Физический вакуум и космическая анти-гравитация

---

<< 6. Что открыл Хаббл? | Оглавление | 8. Внутренняя симметрия >>

7. Вакуум вблизи нас

Приведем самые свежие наблюдательные данные о движениях галактик в местном объеме, которыми располагает группа И.Д. Караченцева в САО РАН. Основной результат таков: на гораздо большем наблюдательном материале, чем тот, который был в распоряжении Хаббла в 1929 г., и с гораздо более высокой степенью точности подтверждено и продемонстрировано существование регулярного потока расширения с линейным законом скорости для расстояний от 2 до 8 Мпк.

Группа Караченцева [34] представила недавно два варианта хаббловской диаграммы (Рис.3, 4). Первый из них (Рис.3) включает в себя данные о движениях 145 галактик до расстояний 8 Мпк (по большей части это оригинальные результаты наблюдений). Скорости измерены с точностью не хуже 5 км/сек, точность расстояний 20 %. Скорости даны в системе отсчета центра масс Местной Группы. Эта группа включает в себя нашу Галактику и сравнимую с ней по массе гигантскую галактику Андромеда, находящуюся от нас на расстоянии 700 кпк; эти две галактики составляют основную массу группы. В группе имеется еще 2-3 десятка менее массивных галактик, среди которых большинство составляют совсем небольшие галактики-карлики. Общий размер Местной Группы приблизительно 1 Мпк. Подавляющее большинство других галактик, находящихся вне Местной группы на расстояниях до 8 Мпк (а их там не меньше двух сотен), это тоже карлики. Измеренная по данным о 145 галактиках постоянная Хаббла составляет км/сек/Мпк, что практически совпадает с `глобальным' значением этой величины, измеренным на масштабах в тысячи Мпк.

Дисперсия скоростей 145 галактик составляет 74 км/сек; часть этой величины обусловлена ошибками наблюдений, часть движениями галактик в составе их групп; но она может также отражать реальную анизотропию разбегания всей совокупности галактик в данном объеме. С точки зрения той проблемы, которую мы здесь обсуждаем, показательно, что величина дисперсии сравнима с регулярной линейной скоростью расширения до расстояний около 2 Мпк и заметно меньше регулярной скорости для расстояний от 3 до 8 Мпк. Средняя амплитуда отклонений от линейной регулярности, вычисленная для всего этого объема, не превышает 10 %.

Особенно интересна для наших целей диаграмма (Рис.4) для 20 галактик с высокоточными, не хуже 7 %, определениями расстояний [34]. Это галактики-карлики, находящиеся от нас на расстояниях не дальше 3 Мпк и, за редким исключением, не входящие в группы; их кинематика отражает в наиболее чистом виде динамическую обстановку в нашем ближайшем окружении. Не искаженные участием во внутригрупповых движениях, скорости этих галактик обнаруживают поразительно малый разброс вокруг линейного закона - всего 25 км/сек. Это первая надежная оценка хаотических движений галактик местного объема, которая заведомо превышает ошибки наблюдений (около 15 км/сек). И как мы видим, поток этих галактик еще спокойнее и холоднее, чем и так уже далеко не бурный общий поток во всем объеме до 8 Мпк. С точки зрения динамики, эти галактики служат в качестве очень хорошего измерительного инструмента для анализа поля скоростей, а значит и поля тяготения в местном объеме.

Высокая степень регулярности движений этих ближних галактик резко контрастирует с крайней степенью нерегулярности, сильной неоднородностью их пространственного распределеня. По данным группы Теерикорпи и Патуреля [24,35], особенно сильные нерегулярности и неоднородности наблюдаются как раз в пределах 2 - 3 Мпк, а дальше они постепенно сглаживаются (в среднем по возрастающим объемам), оставаясь, однако, и там далеко не слабыми, вплоть до расстояний в 200 Мпк.

Из всей этой наблюдаемой картины напрашивается один вывод: кинематика галактик в местном объеме имеет мало общего с их пространственным распределением. Кинематика исключительно регулярна, тогда как пространственное распределение сильно неоднородно как в этом объеме, так даже и в более обширных объемах вокруг нас. За наблюдаемой кинематикой галактик стоит динамика, которая, следовательно, с распределением масс галактик фактически не связана.

Но если не массы самих галактик, то что же тогда управляет движением этих тел в местном объеме? Такова новая физическая постановка вопроса о природе локального хаббловского потока.

В духе новейших открытий в космологии можно предположить, что хаббловским потоком управляет космологический вакуум. Такой ответ [36,37] предполагает трактовку космологического ускорения в духе космологической постоянной, т.е. вакуума (об альтернативной интерпретации в духе гипотетической квитэссенции упомянуто выше и мы еще скажем о ней далее).

Согласно наблюдениям, в окружающем нас объеме с расстояниями до 3-5 Мпк подавляющая доля всей не-вакуумной материи концентрируется к Местной группе. Масса Местной группы это фактически суммарная масса барионов нашей Галактики и Андромеды плюс превышающая последнюю раз в 10 темная материя, которая заполняет протяженные массивные гало этих двух галактик. Полная не-вакуумная масса Местной группы солнечных масс [7,34], и она сосредоточена в объеме с размером приблизительно в 1 Мпк.

