Гравитация может не только притягивать, но и отталкивать - как вам такое заявление? Причем не в какой-нибудь новой математической теории, а на самом деле - Большой Отталкиватель, как его назвала группа ученых, ответственен за половину скорости, с которой наша Галактика движется в космосе. Звучит фантастически, не так ли? Давайте разбираться.

Во-первых, давайте оглянемся по сторонам и познакомимся с нашими соседями во Вселенной. За последние несколько десятков лет мы узнали очень многое, и слово «космография» сегодня - это не термин из фантастических романов Стругацких, а один из разделов современной астрофизики, занимающийся составлением карт доступной нам части Вселенной. Ближайшая соседка нашего Млечного Пути - это галактика Андромеда, которую можно увидеть на ночном небе и невооруженным глазом. А вот разглядеть еще несколько десятков компаньонов не получится - карликовые галактики , которые вращаются вокруг нас и Андромеды, очень тусклые, и астрофизики до сих по не уверены, что нашли их все. Тем не менее, все эти галактики (в том числе и не открытые), а также галактика Треугольника и галактика NGC 300 входят в Местную группу галактик . Сейчас в Местной группе 54 известных галактики, большая часть из которых - это уже упоминавшиеся тусклые карликовые галактики, и ее размеры превышают 10 миллионов световых лет. Местная группа вместе с еще примерно 100 скоплениями галактик входит в сверхскопление Девы , размерами больше 110 миллионов световых лет.

В 2014 году группа астрофизиков под руководством Брента Талли из Гавайского университета выяснила, что само это сверхскопление, состоящее из 30 тысяч галактик, является составной частью еще бо льшей структуры - сверхскопления Ланиакея , в котором содержится уже более 100 тысяч галактик. Осталось сделать последний шаг - Ланиакея вместе со сверхскоплением Персея-Рыб входит в комплекс сверхскоплений Рыб-Кита , которое одновременно является галактической нитью, то есть составной частью крупномасштабной структуры Вселенной .

Наблюдения и компьютерные симуляции подтверждают, что галактики и скопления не хаотически разбросаны во Вселенной, а составляют сложную губкообразную структуру, где есть филаменты-нити , узлы и пустоты, также известные как войды . Вселенная, как почти сто лет назад показал Эдвин Хаббл, расширяется, и сверхскопления - это самые крупные образования, которые удерживаются гравитацией от разбегания. То есть, если упростить, то филаменты разбегаются друг от друга из-за воздействия темной энергии, а движение объектов внутри них в большей степени обусловлено силами гравитационного притяжения.

И теперь, зная, что вокруг нас столько галактик и скоплений, которые притягивают друг друга так сильно, что даже перебарывают расширение Вселенной, пора задать ключевой вопрос: а куда все это летит? Именно на него и пытается ответить группа ученых вместе с Иегуди Хоффманом из Еврейского университета в Иерусалиме и уже упоминавшимся Брентом Талли . Их совместная , вышедшая в Nature , основана на данных проекта Cosmicflows-2 , который измерил расстояния и скорости более 8000 близлежащих галактик. Этот проект был запущен в 2013 году все тем же Брентом Талли вместе с коллегами, в том числе Игорем Караченцевым , одним из самых высокоцитируемых российских астрофизиков-наблюдателей.

Трехмерную карту локальной Вселенной (с русским переводом), составленную учеными, можно посмотреть на этом видео .

Трехмерная проекция участка местной Вселенной. Слева синими линиями обозначено поле скоростей всех известных галактик ближайших сверхскоплений - они очевидно двигаются в сторону Аттрактора Шэпли. Справа красным показано поле анти-скоростей (обратные значения поля скоростей). Они сходятся в точке, откуда их «выталкивает» отсутствие гравитации в этой области Вселенной.

Yehuda Hoffman et al 2016

Итак, куда все это летит? Для ответа нужна точная карта скоростей для всех массивных тел в ближней части Вселенной. К сожалению, для ее построения данных Cosmicflows-2 недостаточно - несмотря на то, что это лучшее, что есть у человечества, они неполны, неоднородны по качеству и имеют большие погрешности. Профессор Хоффман применил к известным данным винеровское оценивание - пришедший из радиоэлектроники статистический прием отделения полезного сигнала от шума. Это оценивание позволяет ввести основную модель поведения системы (в нашем случае - это Стандартная космологическая модель), которая будет определять общее поведение всех элементов в отсутствие дополнительных сигналов. То есть движение конкретной галактики будет определяться общими положениями Стандартной модели, если для нее данных недостаточно, и данными измерений, если таковые есть.

Полученные результаты подтвердили то, что нам уже было известно - вся Местная группа галактик летит в космосе в сторону Великого аттрактора , гравитационной аномалии в центре Ланиакеи. И сам Великий аттрактор, несмотря на название, не такой уж и великий - его притягивает намного более массивное сверхскопление Шэпли , к которому мы и направляемся со скоростью 660 километров в секунду. Проблемы начались, когда астрофизики решили сравнить измеренную скорость Местной группы с расчетной, которая выводится из массы сверхскопления Шэпли. Оказалось, что несмотря на колоссальную массу (10 тысяч масс нашей Галактики), оно не могло бы разогнать нас до такой скорости. Более того, построив карту анти-скоростей (карту векторов, которые направлены в сторону, обратную векторам скоростей), ученые нашли область, которая как будто отталкивает нас от себя. Причем расположена она ровно на противоположной стороне от сверхскопления Шэпли и отталкивает именно с той скоростью, чтобы в сумме дать искомые 660 километров в секунду.

Вся притягивательно-отталкивающая конструкция напоминает формой электрический диполь , в котором силовые линии идут от одного заряда к другому.

Классический электрический диполь из учебника физики.

Wikimedia commons

Но ведь это противоречит всей физике, которую мы знаем - антигравитации быть не может! Что же это за чудо такое? Для ответа давайте представим, что вас окружили и тянут в разные стороны пятеро друзей - если они это делают с одинаковой силой, то вы останетесь на месте, как будто вас никто не тянет. Однако, если один из них, стоящий справа, вас отпустит, то вы будете смещаться влево - в противоположную от него сторону. Точно так же вы будете смещаться влево, если к пяти тянущим друзьям присоединится шестой, который встанет справа и начнет не тянуть вас, а толкать.

Относительно чего мы движемся в космосе.

Отдельно нужно разобраться в том, как определяется скорость в космосе. Есть несколько разных способов, но один из самых точных и часто применимых - это использование эффекта Доплера, то есть измерение смещения спектральных линий. Одна из самых известных линий водорода, Бальмер-альфа, видна в лаборатории как ярко-красное излучение на длине волны 656,28 нанометра. А в галактике Андромеды ее длина уже 655,23 нанометра - более короткая длина волны означает, что галактика движется к нам. Галактика Андромеды - это исключение. Большинство других галактик летит от нас - и линии водорода в них будут пойманы на более длинных волнах: 658, 670, 785 нанометров - чем дальше от нас, тем быстрее летят галактики и тем больше будет смещение спектральных линий в область более длинных волн (это и называется красным смещением). Однако у этого метода есть серьезное ограничение - он может измерить нашу скорость относительно другой галактики (или скорость галактики относительно нас), но как измерить, куда мы летим вместе с той самой галактикой (и летим ли куда-нибудь)? Это как ехать на машине со сломанным спидометром и без карты - какие-то машины обгоняем мы, какие-то машины обгоняют нас, но куда все едут и какова наша скорость относительно дороги? В космосе подобной дороги, то есть абсолютной системы координат, нет. В космосе вообще нет ничего неподвижного, к чему можно было бы привязать измерения.

Ничего, кроме света.

