© Copyright - Karim A. Khaidarov, July 1, 2005
Светлой памяти моей дочери Анастасии посвящаю
В статье изложено применение концепции метатвердых состояний вещества к физике квазаров. Показано, что внутреннее красное смещение квазаров, открытое и исследованное Хальтоном Арпом, Джеффри и Е. Маргарет Бёрбиджами, есть гравитационное красное смещение. Показано, что открытое К. Карлссоном квантование красных смещений квазаров можно объяснить фазовыми переходами в метатвердом веществе квазаров. Предлагаемый подход определяет место квазаров в непрерывной звездной эволюции как поздних состояний линии белых карликов в активных галактиках.
…"защищу его, потому что он познал имя Мое".
[Пс. 90]
Опираясь на открытые и исследованные Хальтоном Арпом [1-19], Джеффри. и Е. Маргарет Бёрбиджами [24, 15-16], К. Карлссоном [20-23] свойства собственных красных смещений квазаров, и явление фазового перехода вещества в метатвердое состояние под действием гипердавлений, попытаемся найти путь к пониманию физической природы квазаров.
Однако для понимания физической природы явлений, происходящих в квазарах и космическом пространстве вообще, необходимо устранить помехи, стоящие на этом пути. Поэтому вначале остановимся на критике современных заблуждений в теоретической физике.
Мифы релятивизма
Миф о фотоне – пушечном ядре.
Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.Отсюда родились сказки о “радиусе Шварцшильда”, “черных дырах Хокинга” и пр. Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал [25]:
“Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми.”
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество.
Сказка об угловом отклонении луча света вблизи Солнца, возрожденная Эйнштейном в начале 20-го века и подхваченная апологетом релятивизма Эддингтоном до сих пор считается наукой. Как ни печально, но все эти сказки называются наукой.
Реально, никакое гравитационное поле не в состоянии необратимо изменить вектор луча света, а тем более реверсировать его. Это нарушило бы закон сохранения импульса. Существуют лишь явления поперечного дрейфа луча, известные как звездная аберрация Джеймса Брэдли и явление Георгия Никитина, при которых вектор импульса света неизменен, есть лишь Галилеевское сложение скоростей и вызванное этим кажущееся изменение угла.
Отсутствие реального необратимого поворота луча света проверить очень просто. Это можно увидеть в хороший телескоп. При покрытии света дальней звезды ближней должно возникать два изображения дальней звезды: одно – запаздывающее со стороны захода дальней звезды, а другое – опережающее, со стороны восхода, а при отсутствии покрытия, но близком прохождении луча – видимое искривление траектории дальней звезды. Этого не наблюдается.
Рис.1. Воображаемый, но не реализуемый эксперимент по раздвоению изображения покрываемой звезды.
Когда релятивисты рассматривают сильные гравитационные поля, то они забывают о том, что предельным гравитационным потенциалом является квадрат скорости света, и он не может быть никогда преодолен, даже в непротиворечивой релятивистской теории.
Реально, при пролете в относительно слабых гравитационных полях, какие создают Земля и Солнце, свет испытывает лишь слабое гравитационное изменение частоты, соответствующее разнице гравитационных потенциалов точек излучения и приема. Здесь мы можем записать
|
|
(1) |
где φ – гравитационный потенциал на поверхности небесного тела, γ – гравитационная постоянная, M – масса небесного тела, R – его радиус; f0 – частота света на поверхности излучения, f – частота того же кванта при удаленном от небесного тела приеме.
Истинность выражений (1) проверена многократно, в том числе серией экспериментов, подобных эксперименту Паунда – Ребки и измерению смещения фраунгоферовых линий на лимбе Солнца. Если мы примем разумную позицию, заключающуюся в том, что всё материальное состоит из материи (эфира), то есть является лишь ее частью, а самой материи соответствует везде постоянный и максимальный по отношению к ее частям – различным формациям, гравитационный потенциал c2, то отношение потенциалов в (1) неизбежно должно быть менее 1.
