3.1 Фундаментальная теория «темной материи».

3.1 Фундаментальная теория «темной материи».

(сокращенный вариант статьи)

***

Аннотация

      В работе дается объяснение физическому понятию «темная материя» с теоретическим обоснованием авторской концепции. Сформулированы проблемные вопросы теории относительности.

***

     Разделим всю совокупность галактик Вселенной по внешнему их виду на  два класса:

- имеющие оси симметрии;

- не имеющие осей симметрии (пекулярные галактики).

     Класс галактик, которые имеют ось симметрии вращения, разобьем на две группы:

- эллиптические,

- спиральные.

      Принципиальность отличия между этими галактиками заключается в том, что у эллиптических галактик близка к нулю угловая скорость вращения того совокупного вещества, которым они представлены. Именно по этой причине эти галактики не превратились в плоские структуры.

       У спиральных галактик угловая скорость их вращения достигает такой величины, что гравитационные силы преобразуют первичные газовые облака, из которых образуются галактики, в такую совокупность звезд, которые на некотором расстоянии от центра галактики преобразуются в плоскую спиралевидную структуру. При этом, чем выше скорость вращения вещества, тем большая его масса преобразуется в плоскую структуру, поэтому четкой границы между эллиптическими и спиральными галактиками не существует. В целом, галактики представляют собой объёмную совокупность видимого (звезды) и невидимого вещества. Не сложно предположить, плотность вещества в галактиках изменяется от точки центра массы (ЦМ) вещества к периферии галактик. Поскольку закон распределения плотности вещества галактик неизвестен, примем, что начиная  от точки ЦМ галактик, в сферических слоях средняя плотность вещества изменяется по простому степенному закону, а именно:

                                                                         (1)

Где:      - плотность вещества на расстоянии r от точки ЦМ галактики;

                 - плотность вещества в центральном объёме галактики.

           a       - константа с размерностью    ;

           r       - расстояние от точки ЦМ галактики;

           n      -  показатель степени.

При:    n = 0  -  усредненная плотность вещества является константой, т.е. она не зависит от места расположения вещества в объёме того пространства, которое занимает галактика.

            n >  0 – плотность вещества уменьшается как функция от  r.

         Получим формулы, определяющие изменение совокупной массы вещества галактики, как функции  r  при n = 0; 1; 2; 3.

        Дифференциальная масса сферического слоя, находящегося на расстоянии  r   от точки ЦМ галактики определяется следующим выражением:

dM(r) = 4 πρ(r) dr                                                                           (2)

      Где: М (r ) – масса  вещества галактики.

      Запишем данное выражение в интегральной форме:

M(r) = 4 π   dr                                                                 (3)

      При     n = 0  -  данное выражение примет следующий вид:

M(r) = 2 π  dr =   π  + C                                                  (4)

      Где:    С -  константа интегрирования.

      При     n = 1  - получим:

M(r) = 4 π a  dr = 4 π a     (5)

      При     n = 2 - получим:

M(r) = 4 π    dr = 4 π  (r – a arctg   ) + C                (6)

      При     n = 3  - получим:

M(r) = 4 π    dr =  ln (                               (7)

     Таким образом, при: 

n = 0;  М (r) пропорциональна  ;

n = 1;  М (r) пропорциональна  ;

n = 2;  М (r) пропорциональна  r ;

n = 3; в выражении М (r) отсутствуют члены явно пропорциональные параметру r.

      Выполним анализ той формулы М (r ), которая соответствует n=2.

      При   r = 0;  М (r) = 0.   Отсюда следует:  С = 0.

M(r) = 4 π  (r – a arctg  )                                                              (8)

      На звезду массой m , вращающуюся в спиральных ветвях галактики, действует следующая центробежная сила:

 =                                                                                                    (9)

       Где:  V – линейная орбитальная скорость движения звезды;

               m – масса звезды.