Именно так - свет, точнее тепловое излучение, появившееся сразу после Большого Взрыва и равномерно (это важно) распространившееся по Вселенной. Мы называем его реликтовым излучением. Из-за расширения Вселенной температура реликтового излучения постоянно уменьшается и сейчас мы живем в такое время, что она равна 2,73 кельвина. Однородность - или как говорят физики изотропность - реликтового излучения означает, что в какую сторону неба ни направь телескоп - температура космоса должна быть 2,73 кельвина. Но это если мы относительно реликтового излучения не двигаемся. Однако измерения, проведенные в том числе телескопами Планк и COBE, показали, что температура половины неба чуть меньше этой величины, а второй половины - чуть больше. Это не ошибки измерений, в влияние все того же эффекта Доплера - мы смещаемся относительно реликтового излучения, и поэтому часть реликтового излучения, навстречу которой мы летим со скоростью 660 километров в секунду, кажется нам чуть теплее.

Карта реликтового излучения, полученная космической обсерваторией COBE. Дипольное распределение температуры доказывает наше движение в пространстве - мы удаляемся от более холодной области (синие цвета) в сторону более теплой области (желтые и красные цвета на этой проекции).

DMR, COBE, NASA, Four-Year Sky Map

Во Вселенной роль тянущих на себя друзей играют галактики и скопления галактик. Если бы они были равномерно распределены по Вселенной, то мы никуда бы не двигались - они тянули бы нас с одинаковой силой в разные стороны. А теперь представьте, что с одной стороны от нас никаких галактик нет. Поскольку все остальные галактики остались на месте, то мы будем удаляться от этой пустоты, как будто она нас отталкивает. Именно это и происходит с областью, которую ученые окрестили Великим Отталкивателем, или Великим Репеллером - несколько кубических мегапарсек пространства необычайно бедно заселены галактиками и не могут компенсировать гравитационное притяжение, которое оказывают на нас все эти скопления и сверхскопления с остальных сторон. Насколько именно это пространство бедно галактиками- еще предстоит выяснить. Дело в том, что Великий Репеллер очень неудачно расположен - он находится в зоне избегания (да, в астрофизике очень много красивых непонятных названий), то есть области пространства, закрытой от нас нашей собственной галактикой, Млечным Путем.

Карта скоростей местной Вселенной размером примерно 2 миллиарда световых лет. Желтая стрелка по центру выходит из Местной группы галактик и указывает скорость ее движения примерно в направлении аттрактора Шэпли и точно в противоположную сторону от репеллера (обозначен желтым и серым контуром в правой и верхней области).

Yehuda Hoffman et al 2016

Огромное количество звезд и туманностей, а в особенности газ и пыль мешают свету от далеких галактик, расположенных по ту сторону галактического диска, долетать до нас. Лишь недавние наблюдения рентгеновскими и радиотелескопами, которые могут регистрировать излучение, свободно проходящее сквозь газ и пыль, позволили составить более-менее полный список галактик в зоне избегания. В области Великого Отталкивателя действительно оказалось очень мало галактик, так что, похоже, что это кандидат на звание войда - гигантской пустой области космической структуры Вселенной.

В заключение надо сказать, что как бы ни была высока скорость нашего полета сквозь космос, достичь ни Аттрактора Шэпли, ни Великого Аттрактора нам не удастся, - по расчетам ученых, это займет время, в тысячи раз превышающее возраст Вселенной, так что какой бы точной ни становилась наука космография, ее карты еще долго не будут полезными любителям путешествий.

Марат Мусин

Тем временем, наша местная группа мчится по направлению к центру скопления Девы (Virgo Cluster) на скорости 150 миллионов километров в час.

Млечный Путь и соседка Андромеда, наряду с 30 более мелкими галактиками, а также тысячи галактик Девы, все это притягивается Великим аттрактором. Учитывая скорости при таких масштабах, невидимая масса, занимающая пустоты между галактиками и кластерами галактик, должна по меньшей мере в десять раз превышать видимую материю.

Даже при всем этом, добавив этот невидимый материал к видимому материалу и получив среднюю массу вселенной, мы получим всего 10-30 % от критической плотности, которая необходима, чтобы «закрыть» вселенную. Этот феномен позволяет предположить, что вселенная «открыта». Космологи продолжают спорить на эту тему точно так же, как пытаются , или «темной материи».

Считается, что определяет структуру Вселенной на огромных масштабах. Темная материя гравитационно взаимодействует с нормальным веществом и именно это позволяет астрономам наблюдать формирование длинных тонких стен супергалактических кластеров.

Недавние измерения (с помощью телескопов и космических зондов) распределения массы в M31, крупнейшей галактике в окрестностях Млечного Пути, и других галактиках привели к признанию того факта, что галактики наполнены темной материей, и показали, что таинственная сила - - заполняет вакуум пустого пространства, ускоряя расширение Вселенной.

Теперь астрономы понимают, что окончательная судьба вселенной неразрывно связана с наличием темной энергии и темной материи. Современная стандартная модель для космологии предполагает, что во вселенной 70 % темной энергии, 25 % темной материи и всего 5 % нормальной материи.

Мы не знаем, что такое темная энергия и почему она существует. С другой стороны, теория частиц подсказывает, что на микроскопическом уровне даже идеальный вакуум пузырится квантовыми частицами, которые являются естественным источником темной энергии. Но элементарные расчеты показывают, что темная энергия, которая вырабатывается из вакуума, имеет значение в 10 120 раз больше, чем то, которое мы наблюдаем. Некоторые неизвестные физические процессы должны устранять большинство, но не всю, энергию вакуума, оставляя достаточно для ускорения расширения вселенной.

Новой теории элементарных частиц придется объяснить этот физический процесс. Новые теории «темных аттракторов» прикрываются так называемым принципом Коперника, который говорит о том, что нет ничего удивительного в том, что мы, наблюдатели, предполагаем, что вселенная неоднородна. Такие альтернативные теории объясняют наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной без привлечения темной энергии, а вместо этого предполагают, что мы недалеко от центра пустоты, за которой более плотный «темный» аттрактор тянет нас к себе.

В статье, опубликованной в Physical Review Letters , Пенгжи Чжан из Шанхайской астрономической обсерватории и Альберт Стеббинс на выставке лаборатории Ферми показали, что популярная модель пустоты и многие другие вполне могут заменить темную энергию, не вступая в противоречия с наблюдениями телескопов.

Опросы показывают, что вселенная однородна, по меньшей мере, на масштабах до гигапарсека. Чжан и Стеббинс утверждают, что если большие масштабы неоднородности существуют, они должны быть обнаружены как температурный сдвиг в космическом микроволновом фоне реликтовых фотонов, образовавшихся спустя 400 000 лет после Большого Взрыва. Это происходит из-за электронно-фотонного рассеяния (обратного Комптоновскому).

Сосредоточив внимание на модели пустоты «пузырь Хаббла», ученые показали, что в таком сценарии некоторые области вселенной будут расширяться быстрее, чем другие, в результате чего температурный сдвиг будет больше, чем ожидается. Но телескопы, изучающие реликтовое излучение, не видят такого большого сдвига.

Что ж, как говорил Карл Саган, «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств».

|| Раздвижение пространства. Движение в микромире

Раздвижение пространства

Все видимые с Земли галактики входят в Метагалактику - систему более высокого уровня. Современные астрофизики Метагалактику склонны считать всей Вселенной. Наша Галактика, или система звезд Млечного Пути, - одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики. В начале ХХ века удалось доказать, что многие из известных ранее светлых туманностей, звёздная природа которых долгое время оставалась под сомнением, являются в действительности гигантскими звёздными системами, подобными нашей Галактике. Согласно последним признанным оценкам, размеры видимой части Метагалактики лежат в пределах 13,4-15 миллиардов световых лет (http://ru.wikipedia.org/wiki/). Чтобы пересечь видимую нами в самые мощные телескопы часть Метагалактики, свету требуется столько земных лет. Кстати, свет в вакууме распространяется со скоростью 300 тыс. км в секунду. Около 1 млрд. галактик доступны наблюдению современными телескопами.