Действительно, запишем определение Z
Z = (f0 – f)/f
отсюда и из (1) получаем
или
φ/c2 = (Z-1 + 1)-1 < 1
Отсюда понятна невозможность “черных дыр” и бессмысленность “радиуса Шварцшильда”. Свет даже из самых сильных гравитационных полей должен выходить, потеряв лишь часть энергии на преодоление гравитационного потенциала. То есть для наблюдателя, находящегося вдали от массивного небесного тела, свет, испускаемый с поверхности этого тела, будет иметь красное смещение, однозначно зависящее от отношения M/R (см. рис.2.)
φ = γM/R = γρ4πR2/3 = γρS/3
где ρ - средняя плотность небесного тела; S – площадь поверхности тела.
Рис.2. Связь между гравитационным потенциалом и гравитационным Z.
Миф о сверхдалеких и сказочно больших квазарах.
Приписывая красному смещению квазаров Хаббловскую природу, то есть считая, что расстояние до них пропорционально их красному смещению, релятивистская физика считает квазары запредельно далекими и сказочно великими небесными телами. На этих предположениях построено немало смехотворных космогонических теорий. Их возникновение связано с путаницей в головах космологов. Они считают красное смещение одним физическим явлением, хотя, на самом деле в Природе существует как минимум 4 вида причин красного смещения:Вопреки релятивистским мифам, уже много лет первооткрыватель и исследователь квазаров д-р Хальтон Арп показывает, что квазары физически, наблюдаемо ассоциированы с некоторыми известными и не столь уж далекими галактиками. Им накоплен большой статистический материал наблюдений, то есть астрономических фактов, который при честном отношении к науке просто невозможно игнорировать [1-19].
Согласно Х. Арпу квазары имеют “внутреннее” или “собственное” красное смещение, которое не зависит от расстояния на котором они находятся от нас. Внутреннее красное смещение квазаров определяется канонической формулой (см., например, [18-19])
|
Zi = (Zv +1)/(Zg + 1) - 1 |
(2) |
где Zi – внутреннее красное смещение квазара, Zv – видимое с Земли красное смещение квазара, Zg – красное смещение галактики, в которой находится квазар.
Кроме того, исследованиями Д. С. МакМиллана [26] показано, что по данным геодезических сессий VLBI за 1979 - 2003 гг. у большого числа квазаров есть значимые ненулевые собственные движения: у 580 источников точности определения собственных движений составляют 0.5 mas/год и лучше, а для 50-60 объектов их собственные движения отличаются от нуля более, чем на 3σ. Таким образом, необходимо принять либо сверхсветовые скорости движения квазаров, либо считать, что их красное смещение не имеет отношения к расстояниям до них.
Квазары действительно яркие, но отнюдь не сказочно большие небесные тела. Согласно данным радиоинтерферометрии они являются точечными источниками, имеющими размер менее 0,4 mas.
В познании их природы может помочь явление квантованности их красных смещений, открытое К. Карлссоном и подробно исследованное Х.Арпом и Дж. и Е.М. Бёрбиджами.Квантованность красных смещений квазаров
В 1971 году К. Карлссон [20], исследуя статистику красных смещений квазаров, обнаружил, что она носит явно кластерный характер с практически равными шагами по частоте.
Статистическим анализом Х. Арп обнаружил, что если квазары ассоциировать с галактиками, находящимися на малых угловых расстояниях от квазаров, то квантованность статистики красных смещений квазаров обостряется.
Продолжая эти исследования, тщательно учитывая все сопутствующие признаки близко расположенных по углу квазаров и галактик, Х. Арп пришел к выводу, что эти объекты имеют не только близкое угловое расположение, но и близки линейно, физически. Было наблюдено множество случаев соединения галактик и квазаров радиоизлучающими мостами, видимыми звездно-пылевыми рукавами.
