Нерешённые проблемы в астрофизике и космологии

f118

Нерешённые проблемы в современной астрофизике и космологии.

...Эти две дисциплины буквально завалены нерешёнными проблемами. Исторически изучение космоса прошло несколько этапов. Здесь мы не будем воспроизводить историю астрономии. Спектроскопия позволила получить важные данные о составе и температуре объектов, а измерение эффекта Доплера позволило определить поля скоростей и вычислить массы звёзд на расстояниях, превышающих диаметр Солнечной системы на несколько порядков величины. Открытие стандартных свечей расстояний (цефеид) позволило распространить измерения расстояний до космологических масштабов (50 миллионов световых лет).

...Применение инструментов дифференциальной геометрии к космологии (уравнение поля) позволило взглянуть по-новому на некоторые явления (космологическое расширение, локальные релятивистские эффекты).

...Открытие ядерной физики позволило построить модели звёзд. Однако, как уже было показано, внезапно контроль человека над работой звёзд, который он считал устоявшимся, оказался под вопросом.

...Та же ядерная физика позволила заглянуть ещё дальше в прошлое и, например, объяснить изобилие гелия.

Но:

• У нас нет ни одной теоретической модели галактики. В этом направлении мы не вышли за рамки эмпиризма.

• Мы не знаем, как формируются эти объекты, почему у них такая масса, а не другая, и как они эволюционируют. Форма кривой вращения галактик, характеризующаяся высокой периферийной скоростью, остаётся загадкой.

• Теории спиральной структуры, основанные исключительно на численных симуляциях, остаются крайне спорными.

• Существует значительное расхождение между измеренными массами и измеренными полями скоростей (явление "пропавшей массы").

• Та же несогласованность наблюдается и в скоплениях галактик.

• Существует множество очень необычных галактик, о которых английский астроном Сэр Джеймс Джиенс сказал: «Когда видишь такие формы, невозможно не думать, что за ними стоят огромные силы, действующие в космосе, природу которых мы не знаем».

• В космологии существует определённое расхождение между возрастом Вселенной, оценённым по самым старым звёздам нашей галактики, и возрастом, вычисленным по измерениям расширения (закон Хаббла, постоянная Хаббла).

• Мы не можем объяснить крупномасштабную, пористую структуру Вселенной, при которой галактики распределены вокруг огромных пустот.

• Обнаружено множество пар галактик, нарушающих закон Хаббла (ближайшая из них имеет красное смещение, превышающее красное смещение второй, находящейся на заднем плане).

• Открыты источники с очень высоким красным смещением, размеры которых не превышают размеры Солнечной системы, но излучающие столько энергии, сколько вся галактика (квазары). Источник энергии неизвестен. Некоторые астрономы считают, что это ядра «активных галактик» (галактики Сейферта). Но когда их спрашивают, что такое «активная галактика», чей ядро, похоже, находится в состоянии взрыва, они отвечают: «это галактика, в центре которой находится квазар».

• В среднем по одному в день астрономы регистрируют всплески гамма-излучения. Механизм, расстояние и природа источника — неизвестны.

• Эффекты гравитационного линзирования, связанные с галактиками и скоплениями галактик, не соответствуют массам этих объектов.

• Теория предсказала существование остатков массивных звёзд — нейтронных звёзд. Как правило, когда теоретик-пророк (например, американец Фриц Цвикки в 1931 году) предсказывает объект (например, сверхновые), его быстро находят десятки, затем сотни: нейтронные звёзды (вращающиеся быстро, дающие то, что называют пульсарами). Они часто связаны с другой звездой, которая, посылая им массу, должна в конце концов заставить их превысить «критическую массу», оценённую в 2,5 солнечных масс. При таких условиях нейтроны, сжатые друг к другу, уже не могут противостоять гравитации, и объект коллапсирует сам на себя. Мы не можем описать этот коллапс. Модель чёрной дыры, призванная решить уравнение поля, имеет серьёзный недостаток. Она является решением уравнения:

**S **= 0

то есть уравнения, в котором T = 0, описывающего область пространства, где плотность энергии-массы равна нулю. Кроме того, против этой модели говорит редкость кандидатов на чёрные дыры за последние тридцать лет, несмотря на то, что эти объекты используются для «объяснения» всего и вся.

• Возвращаясь к космологии, стандартная модель, так называемый «Большой взрыв», не может объяснить замечательную однородность этого «ископаемого следа» первичной Вселенной, который представляет собой фоновое излучение при 2,7°К. Согласно этой модели, в ранней Вселенной две соседние частицы удалялись друг от друга со скоростью, превышающей скорость света. Они не могли взаимодействовать. Первоначальная Вселенная была не-коллизионной. Тогда почему она была такой однородной?

• Невозможно определить время с определённого этапа, если возвращаться в прошлое. Во всяком случае, описание Вселенной в состоянии гиперплотности и гипертеплоты осложнено нынешним кризисом в физике высоких энергий.

• Стандартная модель, основанная на решении уравнения Эйнштейна, не может учитывать электромагнитные явления. Более общо, связь между физикой частиц и поведением космоса на крупных масштабах не установлена. Хотя существует журнал под названием «Classical and quantum gravity», метод квантования не был расширен на гравитацию. Мы не можем определить возможный гравитон.

Пятьдесят лет ненаучной физики.

...Научный кризис на самом деле полный и не ограничивается астрофизикой и космологией. Предсказательные успехи квантовой механики вводят в заблуждение. Многие разделы теории остаются в области полуэмпирических построений. Например, у нас нет никакого способа связать массы и электрические заряды частиц. Мы не можем предсказать массы частиц. Модель кварков неприятно напоминает систему эпициклов Птолемея. Квантовая механика бессильна объяснить дефицит солнечных нейтрино.

...Хотя большинство теоретических физиков сейчас обращаются к миру суперструн (поскольку у них нет другой идеи), эта «новая дисциплина» за последние тридцать лет не смогла объяснить ни одного наблюдения, ни предложить ни одной экспериментальной проверки. По словам математика Жан-Мари Сурио (у которого есть собственное определение теоретической физики: математика минус строгость. Физика минус опыт), мы только что прожили «пятьдесят лет ненаучной физики». Он считает, что с работами Фейнмана, относящихся к 1950-м годам, не было ни одной настоящей теоретической физической открытия.

...Несколько лет назад, показывая мне протоколы международного симпозиума по суперструнам, он прочитал мне отрывок из вступительного выступления руководителя этого симпозиума:

• Хотя теория суперструн до сих пор не предсказала ни одного явления и не позволила интерпретировать ни одного эксперимента или наблюдения...