Часть видимой в современные телескопы Метагалактики. Распределение галактик во Вселенной (по Дж. Пибблсу). Каждая светлая точка - это целая галактика. Яркие светлые пятна - скопления галактик.

Детальные исследования внегалактических объектов привели к открытию галактик разных типов - радиогалактик, квазаров и др. В пространстве между галактиками находятся отдельные звёзды, а также межгалактический газ, космические лучи, электромагнитное излучение; внутри скоплений галактик содержится и космическая пыль.

Средняя плотность вещества в известной нам части Метагалактики оценивается различными авторами от 10 в -31 степени до 10 в -30 степени г/см 3 . В пределах Метагалактики наблюдаются значительные местные неоднородности. Многие галактики составляют группировки различной степени сложности - двойные и более сложные кратные системы; скопления, включающие десятки, сотни и тысячи галактик; облака, содержащие десятки тысяч (и более) галактик. Так, например, наша Галактика и около полутора десятков ближайших к ней галактик являются членами небольшого скопления, так называемой местной группы галактик. Скопление, содержащее несколько тысяч галактик, видно в созвездиях Девы и Волос Вероники на расстоянии около 40 млн. световых лет от нас. Распределение галактик в масштабе всей известной части Метагалактики не обнаруживает систематического падения плотности в каком-либо направлении, что могло бы указывать на приближение к ее границам. (Б. А. Воронцов-Вельяминов. Большая советская энциклопедия).

Наша Галактика вместе с Туманностью Андромеды и тремя десятками других менее крупных галактик образует Местную группу галактик. Эта группа в свою очередь входит в крупное скопление галактик с центром в направлении на созвездие Девы. В центре скопления находится очень массивная эллиптическая галактика, обозначаемая как Дева А, и само это скопление, насчитывающее в своем составе около тысячи галактик, называется скоплением в Деве. Скопление в Деве служит ядром еще более крупного образования, называемого Местным сверхскоплением. Кроме скопления в Деве в него входит еще несколько скоплений и групп галактик. Местное сверхскопление - это уплощенная система. Сейчас находят и другие сверхскопления, подобные Местному сверхскоплению. Вместе они образуют нечто вроде сетчатой структуры. Протяженные сверхскопления соединяются и пересекаются; они служат "стенками" ячеек (метагалактических пузырей), внутри которых галактики почти полностью отсутствуют. (http://secretspace.ru/index_770.html).

Ученые считают, что расширение Вселенной началось 18 млрд. лет назад "Большим Взрывом" из сверхплотного состояния - сингулярности. Что в действительности произошло тогда и каким образом всему веществу Вселенной были сообщены начальные скорости расширения, неизвестно. Это составляет, пожалуй, самую трудную проблему современной астрономии и физики.

Вещество Вселенной представляло собою тогда необычайно плотную и горячую плазму, ионизованный газ, пронизанный к тому же мощным электромагнитным излучением. Высокая плотность вещества в ранние эпохи следует из теории космологического расширения: если сейчас в среднем по Вселенной плотность вещества падает из-за общего расширения, то в прошлом она была, очевидно, больше. Чем дальше в прошлое, тем более плотным должно было быть вещество Вселенной. Теория утверждает, что в прошлом Вселенной существовал такой момент, когда плотность была (формально) бесконечной. Тогда-то и произошел "Большой Взрыв", с которого началась история расширяющейся Вселенной.

Космология Фридмана дает динамику Вселенной, но ничего не говорит о ее температуре. Динамику нужно дополнить еще термодинамикой. При этом, в принципе, допустимы две крайние возможности: 1) неограниченное возрастание плотности вещества при взгляде в прошлое Вселенной сопровождается и неограниченным возрастанием его температуры; 2) начальная температура Вселенной равна нулю.

Идею "горячего начала" Вселенной выдвинул в 40-е годы прошлого века физик Г. Гамов. Но с ней успешно конкурировала и идея "холодного начала", тоже отнюдь не тривиальная. (Нильс Бор по поводу противоположных гипотез заявил, что по-настоящему глубокая идея всегда такова, что противоположное ей утверждение тоже представляет собой глубокую идею.)

Исходным мотивом и целью гипотезы горячей Вселенной было объяснение наблюдаемого химического состава звезд. В плотном и горячем веществе в первые минуты космологического расширения могли происходить разнообразные ядерные реакции, и в этом "котле", как предполагалось, должно было "свариться" вещество нужного состава, из которого в дальнейшем и образуются все звезды Вселенной. И действительно, теоретический расчет показывает, что по завершении этого процесса подавляющая часть вещества - до 75% (по массе) - приходится на водород и почти 25% - на гелий. Это очень близко к тому, что в действительности наблюдается во Вселенной. Что же касается более тяжелых элементов, то в космологическом "котле" их может "свариться" очень мало, меньше сотой доли процента. Они возникают в основном гораздо позже, в термоядерных реакциях, протекающих уже в самих звездах.

Согласно общим законам термодинамики, вместе с горячим веществом в ранней Вселенной обязательно должно было существовать излучение - совокупность электромагнитных волн, распространявшихся во всех направлениях. Об этих пакетах волн можно говорить и как о газе частиц - фотонов - квантов электромагнитных волн. Температура газа фотонов такая же, как и температура излучения. В ходе общего космологического расширения температура вещества и фотонов падает с падением плотности от очень больших до очень малых значений, но фотоны при этом никуда не исчезают, они должны сохраниться до современной эпохи, создавая общий фон излучения во Вселенной. Это предсказание теории Гамова подтвердилось в 1965 г., когда астрофизики А. Пензиас и Р. Вильсон обнаружили космический фон электромагнитного излучения. Температура фотонов оказалась очень низкой - всего около трех градусов по шкале Кельвина. Электромагнитные волны, соответствующие такому холодному газу фотонов, принадлежат в основном диапазону миллиметровых волн. По предложению астронома И. С. Шкловского, это излучение было названо реликтовым. (Информация из книги И. Д. Новикова "Эволюция Вселенной". М.: Наука, 1983).

Фиг. 15. Скопление галактик в Метагалактике. Трудно представить, что все эти светлые круглые и вытянутые пятнышки - галактики, что в каждой из них миллионы звездных систем с планетами. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:HUDF-JD2.jpg

В 20-е годы ХХ века было открыто странное космическое явление - разбегание галактик в Метагалактике: сначала это открытие сделал теоретически Гамов, затем факт разбегания галактик доказал экспериментально Хабл. Галактики "разбегаются", и доказательство этому - смещение линий спектра в красную сторону. Это значит, что от улетающей галактики световые электоромагнитные волны, долетая до Земли, "растягиваются" - становятся длиннее. В конце ХХ века астрофизики установили, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется, а самые дальние галактики удаляются от нас со скоростью света (300000 км/сек). Но ведь из Общей Теории Относительности следует, что в нашей Вселенной скоростей больше скорости света быть не может. Как же это объяснить? Неужели Эйнштейн был неправ? Космофизики пытаются объяснить резбегание галактик теорией Большого Взрыва , согласно которой Метагалактика (наша Вселенная) возникла из некоего сверхплотного тела (сингулярности) в результате его взрыва 18 миллиардов лет назад. Галактики, согласно этой теории, - это результат остывания плазмы, образовавшейся при Большом взрыве.