Применяя формулу (2) к выделению “внутренней” компоненты красного смещения квазаров, не зависящей от расстояния, Х. Арп получил еще более четкое квантованное распределение красных смещений квазаров. Оказалось, что красные смещения принимают только фиксированные значения из ряда [18]:
Z = 0.061; 0,30; 0,60; 0.96, 1.41; 1.96; 2.63 …
В математически удобной форме эту последовательность можно записать так:
|
Z = exp((n + a)/b) - 1; a = 0,285; b = 4.874 |
(3) |
где n = 0, 1, 2, 3 … - натуральный ряд чисел, реально номер типа квазара.
Найденное n явно относится к ряду каких-то однородных физических состояний квазаров.
По мнению автора внутреннее красное смещение квазаров есть гравитационное смещение (1), и квантовой формуле (3) можно приписать соответствующее значение гравитационного потенциала поверхности излучения квазара
|
|
(4) |
где M – масса квазара, R – радиус фотосферы квазара.
Температура квазаров
Считая, что поверхность квазара есть самый обыкновенный ионизированный газ, зная гравитационный потенциал излучающей поверхности (4), можно определить температуру поверхности квазара из условия равенства средней скорости самой легкой частицы фотосферы – электрона и орбитальной скорости на среднем уровне фотосферы.
Для этого достаточно принять, что наиболее вероятная скорость самых легких частиц верхнего слоя, т.е. электронов, равна орбитальной скорости для данной высоты (радиуса R), а распределение электронов подчиняется статистике Максвелла (1), то есть
v1
= ( γM/R)0.5 = (2kTe/me)0,5 [m/s] ,где γ – гравитационная постоянная.
Отсюда получаем выражение для температуры электронов поверхности газового шара [41]
|
Te = γMme / 2kR [oK], |
(5) |
Эта температура есть цветовая температура газового шара, которая немного отличается от эффективной температуры смещением спектра излучения в высокочастотную область за счет термоэмиссии электронов за пределы шара. Для обычных звезд температура (5) мало отличается от эффективной температуры поверхности излучающего шара и это отличие можно учесть введя цветовую поправку равную, например, для Солнца ct = 1,093. Однако для квазаров, судя по их спектру такая поправка будет большой. Приближенное значение, полученное автором ctQSO = 2.
Кроме этой поправки в связи с большим гравитационным красным смещением квазара необходимо ввести поправку Kred в закон излучения. Небо квазара не является черным.
Из формул (4) и (5) с поправками можно получить температуру для каждого типа квазаров
|
|
(6) |
где Kred – поправка к закону излучения; me – масса электрона; c – скорость света; k – постоянная Больцмана; Ct – цветовая поправка.
Рассчитанные по формуле (6) значения температур квазаров приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристические температуры излучения квазаров.
|
тип (n) |
Zi |
Temiss |
Tem.corr |
φ/c 2 |
Kred |
|
0 |
0,060 |
8,42E+07 |
7,94E+07 |
0,057 |
1,000 |
|
1 |
0,302 |
3,44E+08 |
1,85E+08 |
0,232 |
0,700 |
|
2 |
0,598 |
5,55E+08 |
1,74E+08 |
0,374 |
0,500 |
|
3 |
0,962 |
7,27E+08 |
1,11E+08 |
0,490 |
0,300 |
|
4 |
1,409 |
8,67E+08 |
8,28E+07 |
0,585 |
0,230 |
|
5 |
1,958 |
9,81E+08 |
7,13E+07 |
0,662 |
0,215 |
|
6 |
2,632 |
1,07E+09 |
5,92E+07 |
0,725 |
0,200 |
Таким образом мы пришли к очень важному выводу, что квазары имеют квантованные, фиксированные температуры поверхности излучения. Кроме того, разделив (4) на радиус излучения можно получить значение силы тяжести на поверхности квазара
|
|
(7) |
Так как в правой части выражения (7) для фиксированного типа квазара переменной является только R, то из этого можно сделать важный вывод о поведении массы квазара как гуковского упругого тела.