Для оценки динамической картины в масштабах от 1 до 8-10 Мпк сравним две величины: силу отталкивания, создаваемую вакуумом на некотором расстоянии от центра масс Местной группы, и силу притяжения, создаваемую на том же расстоянии суммарной массой Местной группы. Сила отталкивания такова:

Здесь - полная эффективная масса вакуума в сфере радиуса ; эта масса равна эффективной гравитирующей плотности вакуума, умноженной на объем этой сферы. Сила записана в расчете на единицу массы, т.е. это ускорение.

Для грубой оценки силы притяжения, создаваемой массой Местной группы, пренебрежем несферичностью распределения полной массы; в действительности это, конечно, не сфера а скорее гантель, но разница в оценке все равно невелика, как легко проверить, для тех расстояний, которые получатся в ответе. Не станем также добавлять к массе Местной группы массы других галактик в объеме с радиусом , - это тоже не сильно изменило бы результат. Тогда в этом первом и главном приближении

Здесь . Две силы (19) и (20) сравниваются по абсолютной величине при Мпк, а на еще больших расстояниях доминирует анти-гравитация вакуума.

Наша оценка, конечно, грубовата, но зато очевидна, надежна и устойчива по сути. Нетрудно сделать и более рафинированный расчет; можно построить, например, семейство поверхностей одинакового ускорения в местном объеме и найти ту из них, на которой радиальная компонента ускорения обращается в нуль. Эта поверхность в действительности не сильно отличается от сферы радиуса 2-3 Мпк. А поверхности еще большего размера и вообще практически перестают отличаться от сфер, так что для расстояний в 4-5 Мпк и более имеет место почти строго (с точностью не хуже 20-30 %) сферически-симметричное ускорение. И на этих расстояниях полностью доминирует вакуум.

В регулярном сферически-симметричном поле ускорений на расстояниях 3-4 Мпк и более естественно ожидать и регулярного движения пробных тел, каковыми являются маломассивные галактики на Рис.4, да и вообще все галактики местного объема. Но именно так реально и выглядит локальный поток в наблюдениях: он действительно весьма регулярен начиная с расстояний всего в 1.5-2 Мпк, - это так и по данным Сэндиджа [31], и на трех показанных здесь вариантах хаббловской диаграммы. Здесь нет никакого парадокса, раз в динамике местного объема доминирует вакуум с его идеально однородной плотностью. Таким образом, снимается противоречие между регулярной кинематикой галактик местного объема и крайне нерегулярным распределением не-вакуумных форм энергии в этом объеме. Начиная с расстояний в несколько Мпк, галактики хаббловского потока движутся как пробные частицы на идеально регулярном фоне вакуума, который их разгоняет (верней, подгоняет).

С открытием вакуума Вселенная в целом оказывается более однородной, чем об этом можно было судить ранее только по распределению галактик в ней. Она однородна не только в собственно космологических масштабах 100-300 Мпк и более. В динамическом смысле она однородна вокруг нас уже с расстояний в несколько Мпк. Можно сказать, что космология начинается теперь не с сотен Мпк, а с нескольких Мпк от нас. Она подступает почти вплотную к нам, к Млечному пути. И все это из-за динамического доминирования вакуума как по Вселенной в целом, так и в самых малых ее объемах вроде местного объема. (Заметим в скобках, что в местах с большей концентрацией не-вакуумной энергии вакуум доминирует с больших масштабов, чем в местном объеме; например, в богатых скоплениях галактик, таких как скопление в Коме или Вирго, радиус нулевого ускорения может составлять 10-30 Мпк.)

Критический пункт этих рассуждений - кинематическая идентичность хаббловского потока на всем интервале масштабов от нескольких Мпк до самых больших расстояний в мире галактик. Этот вопрос, который до сих пор ставил в тупик думающих астрономов-наблюдателей, теперь, кажется, проясняется. Действительно, раз во всех этих масштабах доминирует вакуум с его всюду одинаковой плотностью, то и темп расширения, характеризуемый постоянной Хаббла, должен быть везде одинаков, поскольку постоянная Хаббла определяется только плотностью вакуума. Согласно решению (14), которое справедливо всюду, где доминирует вакуум, а также и уравнению (19) на расстояниях Mпк, постоянная Хаббла в этих условиях .

В этом и состоит, как как можно полагать [36,37], разгадка той `тайны', которая существовала со времен работы Хаббла 1929 г. и о которой совсем недавно говорил Сэндидж. Мы видим, только с открытием космического вакуума стали по-настоящему ясны космологическое значение и реальный физический смысл открытия, сделанного Хабблом по наблюдениям в местном объеме Вселенной. Глубоко внутри ячейки однородности общего распределения галактик Хаббл открыл глобальный космологический феномен расширения Вселенной. Но по существу он тем самым открыл еще и космологический вакуум. А ссылка, которую он дает в своей работе на модель де Ситтера, исключительно точно попадает в цель.

---

<< 6. Что открыл Хаббл? | Оглавление | 8. Внутренняя симметрия >>

Публикации с ключевыми словами: Космология - космомикрофизика - вакуум - Расширение Вселенной - квантовая гравитация - антигравитация - лямбда-член - Общая теория относительности Публикации со словами: Космология - космомикрофизика - вакуум - Расширение Вселенной - квантовая гравитация - антигравитация - лямбда-член - Общая теория относительности
См. также: Разложение далекого света Формирование галактик в магнитной Вселенной "Эффекты" Зельдовича, запечатлённые на нашем небе Сверхновая 1994D и неожиданная Вселенная Куда смещается красное смещение? Не боги расширение вселенной наблюдают Самая далекая сверхновая типа Ia Все публикации на ту же тему >>