Согласно теории Большого Взрыва, в этой плазме возникли неоднородности (причин возникновения неоднородностей теория не называет), затем стали образовываться огромные облака, которые по мере остывания сжимались. В результате элементарные частицы, из которых состояли эти облака, взаимодействуя друг с другом, образовали атомы, атомы объединялись в молекулы, из молекул в результате дальнейшего сжатия облаков образовались ядра звезд и планет. Но энергия, которая была передана облакам плазмы при Большом взрыве, сохранилась, поэтому галактики и разбегаются. Но почему дальние галактики убегают быстрее ближних? На этот вопрос молчит наука.

Фиг. 16. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике. Теория Фридмана, как и все прочие космологические теории, в качестве основного постулата использует утверждение об изотропности метагалактики, точнее, о равномерности распределения в ней вещества. Якобы в масштабах Метагалактики это так, потому что иначе быть не может. Но, глядя на эти фотографии и рисунки, основанные на конкретных астрономических наблюдениях, я засомневался в справедливости этого постулата, а точнее, допущения. Галактики в Метагалактике распределены неравномерно! Они образуют в Метагалактике так называемую "сотовую структуру", располагаясь по стенкам огромных пустых пузырей, заполненных вакуумом.

Фиг. 17. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике.

Я уже писал раньше, что галактики на самом деле не разбегаются, а расширяется пространство - расширяется вакуум, который разделяет скопления галактик. Этот процесс можно назвать растягиванием трехмерного пространства-вакуума в тех частях Вселенной, где концентрация вещества меньше некоторого минимума. Причем пространство-вакуум растягивается в каждой точке - оно просто раздвигается. Поэтому, чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется, поэтому самые дальние видимые галактики удаляются от нашей галактики со скоростью, близкой к скорости света. А те галактики, которые находятся дальше некоторого расстояния L (за горизонтом Метагалактики), удаляются от нас со скоростью большей, чем скорость света, поэтому для нас они невидимы - они "за горизонтом" видимости. Но они есть, и если бы мы передвинулись на несколько миллиардов световых лет, то увидели бы галактики, которые из нашей точки не видны. Но в то же время стали бы невидимыми дальние галактики с противоположной стороны, от которых мы удалились.

Если бы мы могли моментально переместиться на край видимой нами сейчас Вселенной, мы бы увидели, что этого края нет, что за ним простираются миллиарды галактик, которые тоже "разбегаются". И где бы мы не очутились в Метагалактике, нам всюду бы казалоссь, что мы находимся в ее центре.

Фиг. 18. Сотовая структура Метагалактики. Галактики в Метагалактике располагаются по поверхности "пузырей расширяющегося вакуума".

Но есть вопрос: а является ли движением в обычном понимании растяжение вакуума - расширение Вселенной? Мы привыкли считать, что движение тел в поле гравитации вызывают силы притяжения этих тел друг к другу. Силы действуют на тела и в результате их непосредственного соударения (бильярдные шары). Силы притяжения вызывают движение планет вокруг звезд и звезд вокруг центров галактик. А в случае растяжения вакуума разве никаких сил нет? Вероятно, силы есть, только это силы антигравитации, ведь они раздвигают пространство и "разбрасывают" галактики. Полномасштабное космическое взаимодействие - это не только притяжение одних тел к другим, но это и разбегание галактик друг от друга в результате раздвижения вакуума. Думаю, что если концентрация гравитирующей массы в некотором объеме пространства выше определенной величины G, то пространство в этом объеме не растягивается, здесь гравитация и антигравитация уравновешивают друг друга. Но если концентрация гравитирующей массы в некоторой части пространства значительно меньше этой величины, то тогда антигравитация преобладает и вакуум раздвигается. Но когда концентрация вещества значительно больше G, то тогда космические тела падают друг на друга, образуют сверхплотные тела, которые космофизики называют сингулярностями.

Возможно ли обычное перемещение тел в раздвигающемся пространстве-вакууме? Иными словами, возможны ли межгалактические перелеты космических кораблей сквозь пузыри раздвигающегося пространства, основанные на известном нам принципе устройства космических кораблей - "действие равно противодействию", т.е. на реактивной тяге? Думаю, что движение космического корабля в межгалактическом пространстве раздвигающегося межгалактического пузыря будет похоже на движение пловца к берегу, когда отливное течение уносит его от берега. Космический корабль должен развить скорость большую, чем скорость раздвижения пространства-вакуума. Если его скорость будет меньше скорости раздвижения пространства-вакуума, то он будет не приближаться к цели, а удаляться от нее. Для межгалактических полетов потребуются особые двигатели - "пожиратели вакуума". Но вот во что они будут преобразовывать этот вакуум? Может быть, в элементарные частицы или излучение? Пока наука не готова ответить на этот вопрос. Наверное, проще в Метагалактике передвигаться по стенкам метагалактических пузырей, в этом случае, двигаясь по кривой, можно быстрее достичь цели, нежели лететь сквозь метагалактический пузырь.

Итак, мы познакомились с тремя способами изменения расстояния между телами в пространстве - тремя типами движения: 1 - перемещение при соударении, 2 - движение в поле гравитации в результате гравитационного притяжения и 3 - перемещением в результате раздвижения пространства-вакуума.

Фиг. 19. Участок звездного неба, увиденный в телескоп. Видны мириады звезд а также странные темные участки, в которых звезд нет, или которые поглощают идущий к нам от них свет (непрозрачные участки). А может, это пузыри раздвигающегося пространства-вакуума?

Во всех трех случаях изменение расстояний между объектами мы считаем движением и не видим принципиальной разницы между вторым и третьим типом движения. А ведь в одном случае мы имеем дело с гравитацией, а в другом - с антигравитацией. Думаю, правильнее и тот и другой тип движения считать проявлениями гравитации, расширив это понятие. Во втором случае гравитация будет положительной, а в третьем - отрицательной. В теории относительности Эйнштейна постулируется воздействие вещества на пространство-вакуум: массивные тела искривляют пространство. Но в его теории ничего не говорится о том, что будет происходить с пространством-вакуумом, если вещества в нем будет очень мало. Априори считается, что в этом случае с пространством-вакуумом ничего происходить не будет. Однако разбегание галактик в Метагалактике говорит нам о другом.

Если в пределах звездных систем и галактик главную роль играет положительная гравитация, то в пределах Метагалактики - отрицательная и положительная. Вакуум и вещество - суть две взаимодействующие формы материи, из которых построена наша бесконечная в пространстве и времени Вселенная. А гравитационное взаимодействие может быть как положительное, так и отрицательное.

Считаю, что прав был древний грек Гераклит Эфесский, который писал: "Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющим и закономерно угасающим". Или в другом переводе: " Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим".

Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Путем, можно приблизительно определить массу нашей галактики. Она равняется массе ста миллиардов Солнц. Однако, "изучая закономерности взаимодействия того же Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды, мы обнаруживаем, что наша Галактика притягивается к ней так, как будто весит в десять раз больше», пишет Давид Шрамм. Астрофизики уверенно заявляют, что Вселенная простирается на Х световых лет и ее возраст - У миллиардов лет.

Для нескольких тысяч галактик измерены расстояния от нас. Они оказались расположены на таком большом расстоянии, что их свет от них идет до нас около 10 млрд. лет. Ближайшие к нам галактики - Магеллановы облака - расположены на расстоянии около 150000 световых лет, а Туманность Андромеды расположена в десять раз дальше. Большинство галактик в телескоп выглядят как маленькие туманные пятнышки. Невооруженным глазом можно увидеть три ближайшие к нам галактики: Туманность Андромеды в Северном полушарии, Большое и Малое Магеллановы облака в Южном полушарии неба.