Сверхсжатые состояния материи
В работе автора [42] было показано, что при давлениях свыше 3·10
11 [Pa] обычное вещество переходит в особое “метатвердое” состояние. Такое состояние наблюдается сейсмологией в недрах Земли уже давно – это твердое ядро Земли. Вещество в таком фазовом состоянии получают в лабораторных условиях на некоторое время в виде необычных метастабильных состояний.Особенностью метатвердого состояния является то, что давление выше критического начинает сдавливать электронные оболочки атомов, и они уменьшаются в размере пропорционально сжатию. Так как процесс сжатия электронных оболочек является абсолютно упругим, то вся энергия сжатия переходит во внутреннюю потенциальную энергию электронных оболочек.
Сопротивление сжатию растет пропорционально массовой плотности вещества (обратно пропорционально атомным объемам). Поэтому для описания упругого сжатия вещества в запредельных условиях автором введено новое понятие – модуль массовой упругости K
m, который является физической константой|
Km = B/ρ [m2/s2], |
(8) |
где ρ – массовая плотность вещества [kg/m3].
Как видно из (8) этот модуль представляет собой потенциал. Его количественное значение найдено автором из условия баланса упругих сил в атоме
|
|
(9) |
где α – постоянная тонкой структуры; c – скорость света;
me – масса электрона; mp – масса протона.Используя значение потенциала (9) можно найти критическое давление слома “ригидности” электронных оболочек, что и было сделано автором
|
pm = 2mp· Km / VH = 1.5·1011 [kg/ms2], [Pa], |
(10) |
где
mp – масса протона, VH ≈ 1.1·4πR3H/3 – “водородный” объем с учетом додекаэдрической упаковки, RH – радиус первой электронной оболочки атома водорода (так называемый первый боровский радиус для водорода).Таким образом при давлениях выше 3.0·1011 Па между давлением p и плотностью ρ метатвердого вещества любого химического состава существует прямое однозначное соответствие
|
ρ = p / Km = 3.23·10-8 p [kg/m3] |
(11) |
На основании этого автором была предложена концепция существования метатвердого ядра у Солнца и концепция метатвердой природы белых карликов [41 - 43]. Развивая эти мысли покажем, что квазары есть продолжение линии белых карликов.
Сверхсжатые состояния вещества в небесных телах
Любое небесное тело можно представить в виде совокупности вложенных друг в друга сфер различных фазовых состояний вещества. Так
, например, Земля состоит из атмосферы, гидросферы и литосферы. При ближайшем рассмотрении твердая оболочка стратифицирована на более мелкие сферы, находящиеся под различным давлением и в связи с этим имеющих различное фазовые состояния и химический состав.То же самое можно сказать не только о других планетах, но звездах и квазарах.
В частности для гипердавлений, существующих в недрах квазаров должны быть характерны фазовые переходы в более сжатые состояния в связи с разрушением все более прочных внутренних электронных оболочек атомов. Упрощенная структура квазара и белого карлика показана на рис. 3.
Рис. 3. Вложенная структура квазара.
а – низкая больцмановская газовая атмосфера; b, c , d … - сферы метатвердых фазовых состояний вещества.
За счет аккреции вещества квазар плавно растет до появления условий очередного фазового перехода (разрушения очередной электронной оболочки атомов). Таким образом между фазовыми переходами его поверхность имеет согласно (4) постоянный гравитационный потенциал, порождающий фиксированное красное смещение излучения. При достижении условий образования нового фазового состояния в центре квазара, он лавинообразно переходит в новое состояние.
Низкая больцмановская атмосфера квазаров не скрывает дискретного характера состояний и переходов, так как согласно (7) сила тяжести на поверхности обратно пропорциональна радиусу квазара, и характеристическая высота
h больцмановской атмосферы ведет себя так жеh = kT/mg ~ RQSO,
где m – эффективный молекулярный вес атмосферы.
Экспериментальное подтверждение
Используя предлагаемый подход, автором были обработаны данные по квазарам из [18]. При этом была получена диаграмма аккреционного роста квазаров, показанная на рис.4 розовой ломаной линией. Для выравнивания уровней визуальных звездных величин двух ассоциированных групп квазаров между NGC 622 и UM 341 была введена поправка, обеспечивающая их совместимость. Исходные и расчетные данные квазаров приведены в таблице 2.
