Някои въпроси за размерността на Вселената
Да си представим сфера с много голям радиус R, вътре в която се намират огромен брой звезди N >>> 1. Логично е, че числото N трябва да расте с увеличаването на радиуса на сферата. Интересува ни точно тази зависимост N(R). Ако звездите, галактиките и мъглявините са разпределени във Вселената равномерно с някаква постоянна плътност, то броя на звездите в сфера с радиус R би бил пропорционален на обема на тази сфера или:
N R 3
Някои астрономически наблюдения (в областта на Голямата Мечка) показват, че
N R D , където D е около 1.23…
С други думи, тази хаусдорфова размерност е доста по-близо до 1, отколкото до 2. Това означава, че космосът е почти едномерен. Според други размерността е около 2.6, а според трети – тя е неравномерна, постепенно намаляваща, заедно с разширяването на нашата Вселена .
Моделът на Фурние
Този парадокс може да намери обяснение с модела на Вселена с йерархична фрактална структура, предложен от Е.E. Фурние д’Албе (E. Fournier d’Albe) през далечната 1907 г., доста преди Манделброт и бума на интерес към фракталите. Според него Вселената е огромен октаедър. Всеки връх на гигантската “снежинка” представлява миниатюрно копие на голямата “снежинка” и тези миниатюрни копия на свой ред са сформирани от все по-малки “снежинки” и т. н. в безкрайна йерархия.
Галактиките са обединени в натрупвания с радиус R1 по 7 галактики във всяка формация. Hа свой ред, седем такива натрупвания по аналогичен начин са обединени в едно супеpнатрупване с радиус R2. След това по същия принцип от седем супернатрупвания се построява едно супер супер натрупване с радиус R3, пpи това R3/R2 = R2/R1 =7 и т.н.
В резултат на многократното повторение на този процес възниква самоподобна фрактална структуpа. |
От тази схема е очевидно, че броя на звездите в натрупванията с радиус R са седем пъти повече от броя на звездите в натрупванията с радиус R/7.
N(R)=7N(R/7) |
Ако положим в N R D , ще получим D = 1. По този начин излиза, че Вселената на Фурние е едномерна. Числото 7, не играе принципна роля. На негово място може да е което и да е друго число. Варирайки със съотношението между размерите на формациите и броя на елементите в тях, може да се построят фрактални модели на Вселената с други, близки до единица размерности на D.
Фрактална ли е Вселената
Беноа Мандельброт – човекът, измислил термина “фрактал”, – сравнява структурата на Вселената с перест облак. По негови думи, целия свят е организиран по фрактален принцип. Мирозданието има “влакнеста” структура, напомняща корона на дърво или бронхи на бял дроб. Ако това действително е така – а много факти говорят в полза на тази хипотеза, това ще има много фатални последствия за доминиращите досега теории за произхода и същността на Вселената.
Последователното увеличаване на парче от звездното небе дава всеки път подобна картина, характеризира космоса като една фрактална система. Снимките са от спектрален анализ на емисии въглерод. |
Космическата йерархия
Космосът несъмнено притежава първият признак на фрактална структура: вложената йерархична организация. От елементарните частици до гигантските галактически струпвания виждаме една йерархична организация в доста висока степен стратифицирана, което означава, че няколко класа обекти, запълващи ограничени сегменти от йерархията доминират по маса и брой. Например, фактически цялата забележима маса е блокирана в атомите, а де факто тяхната маса, на свой ред, е концентрирана в звездите, и фактически всички звезди са събрани в галактики. И така, при първо приближение, частта от Вселената, която може непосредствено да се наблюдава е организирана в дискретна йерархия:
- звезди
- галактики
- кълбовидни галактически струпвания
- суперформации от галактики във вид на гигантски сапунени мехури, често вложени един в друг . Открити са 1986г. от американските астрономи Маргарет Хелер и Джон Хахра. Една от огромните космически формации е “Великата стена”, открита през 1989 г. в небето на Северното полукълбо. Размерите на тази “стена”, състояща се от много хиляди галактики, е 500 х 200 х 15 мил. светлинни години. Тя съдържа около 5 – 10 % от цялата материя на Вселената.
Тази карта е съставена по резултати от Програмата за автоматично търсене на галактики (APM – Automatic Plate Measuring), осъществена в началото на 1990-те г. В изобразената област с размер 100 градуса се намират повече от 2 милиона галактики. Анализът на получените данни довел до много научни открития, в това число до признанието на факта, че Вселената е нееднородна и в големи мащаби.
Имало ли го е Големия взрив
Предположението, че Вселената е хомогенна и изотропна в големи мащаби е основния космологичен принцип. Той звучи така: Вселената е хомогенна (всяка голяма и произволно избрана област не се различава от други произволно избрани области) и изотропна (еднаква във всички посоки). С други думи две огромни области в две противоположни посоки са неразличими една от друга.