Мы не имеем ясного представления о нашей Галактике - Млечном Пути. Астроном Б. Дж. Бок пишет: «Я вспоминаю середину 70-х годов, когда я и мои коллеги, исследователи Млечного Пути, были абсолютно уверены в себе. В то время никому не могло прийти в голову, что очень скоро нам придется пересмотреть свои представления о размерах Млечного Пути, увеличив его диаметр втрое, а массу вдесятеро». Но и наша собственная Солнечная система остается для нас загадкой. Традиционное объяснение происхождения планет, согласно которому планеты образовались в процессе конденсации облаков космической пыли и газа, имеет под собой довольно шаткий фундамент. Профессор В. Мак-Рей пишет: «Проблема происхождения Солнечной системы продолжает оставаться, пожалуй, самой значительной из всех нерешенных проблем астрономии». Пока что нет никаких оснований утверждать, что все ответы на вопросы космологии уже описаны математическим формулами, преждевременно отвергать альтернативные подходы, которые могут быть основаны на иных законах и принципах, чем известные нам законы физики.

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная (=Метагалактика) возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. Такое начальное состояние в принципе не может быть описано математически. Об этом состоянии ровным счетом ничего нельзя сказать. Все расчеты заходят в тупик. Это все равно что заниматься делением какого-то числа на ноль. Профессор Б. Лоувел писал о сингулярностях следующее: «В попытке физически описать исходное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. Вопрос в том, является ли это препятствие преодолимым? Может быть, все наши попытки научно описать исходное состояние Вселенной заранее обречены на неудачу?" Пока что это препятствие не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теорию Большого взрыва.

В научно-популярных изложениях теории Большого взрыва сложности, связанные с исходной сингулярностью, либо замалчиваются, либо упоминаются вскользь, но в специальных статьях ученые, делающие попытки подвести математическую базу под эту теорию, признают их главным препятствием. Профессора математики С. Хоукинг и Г. Эллис отмечают в своей монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени»: «На наш взгляд, вполне оправданно считать физическую теорию, которая предсказывает сингулярность, несостоявшейся». Гипотеза о происхождении Вселенной, которая постулирует, что исходное состояние Вселенной не поддается физическому описанию, выглядит довольно подозрительно. Но это еще полбеды. Следующий вопрос: откуда взялась сама сингулярность? И ученые вынуждены объявить математически неописуемую точку бесконечной плотности и бесконечно малых размеров, существующую вне пространства и времени, безначальной причиной всех причин. (Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/4.htm)

Б. Лоувел утверждает, что сингулярность в теории большого взрыва «часто представлялась как математическая проблема, возникшая из постулата об однородности Вселенной». Чтобы скорректировать это, теоретики стали вводить в свои модели сингулярности асимметрию, аналогичную той, которую можно видеть в наблюдаемой Вселенной. Таким образом, они надеялись внести в исходное состояние Вселенной достаточную неупорядоченность, необходимую для того, чтобы сингулярность не сводилась к точке. Однако все их надежды были разрушены Хоукингом и Эллисом, которые утверждают, что, согласно их расчетам, неоднородная сингулярность существовать не может».

В 60-е годы нынешнего столетия было обнаружено микроволновое фоновое излучение, равномерно заполняющее все космическое пространство. Оно представляет собой радиоволны миллиметрового диапазона, распространяющиеся по всем направлениям. Таинственное явление было открыто радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что оба были удостоены Нобелевской премии. «Фотонный газ» равномерно заполняет всю Вселенную. Его температура близка к абсолютному нулю - около 3 о К. Зато энергия, сосредоточенная в нем, превышает световую энергию всех звезд и галактик, вместе взятых, за все время их существования.

Новооткрытое явление немедленно было истолковано как температурно ослабленное излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10-20 миллиардов лет тому назад. За истекшее время эти, по-другому называемые еще «реликтовыми», фотоны якобы успели остыть до температуры около трех градусов по шкале Кельвина. «Нормальными» и «ослабленными» световыми квантами наполнено все космическое пространство: на каждый протон приходится несколько десятков миллионов таких фотонов. Так что же представляет собой это загадочное «реликтовое» излучение? И можно ли говорить о «реликтовых» фотонах?

Движение в микромире

Но есть еще одна разновидность движения - это движение в микромире, которое в принципе отличается и от перемещения тел в пространстве, и от раздвижения этого пространства . Эта разновидность движения еще более загадочна, чем движение в результате раздвижения пространства-вакуума. От рассмотрения явлений в масштабе Метагалактики мы должны перейти к рассмотрению явлений в масштабе субатомном - перейти в микромир. Мы смогли убедиться в том, что движение в масштабе Метагалактики в принципе отличается от движения в масштабе Солнечной системы. А что же происходит в масштабе атомов и элементарных частиц? Оказывается, в микромире движение еще более необычно, чем в Метагалактике.

Когда пучок элементарных частиц проходит через небольшое отверстие, то на выходе наблюдается странная картина. Этот пучок ведет себя как волна - он, пройдя отверстие, несколько рассеивается. Если бы частицы были упругими шариками, то такого явления мы наблюдать не могли бы. Те частицы, которые попали в отверстие, продолжали бы двигаться в том же направлении, а те, которые не попали, отскочили бы назад. Рассеивание пучка элементарных частиц после прохождения через отверстие называется дифракцией. Ограниченный в пространстве волновой пучок имеет свойство «расходиться» («расплываться») в пространстве по мере распространения даже в однородной среде. Это явление не описывается законами геометрической оптики и относится к дифракционным явлениям (дифракционная расходимость, дифракционное расплывание волнового пучка). Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия , то есть проникновение волны в область геометрической тени. Отступление от прямолинейности распространения света наблюдается также в сильных полях гравитации. Экспериментально подтверждено, что свет, проходящий вблизи массивного объекта, например, вблизи звезды, отклоняется в её поле тяготения в сторону звезды. Таким образом, и в данном случае можно говорить об «огибании» световой волной препятствия. Однако, это явление не относится к дифракции. Вместе с тем, во многих случаях дифракция может быть и не связана с огибанием препятствия. Такова, например, дифракция на непоглощающих (прозрачных), так называемых фазовых структурах. На схемах справа показана интенсивность ударов частиц, прошедших сквозь отверстие на экран, который находится за отверстием. Фото с сайтов: http://ru.wikipedia.org/wiki/ и http://teachmen.ru/work/lectureW/.

В 1900 г. Макс Планк ввёл универсальную постоянную h, позднее получившую название "постоянной Планка". Именно дату этого события часто считают годом рождения квантовой теории. В 1913 г. для объяснения структуры атома Нильс Бор предложил существование стационарных состояний электрона в атомах химических элементов, состояний, в которых энергия может принимать лишь дискретные значения. Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что любая энергия элементарными частицами поглощается или испускается только дискретными порциями. Эти порции состоят из целого числа квантов с энергией, пропорциональной частоте электромагнитного колебания с коэффициентом пропорциональности, определяемым по формуле:

Где h - постоянная Планка, и .

В 1905 году, для объяснения явлений фотоэффекта, Альберт Эйнштейн, использовав квантовую гипотезу Планка, предположил, что свет состоит из порций - квантов. Впоследствии «кванты» получили название фотонов.

В 1923 году Луи де Бройль выдвинул идею двойственной природы вещества, согласно которой поток материальных частиц обладает и волновыми свойствами, и свойствами частицы с массой и энергией. Это предположение в 1927 году получило экспериментальное подтверждение при исследовании дифракции электронов в кристаллах. До принятия гипотезы де Бройля дифракция расценивалась как исключительно волновое явление, но согласно гипотезе де Бройля дифракцией могут обладать потоки любых элементарных частиц.