       На нее действует также и гравитационная сила со стороны галактического вещества:

 = G                                                                                              (10)

        Где:         - гравитационная сила;

              G – гравитационная константа.

        При уравновешенности действия этих сил звезда находится на устойчивой орбите бесконечного ее вращения вокруг точки ЦМ галактики:

 = G                                                                     (11)

 = 4 π  (1 – arctg  )                                                                 (12)

       Из этой формулы видно, что с увеличением  r  скорость V перестает изменяться и превращается в константу:

 (r – a arctg  ) =                                                                            (13)

       Подставим полученное выражение в формулу М (r), строка 8.

М (r) =                                                    (14)

       Астрономические наблюдения показали: в спиральных галактиках на некоторых расстояниях от  точки ЦМ линейная скорость вращения звезд не зависит от  r , поэтому, если экспериментально определить скорость движения звезд в конкретной галактикe, то легко вычислить массу вещества этой галактики. В полученной формуле заключен результат фундаментального характера, а именно: масса галактического вещества определяется размерами галактик. Рассмотрим этот вопрос.

       Необходимо определить распределение плотности галактического вещества в сферических слоях, которое находится на расстоянии r от точки ЦМ галактики. Астрономические наблюдения показали, в спиральных галактиках в видимой их части, плотность вещества в центральном объёме галактики и на ее периферии отличается в десятки тысяч раз. Примем эту величину равной: 5∙

 =  =                                                          (15)    

    Определим параметр  а  при  r = 5∙ м  (примерно, 50 000 световых лет):

5∙                                                                 (16)

 = 4 π  (1 – arctg  )                                        (17)

            Учтем, при r >> a;  V = const.

                                                                       (18)

            Примем:  V = 250 км/сек

 = 1.5 ∙  кг/                               (19)

            При  r >> a:

  = 1.5 ∙  =  кг/                     (20)

          Рассмотрим вопрос, где находится сферическая граница галактик?  До настоящего времени астрономическими методами эти границы установить не удалось. Рассмотрим конкретную спиральную галактику, видимый радиус которой  равен   5∙ м, а   орбитальная скорость движения звезд равна 250 км/сек. Примем, плотность вещества и за видимыми границами галактики не обращается в ноль, а продолжает уменьшаться по записанному выше квадратичному закону:

 кг/                                                       (21)

        Определим плотность галактического вещества при r = 5 ∙  м. Этот радиус в 10 раз превышает радиус видимой части галактики (примерно 500 000 световых лет).

 кг/                                  (22)

    

         Масса атома водорода равна: 1.7 ∙  кг

         Таким образом, в одном кубическом метре космического пространства на расстоянии 5 ∙  м  от  ЦМ галактики находится, примерно, 1800 атомов водорода.

         Возникает вопрос принципиального характера, есть ли у галактик границы и, если они есть, то, что определяет эти границы, если они не определяются через галактическое вещество?  Ответ здесь следующий: все пространство вселенной разделено между галактиками не по вещественной, а по гравитационной границе и все вещество, находящееся в пределах этой границы относится к конкретной галактике (сфера Хилла). Вот почему масса галактического вещества определяется формулой 14:

M(r) =                                                             (24)

       Где:  r =    - это гравитационный радиус галактики, который для крупной галактики, примерно, в 20 раз превосходит размеры видимой ее части.

       Таким образом, если масса галактического вещества галактики в пределах ее видимой границы равна , то результирующая масса галактики равна:

M ≈ 20                                                  (25)  

  

      Где:      - масса галактического вещества в пределах видимой ее части;

                   - радиус видимой части галактики.

      ВЫВОД:  основная масса вещества галактик находится за пределами их видимых размеров. Астрономические наблюдения показали, масса видимой части галактик составляет всего лишь 5% от их общей массы. 95% массы галактик находится в веществе галактических корон.