Лежащата във фундамента на съвременната космология идея за раждането на Вселената в някакъв много малък обем и последващото го разширение на пространството за първи път била изказана от А.А. Фридман въз основа на постулата за еднородност. Изведените от него формули са верни само за еднородна Вселена.
Постулатът за еднородност е използван и от Г. Гамов в своята теория на “горещия взрив” и последващата го кондензация на атомно вещество в постепенно изстиващия и разширяващ се свят. Така че, ако постулатът е неверен, то всички наши представи за пространственно-времевите свойства и произхода на Вселената ще са само някакво твърде грубо приближение до реалното положение на нещата. |
Мащабният коефициент на космическата йерархия
Не можем да очакваме от реалната Вселена физически значителна степен на самоподобие, точен фрактал на Фурние. Но Роберт Олдершоу (Robert L. Oldershaw) предлага една по неговите думи “отвратителна” (repugnant) идея за аналогия между атомите и звездните системи. Атомите имат радиуси от порядъка на 10-8 cm и ако се вземе като типичен радиус за звезда 5×109cm, изследователят приема K=5×1017 за мащабен коефициент. По долу прилагам таблица, в която се сравняват параметрите на два може би наистина самосходни обекта – атомните ядра и неутроните звезди. Ако умножим стойностите на параметрите на атомното ядро с мащабния коефициент K получаваме с поносима точност параметрите на неутронните звезди:
параметри | атомно ядро | неутронна звезда |
радиус | 1012cm | 1012xK=5×105cm=5km |
период на въртене – спин | от 10-19 до 10-20sec | от 10-2 до 10-1sec |
период на осцилация | от 10-22 до 10-21sec | от 10-4 до 10-3sec |
Атомните радиуси се колебаят от около 10-9 cm за най-малките до 10-4 cm за най-големите атоми. Умножавайки с мащабния коефициент K, получаваме радиуси, колебаещи се приблизително от 109 cm (звезди-джуджета) до 1014cm (звезди – гиганти). Възбудените атоми могат да действат като малки осцилатори с типичен диапазон на периода на осцилация от 10-16 сек до 10-10 sec. Гигантските звезди-пулсари се характеризират с редовни пулсации с периоди, колебаещи се от минута до година, в добро съгласие с очакваното мащабиране.
Вероятно тази аналогия няма да се потвърди за всички обекти, но трябва се има предвид, че атомните ядра, атомите, компактните звезди, основните звезди, за които теорията на Олдершоу е в сила са основните компоненти, представляващи 99.99% от забележимата Вселена.
На пръв поглед за мнозина тази хипотеза може да изглежда фантастична и наивна, но когато цифрите говорят…
Кой направи всичко това?
На разстояния по-малки от няколко десетки мегапарсека (мегапарсек — 3 х 1019 км – светлинен лъч изминава това разстояние за повече от 3 мил. години) веществото е разпределено явно нееднородно. Галактиките се обединяват в натрупвания, които на свой ред са обединени в пространствено обособени групи. Неотдавна били публикувани наблюденията на група холандски и италиански учени за това, че даже на разстояния от 4000 мегапарсека разпределението на галактиките и струпванията им се оказват все така нееднородно. Кои сили са отговорни за крупномащабната йерархия на материалните структури?
Днес са известни четири типа сили, с помощта на които физичната наука обяснява всички явления на окръжаващия ни свят: слаби, силни ядрени, електромагнитни и гравитационни. Те са, по всяка вероятност, проява на едно и също поле, както електричеството и магнетизмът са две “страни” на електромагнитното поле. От гледна точка на крупномащабните структури на Вселената всичките тези сили, даже проникващата дълбоко в космоса гравитация, са близкодействащи и стават пренебрежимо малки (зануляват се) вече на разстояния по-големи от десетина мегапарсека. Какво тогава поражда йерархията на крупномащабните структури материя?
Може би, това е следствие от някакви ултраслаби взаимодействия, неуловими от нашите прибори и извънредно бавно намаляващи с увеличаване на разстоянията? Или са принципно нови форми организация на материята?
Фракталите имат склонност към повторение на своята структура на всеки нов етаж, затова не може ли да се получи така, че на някакво много голямо разстояние плътността на веществото на Вселената отново да започне да нараства, повтаряйки структурата на атома, където между централното ядро и периферната обвивка има “пролука” в плътността, с много порядъка превъзхождаща по своята големина размера на ядрото? Свръхатомна материя, живееща в извънредно забавен от наша гледна точка темп.
Но тук вече сме далече от рамките на съвременната наука и на науката въобще, това е литература…
Вашият коментар