В 1926 году Э. Шрёдингер создал на основе этих идей волновую механику, содержащую новые фундаментальные законы кинематики и динамики. Развитие квантовой механики продолжается до сих пор. Помимо квантовой механики, важнейшей частью квантовой теории является квантовая теория поля.

«По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех её конкретных проявлений.» (Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ). «Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны.» (Физический энциклопедический словарь. МАССА). «... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным.» (Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337.) «... элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля...» (А.Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689.)

С современной точки зрения, частицы материи - это квантованные волновые образования, возбуждённые состояния квантового поля, т.е. рассмотрение полевого строения элементарных частиц надо начинать с анализа свойств возмущений поля (полевых потоков), которые представляют возбуждённые состояния. Например, частицы фотоны - это элементарные возбуждения электромагнитного поля, состоящие из элементарных электрических и магнитных возмущений. В описании полевых процессов пока ещё много неясного, поэтому попытаюсь прочитать физическую литературу как бы между строк, точнее, между цитат и проанализировать то, что из них логически вытекает, но скромно умалчивается. Также цитаты служат напоминанием, если кто подзабыл физику. (Алеманов С.Б. Волновая теория строения элементарных частиц. - М.: "БИНАР", 2011 г. - 104с.).

«Однако позже выяснилось, что пустота - "бывший эфир" - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля ("нулевые колебания"), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие ("виртуальные") частицы могут сделаться реальными - из "пустоты" рождается сноп частиц. Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию "эфир", но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют "вакуумом" или "физической пустотой".» (Академик А.Мигдал).

Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля стало поворотным моментом в развитии квантовой механики. Это послужило оформлению идей корпускулярно-волнового дуализма. Подтверждение этой идеи для физики стало важным этапом, поскольку дало возможность не только характеризовать любую частицу, присваивая ей определённую индивидуальную длину волны, но также полноправно использовать её в виде определённой величины в волновых уравнениях при описании явлений.

Появление квантовой теории связано с тем, что в рамках классической механики невозможно, например, объяснить движение электронов вокруг атомного ядра. Согласно классической электродинамике, электрон, вращающийся с большой скоростью вокруг атомного ядра, должен излучать энергию, при этом его кинетическая энергия должна уменьшаться, и он непременно должен упасть на ядро. Но электроны вопреки этому на ядро не падают, поэтому атомы как системы устойчивы. Существование устойчивых атомов, согласно классической механике, просто невозможно. Квантовая теория - это совершенно новый взгляд, позволяющий с огромной точностью описывать необычное поведение электронов и фотонов.

Некоторые свойства квантовых систем кажутся необычными в рамках классической механики, например, такие, как невозможность одновременно измерить координату частицы и ее импульс, или несуществование определённых траекторий движения электронов вокруг ядер. Наша повседневная интуиция, основанная на наблюдениях явлений макро и мега уровней, никогда не сталкивается с таким типом движения, поэтому в данном случае «здравый смысл» дает сбой, поскольку он годится только для макроскопических систем. Законы механики и теория гравитации Ньютона применимы для описания движения в макромире, теория относительности - для описания общей структуры пространства-времени, а квантовая механика - для объяснения поведения субатомных частиц. К сожалению, теория Эйнштейна и квантовая теория попрежнему явно противоречат друг другу.

Первым шагом на пути к интеграции обеих теорий является теория квантового поля. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно». Пока никто не имеет ни малейшего представления о том, как это сделать. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm).

Физик Д. Бем писал: «Всегда имеется вероятность того, что будут обнаружены принципиально иные свойства, качества, структуры, системы, уровни, которые подчиняются совсем другим законам природы». Выходом из теоретических затруднений может оказаться теория пространственно-временных туннелей или, как их еще называют, «космических нор», серьезно рассмотренная физиком Дж. Уилером в работе «реометродинамика» в 1962 г. Эта теория предполагает космические туннели как переходы, связывающие прошлое и будущее или даже различные вселенные друг с другом. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm). Эта теория исходит из того, что наш мир не четырехмерен, как считал А. Эйнштейн, а пятимерен. В пятом измерении точки нашего пространства-времени, удаленные друг от друга на большое расстояние или время, могут располагаться в непосредственной близости друг к другу. Например, две точки на плоскости (двумерное пространство) удалены друг от друга на 20 см, а если плоскость смять, то в третьем измерении эти точки могут оказаться на расстоянии 2 см, но чтобы попасть из одной точки в другую, необходимо выйти за пределы плоскости в трехмерное пространство.

Похоже, что наш мир в малых масштабах пятимерен. Это значит, что элементарные частицы могут "выпадать" из четырехмерного пространства-времени в пятое измерение и появляться в любой точке "смятого" в пятом измерении четырехмерного пространства-времени. Именно поэтому электрон в атоме не имеет орбиты такой, как, например, орбита Земли в Солнечной системе. Он в атоме относительно ядра движется в пятимерном пространстве, поэтому в один и тот же момент времени он может находиться в нескольких точках четырехмерного пространства-времени, так как эти точки в пятом измерении соприкасаются друг с другом. Электроны в атоме находятся в виде облаков, которые называются орбиталями. Облака-орбитали бывают разные: одни в виде шара - s-электроны, другие в виде гантели - p-электроны. Есть еще более сложные конфигурации электронных облаков. В пределах s-облака и в пределах p-облака невозможно определить местонахождение электрона точно, можно только определить верочтность его пребывания в разных точках этих облаков. Ф. Янчилина в своей книге "По ту сторону звезд", изданной в Москве в 2003 г., для объяснения движения электрона в атоме вводит понятие дискретного движения. Именно так в четырехмерном пространстве времени будет выглядеть движение частицы, которая на самом-то деле движется в пятимерном пространстве. В начале двадцатого века Эйнштейн ввел понятие четвертого измерения. В настоящее время по мере того, как обнаруживаются новые следствия уравнений гравитационного поля, выведенных Эйнштейном, физикам приходится вводить новые дополнительные измерения. Физик-теоретик П. Дэвис пишет: «В природе в дополнение к трем пространственным измерениям и одному временному, которые мы воспринимаем в повседневной жизни, существуют еще семь измерений, которые до сей поры никем замечены не были». Чтобы понять движение в мире элементарных частиц (микромире), необходимо просто примириться с тем, что этот мир имеет большее число измерений, чем наш макромир, но для понимания этого требуется определенное «растяжение» ума. (Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/10.htm).

Ридберговский атом калия в эксперименте физиков из университета Райса (Хьюстон).

Согласно планетарной модели атома, созданной Нильсом Бором, электроны обращаются вокруг ядра атома, как планеты вокруг звезды. Электрон может испускать фотон, переходя с высокого энергетического уровня на низкий. Напротив, поглощение фотона переводит электрон на более высокий уровень, приводит в возбужденное состояние. Ридберговскими называют атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в сверхвозбужденном состоянии. Воздействуя на атом лазерным излучением с определенной длиной волны, можно добиться "раздувания" его внешней электронной оболочки, переводя электроны на все более высокие энергетические уровни. В этом случае электроны в атоме вступают в резонанс с электромагнитными колебаниями, направляемыми лазерным лучом. От этого атом увеличивается в размерах - буквально "распухает". Физики из Университета Райс (Хьюстон) с помощью лазера увеличили атом калия до гигантского размера - миллиметрового, что примерно в десять миллионов раз больше его обычного размера. Результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters. Согласно квантовой теории, положение электрона на орбите вокруг атома не может быть определено - электрон представляет собой волну, "размазанную" по оболочке. Однако в случае с ридберговскими атомами, электроны переходят в псевдоклассическое состояние, в котором движение электрона можно отслеживать как движение частицы по орбите. "При сильном увеличении размеров атома квантовые эффекты в нем могут переходить в классическую механику модели атома Бора", - поясняет Даннинг. Если это действительно так, то накачивая энергию в электронные орбитали с помощью облучения атомов лазером, мы можем перевести движение электронов из пятимерного пространства-времени в четырехмерное и сделать атом классическим - аналогом звезды с планетами.