      Возникает вопрос, почему, несмотря на то, что плотность вещества в межгалактическом пространстве исчезающе мала, тем не менее, это ничтожная плотность вещества увеличивает массу галактик минимум на порядок по сравнению с их видимыми размерами,  т.е. вносит решающий вклад в межгалактическое гравитационное взаимодействие. Ответ здесь заключается в следующем: это является следствием тех огромных объёмов космического пространства, в котором находятся галактики. Таким образом, в целом, галактики представлены аморфными, т.е. весьма размытыми вещественными структурами, у которых отсутствуют четкие вещественные границы, например, по плотности вещества в космическом пространстве.

       Следует поставить вопрос, если галактики в реальности намного больше своих видимых размеров, тогда почему же в галактиках не образуются звезды за пределами их видимых размеров? Ответ здесь следующий. Для начала процесса образования звезд необходимо, чтобы плотность вещества в космическом пространстве достигла некоторого порогового предела. За пределами видимых размеров галактик плотность вещества такова, что ее недостаточно для запуска процесса образования звезд, так как пороговая плотность равна .

         Рассмотрим, каким же образом гравитационно галактики делят между собой космическое пространство. Гравитационные взаимодействия, действующие между физическими объектами, определяются ньютоновским законом всемирного тяготения. На практике этот закон в полном объёме справедлив в единственном случае, когда во всей вселенной находится единственный объект массой  .  Именно в этом случае на пробный объект массой m<< гравитационная сила притяжения будет действовать согласно закону всемирного тяготения во всем объёме космического пространства. Реальная вселенная представлена совокупностью огромного количества космических объектов и поэтому для любого объекта действие закона всемирного тяготения ограничено. Покажем это на примере, если вселенная представлена двумя гравитационными объектами массами  , находящимися друг от друга на расстоянии r . Рассмотрим действие гравитационной силы на пробный объект массой  m (m<< ; m<<), действующей со стороны объектов  . Пусть  . Сразу же становится ясно, если рассматривать один космический объект, например,  и при этом не знать о существовании объекта , то на прямой линии, соединяющей объекты есть точка, находящаяся посередине прямой r , где действие гравитационной силы, действующей со стороны объекта  0. Более того, если поместить объект  m  на расстоянии от объекта    больше  r/2 , то возникает впечатление, что со стороны объекта    начинает действовать уже не сила притяжения, а гравитационная сила отталкивания, так как объект  m, находящийся на прямой  r на расстоянии больше r/2, начнет удаляться от объекта   .  И такая картина гравитационных взаимодействий справедлива для всех без исключения объектов вселенной.  В целом, на прямой, соединяющей объекты , на пробный объект m действует следующая совокупная гравитационная сила:

F =                                                           (26)   

                     

         Где:  а – расстояние между объектом     и пробным объектом  m .

         При    и   a = r/2  сила гравитационного притяжения, действующая на пробный объект m, обращается в ноль и на этой границе знак гравитационной силы изменяется на противоположный. Получим оценочную модель гравитационных границ галактик.

        Определим пространственную границу, на которой силы гравитационного притяжения, действующие на пробный объект m со стороны объектов     по модулю становятся равными.

        Рассматриваемый случай изображен на рис. 1.

Рис. 1

  Где: х  и  y – координаты объекта m ;

          с – расстояние между объектами ;

          d  – расстояние между объектами ;

            - гравитационная сила, действующая на объект  m со стороны объекта   ;

            - гравитационная сила, действующая на объект  m со стороны объекта   ;

          r – расстояние между объектами .

          Условие задачи сводится к равенству |  . Гравитационные силы, действующие на объект   m    со стороны объектов    равны следующей величине:

 = G                                                     (27)

                                                                                  (28)

            Из геометрических построений следует:

     +                                       (29)

                                                                         (30)

y =                                                   (31)   

          Введем следующую  подстановку: k   =       и  примем    ;

y =                                                            (32)

          Полученное под корнем выражение названо квадратным трехчленом. Вид данного выражения определяет то, что графически данное уравнение представляет геометрическую фигуру эллипса.   

