Новый взгляд на природу темной энергии в следствиях ОТО

Взрыв сверхновой

Несоответствие светимости сверхновых и красного смещения спектра галактики рассматривается в космологии как ускоренное расширение Вселенной. Но возможна и иная интерпретация этого явления, в виде постановки вопроса: могут ли эти несоответствия вызываться естественными природными факторами. Вопрос можно конкретизировать: может ли гравитация Вселенной вызывать дополнительное синее смещение спектра излучения, как эволюционирует гравитационный потенциал Вселенной по всей стреле времени.

В конце 20 века космология столкнулась с неординарной, если не парадоксальной ситуацией: оказалось что космологическая постоянная, искусственно введенная А.Эйнштейном как космологическое отталкивание, через 75лет «вдруг» в точности совпала с уравнением состояния темной энергии (ТЭ), такие совпадения в природе неестественны, но факт есть факт, и требует объяснения. Зададимся вопросом, из каких соображений А.Эйнштейн ввел космологическую силу отталкивания.

Для того чтобы уравновесить силы тяготения и сделать Вселенную стационарной А.Эйнштейн еще в 1917 г. [1] ввел вполне логическим путем, космологическую силу отталкивания пропорциональную расстоянию (R), ускорение отталкивания а_отталк компенсирующее ускорение тяготения –а_тяг, и назвал это действие свойством вакуума.

а_отталк=–а_тяг=4/3πρ_мGR=const*R=5*10^-38*R м/сек² (1)

где: ρ_м-критическая плотность вещества во Вселенной.

Константу в уравнении (1) деленную на квадрат скорости света C², А. Эйнштейн назвал космологической постоянной вакуума Λ-член, в современном виде записывается как,

Λ=8πρ_эG/C⁴

где: ρ_э – критическая плотность энергии.

Тогда уравнение (1) приобретает вид,

а_отталк=–а_тяг=3/2Λ*С²* R.                                                      (2)

После открытия Хабблом расширения Вселенной, необходимость ввода сил отталкивания отпала, на современном этапе после открытия темной материи (ТМ) и  ТЭ внимание к свойствам физического вакуума (ФВ) вновь заострилось.

А. Эйнштейн похоже был озадачен своим нововведением, поэтому к этой идеи больше не возвращался, и напрасно. Дело в том что, искусственно введенное А. Эйнштейном ускорение отталкивания а_отталк но со знаком минус, в точности соответствует тормозному космологическому ускорению Хаббла, которое соответственно равно ускорению тяготения, явно гравитационного происхождения. По сути формула (2) это математическое описание закона Хаббла, только со знаком наоборот.

а_отталк=–а_хаббл=3/2Λ*С²* R=Н²_хаббл* R,

где: Н_хаббл – постоянная Хаббла для современной эпохи.

С другой стороны, эта же космологическая постоянная описывает уравнение состояния ТЭ, получается что ТЭ через  Λ-член как-то связана с законом Хаббла, точнее физическое содержание Λ-члена полностью нераскрыто. Ключевой момент: тормозное ускорение присутствует всегда и связано это, согласно ОТО, с разностью гравитационных потенциалов (ГП), получается, что излучение изначально распространяется в гравитационном поле Вселенной, которое меняется со временем, поэтому излучение должно подвергаться дополнительному гравитационному смещению. Если формулу (2) дополнить множителем R,

а_отталк*R = 3/2Λ*С²*R²=V²(R),

далее разделить на С²,

а_отталк*R/С²= 3/2Λ*R²=V²(R)/C²,                                                  (3)

то мы получим безразмерную величину в точности соответствующей в ОТО, эффекту гравитационного смещения спектра излучения, применительно к  гравитирующей Вселенной. По сути, в формуле (3) заложен ответ на поставленный раннее вопрос:  может ли гравитация Вселенной вызывать дополнительное синее смещение спектра излучения. Для этого необходимо проанализировать, что собой представляет параметр  V²(R).

Упростим задачу и рассмотрим динамику развития Вселенной на стадии доминирования ТМ, давление отсутствует, свободное излучение распространяется в гравитационном поле Вселенной. Космологическое расширение Вселенной можно рассматривать как расширение пространства с космологическим ускорением, вытекающее из закона Хаббла,

а_хаббл(t)=С*Н_хаббл(t),

как функция от времени, это тормозное ускорение за природу которого отвечает гравитация космоса, приводящее к замедлению темпа расширения Вселенной. В современную эпоху ГП Вселенной, по космологическим расчетам примерно равнен -С². Разности ГП в динамике расширения Вселенной, соответствует скорость хаббловского расширения V(R), пропорциональная  расстоянию ~ R. Тогда наблюдатель с ГП=-С² будет гравитационно наблюдать хаббловское расширение, в виде изменения ГП как функция от расстояния пропорциональная ~ R²,

ГП(R) = –С²+V²(R),

что приводит к формированию разности ГП равному,

–С² – (–С²+V²(R)) = -V²(R).

Тормозное космологическое ускорение всегда направлено к наблюдателю, поэтому излучение должно подвергаться дополнительному синему смещению,

Z_грав= -V²(R)/C².

Подчеркнем, эффект посинения возможен, если допустить что излучение распространяется в гравитирующей Вселенной, этот эффект в космологии не рассматривается, потому что не учитывается эволюция гравитационного потенциала Вселенной по всей стреле времени. Если в закон Хаббла внести поправку на эффект гравитационного синего смещения,

1+Z- V²(R)/C²= ν(R)/ν_о (4)

где:  ν(R) – наблюдаемая частота, ν_о – истинная частота.

Эта поправка играет роль компенсации в несоответствии светимости Сверхновых к красному смещению спектра галактики. В итоге, эти несоответствия (красное смещение с расстоянием слабеет), имеют естественное объяснение, согласно ОТО, как эффект гравитационного синего смещения спектра излучения в гравитирующей Вселенной. которые можно интерпретировать как фиктивное проявление ТЭ.

Выводы.

На расстояниях Z=0.1-1эффективно действует   космологическая постоянная Эйнштейна  записанная в безразмерном формате,

3/2Λ*R²=V²(R)/C²,

это и есть поправка на эффект гравитационного смещения спектра ОТО, поэтому должна учитываться только в законе Хаббла (4). Это чисто оптическое компенсационное вселенское явление и к динамике эволюции Вселенной никакого отношения не имеет, поэтому поправка, в виде  Λ-члена из уравнения состояния Эйнштейна,

Rμν – R/2*g_μν+Λg_μν = 8πGTμν/С⁴

должна быть изъята,

Rμν – R/2*g_μν = 8πGTμν/С⁴,

что автоматически снимает проблему ТЭ, её попросту не существует.

Ссылки

1.  http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000022/st013.shtml

Юрий Любашенко