"Используя ридберговские атомы в высоковозбужденном состоянии и пульсирующие электрические поля, мы смогли управлять движением электронов и привести атом в планетарное состояние", - говорит ведущий автор исследования Барри Даннинг. Группа ученых из Университета Райс, используя лазер, довела уровень возбуждения атома калия до чрезвычайно высоких значений. С помощью тщательно подобранных серий коротких электрических импульсов им удалось привести атом в состояние, в котором "локализованный" электрон обращался вокруг ядра на значительно большем расстоянии. Диаметр электронной оболочки достиг при этом одного миллиметра. По словам Даннинга, электрон оставался локализованным на определенной орбите и вел себя почти как "классическая" частица. (http://ria.ru/science/20080702/ 112792435.html).

При подготовке статьи была использована информация с сайтов:

Группа астрономов из Мэриленда, Гавайев, Израиля и Франции создали самую подробную карту из когда-либо находившихся в нашем районе, показав движение почти 1400 галактик на расстоянии 100 миллионов световых лет Млечного Пути.

Команда реконструировала движения галактик с 13 миллиардов лет в прошлом и по сей день. Основным гравитационным аттрактором в отображаемой области является кластер Девы, в 600 триллионов раз превышающий массу Солнца и в 50 миллионах световых лет от нас.

Подробнее:

Более тысячи галактик уже попали в кластер Девы, в то время как в будущем будут отображены все галактики, которые в настоящее время находятся в пределах 40 миллионов световых лет от кластера. Наша галактика Млечный Путь находится за пределами этой зоны захвата. Однако галактикам Млечного Пути и Андромеды, каждая из которых в 2 триллиона раз превышает массу Солнца, суждено столкнуться и слиться через 5 миллиардов лет.

«Впервые мы не только визуализируем детальную структуру нашего локального суперкластера галактик, но и видим, как структура развивается в истории вселенной. Аналогия - это изучение текущей географии Земли от движения тектоники плит», - сказал соавтор Брент Тулли из Института астрономии, Гавайи.

Эти драматические события слияния являются лишь частью более масштабного шоу. В этом томе Вселенной есть два основных шаблона потока. Все галактики в одном полушарии региона, включая наш собственный Млечный Путь, текут к одному плоскому листу. Кроме того, по существу каждая галактика по всему объему течет, как лист в реке, к гравитационным аттракторам на гораздо больших расстояниях.

Весьма советуем с ним познакомиться. Там Вы найдете много новых друзей. Кроме того, это наиболее быстрый и действенный способ связаться с администраторами проекта. Продолжает работать раздел Обновления антивирусов - всегда актуальные бесплатные обновления для Dr Web и NOD. Не успели что-то прочитать? Полное содержание бегущей строки можно найти по этой ссылке .

В данной статье рассматривается скорость движения Солнца и Галактики относительно разных систем отсчета:

Скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд, видимых звезд и центра Млечного Пути;

Скорость движения Галактики относительно местной группы галактик, удаленных звездных скоплений и реликтового излучения.

Краткая характеристика Галактики Млечный Путь.

Описание Галактики.

Прежде чем приступить к изучению скорости движения Солнца и Галактики во Вселенной, познакомимся с нашей Галактикой поближе.

Мы живем как бы в гигантском «звездном городе». Вернее – в нем «живет» наше Солнце. Населением этого «города» являются разнообразные звезды, и «проживает» их в нем более двухсот миллиардов. Несметное множество солнц рождается в нем, переживает свою молодость, средний возраст и старость – проходят долгий и сложный жизненный путь, длящийся миллиарды лет.

Громадны размеры этого «звездного города» - Галактики. Расстояния между соседними звездами в среднем равны тысячам миллиардов километров (6*1013 км). А таких соседей свыше 200 миллиардов.

Если бы мы со скоростью света (300 000 км/сек) мчались от одного конца Галактики до другого, на это ушло бы около 100 тысяч лет.

Вся наша звездная система медленно вращается, как гигантское колесо, состоящее из миллиардов солнц.

Орбита Солнца

В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец A*) (около 4,3 миллиона солнечных масс) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы от 1000 до 10 000 масс Солнца и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своем ядре.

Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звёзд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звёздами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца.

Ядро Галактики с огромной силой притягивает все остальные звезды. Но громадное количество звезд расселено и по всему «звездному городу». А они тоже притягивают друг друга в разных направлениях, и это сложно влияет на движение каждой звезды. Поэтому Солнце и миллиарды других звезд в основном движутся по круговым путям или эллипсам вокруг центра Галактики. Но это лишь «в основном» - присмотревшись, мы увидели бы, что они движутся по более сложным кривым, извивающимся путям среди окружающих звезд.

Характеристика Галактики Млечный Путь:

Место нахождения Солнца в Галактике.

Где в Галактике находится Солнце и движется ли оно (а с ним и Земля, и мы с вами)? Не находимся ли мы в «центре города» или хотя бы где-нибудь недалеко от него? Исследования показали, что Солнце и солнечная система расположены на громадном расстоянии от центра Галактики, ближе к «городским окраинам» (26 000 ± 1 400 св. лет).

Солнце расположено в плоскости нашей Галактики и удалено от ее центра на 8 кпк и от плоскости Галактики примерно на 25 пк (1 пк (парсек) = 3,2616 светового года). В области Галактики, где расположено Солнце, звездная плотность составляет 0,12 звезд на пк3.

Модель нашей Галактики

Скорость движения Солнца в Галактике.

Скорость движения Солнца в Галактике принято рассматривать относительно разных систем отсчета:

Относительно ближайших звезд.

Относительно всех ярких звезд, видимых невооруженным глазом.

Относительно межзвездного газа.

Относительно центра Галактики.

1. Скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд.

Подобно тому, как скорость летящего самолета рассматривается по отношению к Земле, не учитывая полета самой Земли, так и скорость движения Солнца можно определить относительно ближайших к нему звезд. Таким, как звезды системы Сириус, Альфа Центавра и др.

Эта скорость движения Солнца в Галактике сравнительно невелика: всего 20 км/сек или 4 а.е. (1астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149,6 млн км.)

Солнце относительно ближайших звезд движется по направлению к точке (апексу), лежащей на границе созвездий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25° к плоскости Галактики. Экваториальные координаты апекса = 270°, = 30°.

2. Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд.

Если рассматривать движение Солнца в Галактике Млечный Путь относительно всех звезд, видимых без телескопа, то его скорость и того меньше.

Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд составляет - 15 км/сек или 3 а.е.

Апекс движения Солнца в данном случае также лежит в созвездии Геркулеса и имеет следующие экваториальные координаты: = 265°, = 21°.

Скорость движения Солнца относительно ближайших звезд и межзвездного газа

3. Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа.

Следующий объект Галактики, относительно которого мы рассмотрим скорость движения Солнца, - это межзвездный газ.

Вселенские просторы далеко не так пустынны, как считалось долгое время. Хотя и в небольших количествах, но везде присутствует межзвездный газ, наполняя собой все уголки мирозданья. На межзвездный газ, при кажущейся пустоте незаполненного пространства Вселенной, приходится почти 99% от совокупной массы всех космических объектов. Плотные и холодные формы межзвездного газа, содержащие водород, гелий и минимальные объемы тяжелых элементов (железо, алюминий, никель, титан, кальций), находятся в молекулярном состоянии, соединяясь в обширные облачные поля. Обычно в составе межзвездного газа элементы распределены следующим образом: водород – 89%, гелий – 9%, углерод, кислород, азот – около 0,2-0,3%.