        Найдем крайние его точки (экстремальные). Приравняем подкоренное выражение к нулю и найдем корни квадратного уравнения.

 )                                                            (33)

         Возьмем производную от квадратного уравнения и результат приравняем к нулю:

2x  ─                                                         (34)

                                                                (35)

            - это крайние точки эллипса на оси х;

            -  это центр эллипса, так как ось х проходит через фокусы эллипса.

       Определим крайние точки эллипса по оси у:

    =                                (36)

   

       Приняв r = 1м   и  k = 0.16   получаем для точечных объектов    следующее значение координат для экстремальных точек эллипса.

                                 (37)

                                                         (38)

        Графически полученное решение изображено на рис. 2

Рис.2

     В трехмерном пространстве решением является эллипсоид вращения вокруг оси Х.

     Таким образом, галактики, обладающие большей массой, гравитационно захватывают больший объём космического пространства, чем те, которые обладают меньшей массой. В целом, во вселенной каждая галактика со всех пространственных сторон окружена другими галактиками.  Таким  образом, конкретная галактика, согласно рассмотренной модели, имеет свое индивидуальное космическое гравитационное пространство с размещенным в нем соответствующей физической материей, которая определяет совокупную массу конкретной галактики.

      Построим  график зависимости скорости движения вещества галактики вокруг точки ее центра массы, как функцию расстояния от этой точки по формулам 16; 17; 19. По горизонтальной оси будем откладывать не радиус, а логарифм натуральный радиуса, а именно, ln (r+1).  Результирующий график приведен на рис.3.

Рис. 3

        Как видно из графика в центральном объёме галактики с радиусом менее  50 световых лет  практически отсутствует упорядоченное движение вещества вокруг точки ЦМ галактики. В этом галактическом объёме движение вещества носит стохастический характер. Масса вещества в этом объёме от общей массы галактики составляет, примерно, 0,01%. Показатель степени  n  здесь уменьшается до нулевой величины и закон изменения массы вещества галактики определяется следующим выражением:

M(r) =   π                                                 (39)

       При величине радиуса больше 4000 световых лет изменение скорости упорядоченного движения вещества составляет менее десяти процентов. В этом объёме галактики сосредоточено 99% ее массы.

      Определим среднюю плотность вещества вселенной, исходя из следующих условий. Пусть все пространство вселенной, равномерно заполнено галактиками спирального типа с размером равным одному миллиону световых лет и скоростью вращения звезд 250 км/сек.

M(r) =                                     (40)

        Где:    – обьем галактики.

  = 3.4 ∙  кг/ = 3.3 ∙  г/  = 2000 протонов/             (41)

         Как видно из полученного результата, средняя плотность вещества вселенной в протонных единицах массы равна двум тысячам протонов в кубическом метре.

    Реальная плотность вещества равна (статья 10 «Фундаментальная теория темной энергии. Красное смещение.»)

              (42)

          Это более чем на два порядка меньше вычисленной величины. Это объясняется тем, что в расчете было принято следующее произвольное допущение: вселенная равномерно заполнена галактиками с приведенными выше параметрами. Такие галактики являются сверхкрупными  и они  во вселенной представлены относительно небольшим числом.    Вот почему получилось такое большое расхождение для плотности вещества во вселенной. Если принять, что вселенная заполнена галактиками с усредненной массой, то масса таких галактик в десятки раз меньше массы галактики, на примере которой был выполнен расчет определения средней плотности вещества вселенной. Примем, вселенная представлена 10 миллиардами самых крупных галактик.

      Средний объём пространства, занимаемый одной галактикой, равен следующей величине:

          (43)

    Радиус пространства, занимаемый одной галактикой, равен:

           (44)

   В целом пространство вселенной представлено:

- войдами, это объёмы пространства, в которых практически отсутствует вещественная

     материя;

- галактиками;

- межгалактическим пространством.

