рождает всё больше новых элементарных частиц. При каждом их порождении пространство немного сжимается, в результате чего образуется дополнительная гравитационная сила. Отдельные элементарные частицы соединяются в атомы, которые усиливают оставшиеся туманности, поглощающие всё больше света.

Сжатие вселенной будет ускоряться. На созданном в туманностях водороде зажгутся новые звёзды. Сформируются новые галактики. Причудливо взаимодействуя, они объединятся в кластеры и суперкластеры, так что небеса снова засияют ярким светом. В этот момент вселенная перестанет сжиматься.

В зрелых (горячих и плотных) галактиках постоянно рождаются новые звёзды. Масса материи увеличивается. Вселенная снова начинает расширяться. Поначалу медленно, затем - всё быстрее и быстрее...

Согласно Миллсу вселенная «дышит» - то расширяется, то сужается

Таким образом, космологическая модель Миллса предполагает циклическое изменение размеров вселенной. Она то увеличивается, то сокращается (см. рисунок). Имея ограниченные размеры, вселенная существует вечно. Подробности смотрите, щёлкнув здесь.

Звёздная синхронизация

Смысл слова «время» в названии закона сохранения пространства-времени проще всего показать на примере. Астроном Майкл Хокинс из Королевской обсерватории в Эдинбурге практически всю свою научную жизнь посвятил исследованию квазаров. К 2001 году он почти за четверть века собрал данные о четырёх сотнях квазаров. Разделив их на группы по периодичности мерцания, учёный попытался найти статистическую зависимость между этим показателем и расстоянием до квазара, вычисленным по красному смещению. К большому удивлению Хокинса никакой закономерности не обнаружилось. Несмотря на то что далёкие квазары удаляются от Земли с большей скоростью, а близкие - с меньшей, на частоту мерцания это никак не влияет. То есть масштаб времени во вселенной сохраняется.

* * *

Стоит отметить, что законы термодинамики, игнорирующие космическое превращение энергии в материю, лучше приспособлены для фазы расширения вселенной, чем для фазы сжатия, в пределах которой повышение энтропии случается чаще.

В свете теории Миллса становится понятным знаменитое высказывание Николы Теслы: «Наш мир погружён в огромный океан энергии. Мы летим с непостижимой скоростью в бесконечном пространстве. Всё вокруг вращается, движется, всё представляет собой энергию. Перед нами грандиозная задача - найти способы её добычи. Тогда, извлекая её из этого неисчерпаемого источника, человечество будет продвигаться вперёд гигантскими шагами».

Опираясь на свою теорию, Миллс создал принципиально новые источники энергии, о которых мы уже рассказывали читателям (чтобы ознакомиться с этими генераторами, щёлкните здесь).

При подготовке статьи использована книга Бретта Холверстотта «Рэнделл Миллс и поиск энергии гидрино».