Газопылевое облако IRAS 20324+4057 из межзвездного газа и пыли длиной в 1 световой год, похожее на головастика, в котором скрывается растущая звезда

Облака межзвездного газа могут не только упорядоченно вращаться вокруг галактических центров, но и обладать нестабильным ускорением. В течение нескольких десятков миллионов лет они догоняют друг друга и сталкиваются, образуя комплексы из пыли и газа.

В нашей Галактике основной объем межзвездного газа сосредоточен в спиральных рукавах, один из коридоров которых расположен рядом с Солнечной системой.

Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа: 22-25 км/сек.

Межзвездный газ в ближайших окрестностях Солнца имеет значительную собственную скорость (20-25 км/с) относительно ближайших звезд. Под его влиянием апекс движения Солнца смещается в сторону созвездия Змееносца (= 258°, = -17°). Разница в направлении движения около 45°.

4. Скорость движения Солнца в Галактике относительно центра Галактики.

В трех рассмотренных выше пунктах речь идет о так называемой пекулярной, относительной скорости движения Солнца. Иными словами, пекулярная скорость - это скорость относительно космической системы отсчета.

Но Солнце, ближайшие к нему звезды, местное межзвездное облако все вместе участвуют в более масштабном движении – движении вокруг центра Галактики.

И здесь речь идет уже о совсем других скоростях.

Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики огромна по земным меркам - 200-220 км/сек (около 850 000 км/час) или больше 40 а.е. / год.

Точную скорость Солнца вокруг центра Галактики определить невозможно, ведь центр Галактики скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Однако все новые и новые открытия в этой области все уменьшают расчетную скорость нашего солнца. Еще совсем недавно говорили о 230-240 км/сек.

Солнечная система в Галактике движется по направлению к созвездию Лебедя.

Движение Солнца в Галактике происходит перпендикулярно направлению на центр Галактики. Отсюда галактические координаты апекса: l = 90°, b = 0° или в более привычных экваториальных координатах - = 318°, = 48°. Поскольку это движение обращения, апекс смещается и совершает полный круг за "галактический год", примерно 250 миллионов лет; угловая его скорость ~5" / 1000 лет, т.е. координаты апекса смещаются на полтора градуса за миллион лет.

Нашей Земле от роду около 30 таких «галактических лет».

Скорость движения Солнца в Галактике относительно центра Галактики

Кстати, интересный факт на тему скорости движения Солнца в Галактике:

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звёзд происходит с другой закономерностью, поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных рукавов совпадают - это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.

Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла зародиться и сохраниться жизнь.

Скорость движения Галактики во Вселенной.

Скорость движения Галактики во Вселенной принято рассматривать относительно разных систем отсчета:

Относительно Местной группы галактик (скорость сближения с галактикой Андромеда).

Относительно удаленных галактик и скоплений галактик (скорость движения Галактики в составе местной группы галактик к созвездию Девы).

Относительно реликтового излучения (скорость движения всех галактик в ближайшей к нам части Вселенной к Великому Аттрактору – скоплению огромных сверхгалактик).

Остановимся подробнее на каждом из пунктов.

1. Скорость движения Галактики Млечный Путь к Андромеде.

Наша Галактика Млечный Путь также не стоит на месте, а гравитационно притягивается и сближается с галактикой Андромеда со скоростью 100-150 км/с. Основной компонент скорости сближения галактик принадлежит Млечному Пути.

Поперечная составляющая движения точно не известна, и беспокойства о столкновении преждевременны. Дополнительный вклад в это движение вносит и массивная галактика M33, находящаяся примерно в том же направлении, что и галактика Андромеды. В целом скорость движения нашей Галактики относительно барицентра Местной группы галактик около 100 км / сек примерно в направлении Андромеда/Ящерица (l = 100, b = -4, = 333, = 52), однако эти данные еще весьма приблизительны. Это весьма скромная относительная скорость: Галактика смещается на собственный диаметр за две-три сотни миллионов лет или, очень примерно, за галактический год.

2. Скорость движения Галактики Млечный Путь к скоплению Девы.

В свою очередь, группа галактик, в которую входит и наш Млечный путь, как некое единое целое, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с. Это движение также обусловлено гравитационными силами и осуществляется относительно удаленных скоплений галактик.

Скорость движения Галактики Млечный Путь к скоплению Девы

3. Скорость движения Галактики во Вселенной. На Великий Аттрактор!

Реликтовое излучение.

Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из электронов, барионов и постоянно излучающихся, поглощающихся и вновь переизлучающихся фотонов.

По мере расширения Вселенной плазма остывала и на определённом этапе замедлившиеся электроны получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией).

Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом.

Те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли, до сих пор достигают нашей планеты через пространство продолжающей расширяться вселенной. Эти фотоны составляют реликтовое излучение, представляющее собой равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение.

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Г. Гамовым в рамках теории Большого взрыва. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году.

Скорость движения Галактики относительно реликтового излучения.

Позже началось изучение скорости движения Галактик относительно реликтового излучения. Определяется это движение измерением неравномерности температуры реликтового излучения в разных направлениях.

Температура излучения имеет максимум в направлении движения и минимум в противоположном направлении. Степень отклонения распределения температуры от изотропного (2,7 К) зависит от величины скорости. Из анализа наблюдательных данных следует, что Солнце движется относительно реликтового излучения со скоростью 400 км/с в направлении =11,6, =-12 .

Такие измерения показали также и другую важную вещь: все галактики в ближайшей к нам части Вселенной, включая не только нашу Местную группу , но и скопление Девы и другие скопления, движутся относительно фонового реликтового излучения с неожиданно большой скоростью.

Для Местной группы галактик она составляет 600-650 км / сек с апексом в созвездии Гидра (=166, =-27). Выглядит это так, что где-то в глубинах Вселенной существует огромный кластер многих сверхскоплений, притягивающий материю нашей части Вселенной. Этот кластер был назван Великим Аттрактором - от английского слова «attract» - притягивать.

Поскольку галактики, входящие в состав Великого Аттрактора, скрыты межзвездной пылью, входящей в состав Млечного Пути, картографирование Аттрактора удалось выполнить только в последние годы с помощью радиотелескопов.

Великий Аттрактор находится на пересечении нескольких сверхскоплений галактик. Средняя плотность вещества в этом районе ненамного больше средней плотности Вселенной. Но за счет гигантских размеров его масса оказывается настолько велика и сила притяжения столь огромна, что не только наша звездная система, но и другие галактики и их скопления поблизости движутся в направлении Великого Аттрактора, формируя огромный поток галактик.

Скорость движения Галактики во Вселенной. На Великий Аттрактор!

Итак, подведем итоги.

Скорость движения Солнца в Галактике и Галактики во Вселенной. Сводная таблица.

Иерархия движений, в которых принимает участие наша планета:

Вращение Земли вокруг Солнца;

Вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей Галактики;

Движение относительно центра Местной группы галактик вместе со всей Галактикой под действием гравитационного притяжения созвездия Андромеда (галактики М31);

Движение к скоплению галактик в созвездии Девы;

Движение к Великому Аттрактору.

Скорость движения Солнца в Галактике и скорость движения Галактики Млечный Путь во Вселенной. Сводная таблица.

Сложно себе представить, а еще сложнее рассчитать, как далеко мы перемещаемся каждую секунду. Расстояния эти - огромны, а погрешности в таких расчетах пока еще достаточно велики. Вот какими данными располагает наука на сегодняшний день.