        Объём пространства вселенной, занятый войдами и галактиками, составляет меньше 5% от общего объёма пространства вселенной и поэтому, в первом приближении, этими объёмами в дальнейших расчетах можно пренебречь.

       Как было показано выше, в видимых частях галактик сосредоточено меньше 5 % вещества от общей массы вещества вселенной. Основная масса вещества сосредоточена в межгалактическом пространстве, поэтому примем следующую модель вселенной. Она представлена точечными безмассовыми галактиками и межгалактическим пространством. Плотность вещества на видимых окраинах галактик равна (статья 7 «Концепция теории образования и эволюции звезд…» строка  57):

         (45)

       Таким образом, результирующая модель вселенной, это:

- безмассовые точечные галактики со средней плотностью вещества вблизи точек-галактик равного   ;

- пространство вселенной поделено между галактиками сферами Хилла;

- плотность вещества за видимыми границами галактик убывает по следующему квадратичному закону (строка 1) n = 2:

           (46)

  Где:     ;

              ;

              – средняя масса галактик.

      Масса вещества,  как функция радиуса, определяется уравнением  8:

M(r) = 4 π  (r – a arctg  )          (47)

     Подставим в записанное уравнение граничные значения параметров:

          (48)

          (49)

     Подставим полученное численное значение в следующее выражение:

          (50)

   В результате получим:

    Отсюда, изменение плотности вещества во вселенной в протонных единицах массы определяется следующим уравнением:

              (51)

      При :   плотность вещества в протонных единицах массы равна:

         (52)

     При:     плотность вещества равна:

         (53)

    Таким образом, в целом изменение плотности вещества во вселенной в усредненном плане происходит следующим образом. На расстоянии 40 тыс. световых лет от видимых границ галактик плотность вещества равна  , а на расстоянии 8 млн. световых лет плотность вещества равна  трем протонам в кубическом метре.

     Таким образом, в протонных единицах массы плотность за видимыми границами галактик изменяется в следующих пределах:

          (54)

     Возникает вопрос, почему же вещество межгалактической среды не обнаруживается инструментальными методами наблюдений? Это объясняется тем, что межгалактическое вещество рождается процессами его испарения из энергетически сильно возбужденных ядер галактик и из раскаленной поверхности звезд. Например, температура вещества солнечной короны достигает нескольких миллионов градусов. Таким образом, межгалактическое вещество представлено микрочастичками высоких энергий. Это вещество находится в плазменном, т.е. в ионизированном состоянии. Именно по этой причине вещество межгалактической среды не обнаруживается современными методами наблюдений.

       На основании вышеизложенного, «темную» материю разумнее назвать не «темной», а «прозрачной, невидимой» материей.

      Нет ничего таинственного и в таких физических понятиях как: «черные» дыры; источник энергии, обеспечивающий грандиозные взрывы космических объектов; темной энергии. Те свойства, которые приписываются физиками сторонниками теории относительности (ТО) этим явлениям, не соответствуют реальной действительности. Например, ортодоксы утверждают, что «черные» дыры поглощают всю материю, которую они захватывают. Они же утверждают: в квазарах эти же дыры излучают гигантское количество вещества с огромной энергией. Так излучают или поглощают вещество «черные» дыры? На самом деле, гравитационные силы космических объектов со сверхвысокой плотностью вещества («черные» дыры), которыми они взаимодействуют с внешними космическими объектами, абсолютно ничем не отличаются по гравитационным свойствам от  любого другого космического объекта, в том числе, Солнца или Земли. Например, если размер Солнца уменьшить до нуля, оставив неизменной его массу, с гравитационной точки зрения, в солнечной системе практически ничего бы не изменилось. Запугивание обывателя, например, «черными» дырами остается на научной совести физиков ортодоксов, догматических сторонников канонов ТО.

