4
Вот учебная модель, предназначенная для иллюстрации явления совместных гравитационных неустойчивостей. Представим себе какую-то ванну. На половине высоты под водой разместим горизонтальную, гибкую, почти невесомую ткань. Над тканью поместим шарики, обладающие весом, которые будут давить на ткань. Под тканью разместим равное количество шариков для настольного тенниса, имеющих тот же объем. Эти шарики, подверженные выталкивающей силе Архимеда, также будут оказывать давление на ткань, но в противоположном направлении. Также можно организовать так, чтобы все шарики имели одинаковый диаметр.
Если распределение тяжелых шариков и шариков для настольного тенниса одинаково и равномерно с обеих сторон, результирующая сила, действующая на ткань, будет нулевой повсюду, и ткань останется горизонтальной (кривизна будет нулевой). Однако случай может быть таков, что тяжелые шарики соберутся в одном месте. Они будут проваливаться в ткань, вытесняя шарики для настольного тенниса дальше. Схематически, при поперечном сечении, поверхность примет следующий вид:
Тяжелые шарики собираются, проваливая ткань.
Они вытесняют шарики для настольного тенниса, которые собираются вокруг.
Интуитивно понятно, что два этих явления, вместо того чтобы противодействовать друг другу, взаимно усиливают друг друга. Наличие кольца из избыточных шариков вокруг впадины усиливает её проваливание, тем самым «запечатывая» эти плотные шарики.
Гравитационная неустойчивость может быть проиллюстрирована и с одной популяцией, если разместить тяжелые шарики на достаточно мягком матрасе из пенопласта. Если несколько из них случайно соберутся в одном месте, они создадут впадину, в которую соседние шарики будут склонны опускаться. Это явление называется аккрецией.
Если бы мы взяли ткань и разместили под ней только шарики для настольного тенниса, такой системе также присуща неустойчивость. Если шарики для настольного тенниса соберутся в одной точке ткани, они будут привлекать к себе соседние шарики.
С этой моделью, включающей две популяции — тяжелые шарики и шарики для настольного тенниса — мы получаем два взаимосвязанных эффекта, иллюстрирующих явление совместных гравитационных неустойчивостей.
Эта модель также имеет преимущество в демонстрации симметрии между двумя подсистемами.
Если мы снова рассмотрим систему с двумя популяциями, получится следующее:
Шарики для настольного тенниса собираются, и ткань приподнимается.
Они вытесняют тяжелые шарики по окружности.
Таким образом, мы стремились проверить эту идею, исходя из двух распределений:
-
Холодная материя, плотность r
-
Призрачная материя, плотность r*
@64r
, более горячая: средняя скорость теплового движения в призрачной Вселенной V*th в четыре раза выше, чем в нашей, параметры, полученные из исследования совместного расширения двух Вселенных, [см. на сайте: Геометрическая физика, 3, раздел 3 и рисунок 5].
Расчёты были выполнены с помощью двумерных численных симуляций с двумя наборами по 5000 точечных масс. Результаты носят лишь ориентировочный характер. Для получения более точных результатов необходимо провести расчёты в трёх измерениях, что потребовало бы обработки гораздо большего количества точечных масс, чем могло позволить наше оборудование. Поэтому эти двумерные результаты не следует воспринимать буквально.
Качественно, призрачная материя определяет ход процесса. Она быстро порождает конгломераты (время аккреции обратно пропорционально квадратному корню из плотности, и, следовательно, короче). Эти конгломераты (кластеры) вытесняют нашу собственную материю в оставшееся пространство, придавая ей лакунарную конфигурацию. См.: J.P. Petit, P. Midy и F. Landsheat: Призрачная материя, астрофизика. 5: Результаты двумерных численных симуляций. VLS. О возможной схеме формирования галактик. [См. на сайте: Геометрическая физика A, 8, 1998.]
Обе системы, наложенные друг на друга:
Интерес заключается в том, что такое распределение становится устойчивым. Кластеры призрачной материи стабилизируют лакунарное распределение материи, и, наоборот, материя «запирает» эти кластеры в своих «ячейках». Это может объяснить высокую устойчивость (порядка возраста Вселенной). «Ячейки» материи действуют как потенциальный барьер по отношению к элементам призрачной материи, возникающим из кластеров и ускоряющимся при столкновениях (в англо-саксонском смысле «встречи», то есть бинарных взаимодействиях двух точечных масс призрачной материи).
Примечание
(февраль 2000 г.):
Все эти результаты расчётов относятся к шести годам назад. Как могли узнать те, кто прочитал мои книги, все эти интересные и перспективные симуляции были проведены в 1993–1994 годах, сначала моим коллегой и другом Пьером Мида на «старом Cray», а затем «Фредом» — молодым исследователем, который предпочёл остаться анонимным, и я полностью разделяю его точку зрения. Расчёты тогда выполнялись «в перуке» на мощном компьютере, управляющем данными европейского ускорителя частиц. Затем Фред сменил лабораторию, и в его новой организации такие вещи уже не были возможны. Подход на основе численного моделирования был оставлен на шесть долгих лет. Однако совсем недавно произошло новое событие. Во-первых, за шесть лет компьютеры достигли таких успехов (скорость и, особенно, объём оперативной памяти), что расчёты, которые ранее были возможны только на мощных системах, выделенных для исследований, стали доступны… обычным гражданам. Два человека, как раз инженеры на пенсии, но увлечённые астрофизикой и космологией, проявили себя. Программируя свои собственные машины, они провели довольно красивые симуляции, возмущая «двумерную цифровую галактику», состоящую из 3000 точечных масс, «проходящим спутником», состоящим из 300 точечных масс. Коротко говоря, классическая схема, приводящая к спиральной форме «галактики охотничьих псов», известной как M51. Когда смотришь на эти изображения, сразу понимаешь: это то, что мы могли делать десять лет назад в научных кругах, используя мощные вычислительные средства. Конечно, спиральная структура не сохранялась. Она исчезала, когда возмущающий спутник удалялся (это было известно давно). Наши два инженера, вдохновлённые этими обнадёживающими результатами, обратились к шести известным астрофизикам с просьбой «директив», но никто не удостоил их ответом. Я был седьмым астрофизиком, с которым они связались. Вы можете представить, как я был рад этому дополнению, и немедленно подключил этих новых сотрудников к новым симуляциям. Похоже, они справляются отлично, и если всё пойдёт хорошо, мы получим «свежие результаты» в ближайшие месяцы. Увлекательное ожидание, ведь цель — смоделировать рождение галактики. Дело, которое следует продолжать.
Предыдущая страница
Следующая страница
Вернуться к оглавлению раздела «Гемеллярная космология»
Вернуться к оглавлению раздела «Наука»