        Обнаружение астрономами сверхдальнего космического объекта с z = 11,9 (протогалактика UD – 39546284)  заведомо ставит жирный крест на модели вселенной по образцу пресловутой ТО, так как этот объект сформировался, по мнению ортодоксов, во вселенной тогда, когда только шло образование того вещества, из которого в дальнейшем должен был бы образоваться обнаруженный астрономами объект.

      Вопросы для ортодоксов, каким образом ТО дает объяснение?

1. Эффекту ускоренного расширения вселенной?
2. Обнаружение скорости движения космических объектов относительно фонового излучения миллиметрового диапазона?
3. Часть ортодоксов считает, вселенная бесконечна, а часть, что вселенная конечна. Кто прав?
4. Если вселенная конечна, то чем ограничена эта конечность?
5. Ортодоксы утверждают, что существуют сверхдальние галактики, движущиеся быстрей скорости света. Как течет время в этих галактиках для внешних наблюдателей?
6. Какой источник энергии порождает взрывы сверхновых звезд?
7. Какой источник энергии породил первичный взрыв вещества вселенной?
8. Куда девается энергия  фотонов в расширяющемся пространстве вселенной?
         В качестве одного из примеров приведем, как ортодоксы объясняют взрывы сверхновых звезд второго типа. При выгорании в звезде термоядерного топлива у нее образуется ядро, состоящее из железа. Не моргнув глазом ортодоксы утверждают: на некотором этапе горения топлива происходит гравитационный коллапс звездного ядра, в результате которого образуются:
   - нейтронная звезда;
   - взрыв вещества оболочки звезды огромной мощности.
         Задача для студентов второго курса университета физического факультета. Что произойдет с энергией, если объект с массой равной массе Солнца, состоящий из атомов железа, преобразуется в объект, состоящий из нейтронов?
         Решение.
        Масса атома железа56:  9.28821 ∙  10*(-26) кг.
        Масса 56  нейтронов  равна:  9.37959 ∙  10*(-26) кг.
       Рост  массы нейтронного объекта, приходящейся на одно ядро железа, равна:
   9.37959 ∙  10*(-26)  - 9.28821 ∙  10*(-26) = 0.09138∙  10*(-26) кг.
       Масса Солнца равна:  2 ∙  10*30кг.
       Количество ядер железа в объекте равно следующей величине:
   2 ∙  10* 30 : 9.28821 ∙  10*(-26) = 2.15 ∙  10*55
       Прирост суммарной массы у нейтронного объекта, равен следующей величине:
   0.09138∙  10*(-26) ∙  2.15 ∙  10*55 = 1.96 ∙  10*28кг.
      Энергия, затраченная на создание нейтронной звезды, согласно формуле Е = mc*2 (кстати, эта формула получена не Эйнштейном, а другими учеными задолго до него) равна следующей величине:
   Е = 1.96 ∙  10*28 ∙  9 ∙  10*16 = 1.78 ∙  10*45дж.
        Для сравнения, Солнце ежесекундно теряет массу, равную  4 ∙  10*9кг., а все звезды в видимой части вселенной в спокойном состоянии излучают, примерно, 10*46дж. энергии в секунду. По оценкам астрономов при взрыве сверхновых звезд второго типа, выделяется энергия от 10*43дж. до 10*47дж., а на образование одной нейтронной звезды требуется 10*45дж. Вывод: ортодоксы из-за своей физической близорукости перепутали энергетический знак «+» с энергетическим знаком «-».
          Чтобы хоть как-то оправдать ТО ортодоксам придется весьма напряженно поработать головой над придумыванием целого ряда очередных новых физических глупостей.
   ***
            Примечание: данные, использованные в работе, взяты из «Википедии».
   
   

   
   

   ***

   
   

   http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/03/blog-post.html

   
   

   
   
   Валерий Гребенников
   8-928-16-00-581