Таблица 2. Параметры квазаров разных типов.
|
object |
mvis |
Zobs |
Zint exp |
Zint tab |
dZ |
TQSO oK |
mabs |
L [J/s] |
M/Msun |
RQSO [km] |
density [kg/m3] |
|
14,1 |
0,017 |
- |
- |
- |
- |
-26,1 |
8,2E+38 |
|
|
|
|
|
UB1 |
18,4 |
0,910 |
0,878 |
0,962 |
-0,08 |
1,11E+08 |
-21,8 |
1,6E+37 |
257 |
774 |
2,6E+14 |
|
BS01 |
19,0 |
1,460 |
1,419 |
1,409 |
0,01 |
8,28E+07 |
-21,2 |
9,0E+38 |
352 |
888 |
2,4E+14 |
|
SDSS |
18,9 |
1,501 |
1,459 |
1,409 |
0,05 |
8,28E+07 |
-21,3 |
9,9E+36 |
368 |
930 |
2,2E+14 |
|
SDSS |
19,3 |
2,749 |
2,686 |
2,632 |
0,05 |
5,92E+07 |
-20,9 |
6,9E+36 |
600 |
1222 |
1,6E+14 |
|
FIRST |
17,8 |
0,344 |
0,322 |
0,302 |
0,02 |
1,85E+08 |
-22,4 |
2,7E+37 |
122 |
781 |
1,2E+14 |
|
SDSS |
18,6 |
1,522 |
1,480 |
1,409 |
0,07 |
8,28E+07 |
-21,6 |
1,3E+37 |
423 |
1067 |
1,7E+14 |
|
SDSS |
19,2 |
1,049 |
1,015 |
0,962 |
0,05 |
1,11E+08 |
-21,0 |
7,5E+36 |
178 |
536 |
5,5E+14 |
|
UM 341 |
16,6 |
0,399 |
- |
- |
- |
|
-24,1 |
1,3E+38 |
|
|
|
|
SDSS |
18,4 |
1,666 |
0,906 |
0,962 |
-0,06 |
1,11E+08 |
-22,3 |
2,5E+37 |
323 |
973 |
1,7E+14 |
|
SDSS |
18,6 |
0,718 |
0,228 |
0,302 |
-0,07 |
1,85E+08 |
-22,1 |
2,1E+37 |
106 |
679 |
1,6E+14 |
|
4S |
21,7 |
0,879 |
0,343 |
0,302 |
0,04 |
1,85E+08 |
-19,0 |
1,2E+36 |
25,6 |
163 |
2,8E+15 |
|
SDSS |
19,0 |
0,745 |
0,247 |
0,302 |
-0,05 |
1,85E+08 |
-21,7 |
1,4E+37 |
89 |
565 |
2,3E+14 |
|
UM 339 |
18,2 |
1,310 |
0,651 |
0,598 |
0,05 |
1,74E+08 |
-22,5 |
3,0E+37 |
145 |
573 |
3,7E+14 |
|
SDSS |
19,3 |
1,805 |
1,005 |
0,962 |
0,04 |
1,11E+08 |
-21,4 |
1,1E+37 |
213 |
643 |
3,8E+14 |
|
SDSS |
19,5 |
3,183 |
1,990 |
1,958 |
0,03 |
7,13E+07 |
-21,2 |
9,0E+36 |
473 |
1055 |
1,9E+14 |
|
SDSS |
19,1 |
0,734 |
0,239 |
0,302 |
-0,06 |
1,85E+08 |
-21,6 |
1,3E+37 |
85 |
540 |
2,6E+14 |
|
SDSS |
19,1 |
0,781 |
0,273 |
0,302 |
-0,03 |
1,85E+08 |
-21,6 |
1,3E+37 |
85 |
540 |
2,6E+14 |
Рис. 4.Эволюционная диаграмма квазаров.
(справа легенда типов квазаров, см формулу (3) и далее).
Выводы
В результате применения к проблеме квазаров эфирного подхода и концепции метатвердых состояний вещества, развиваемых автором, выяснено следующее:
Благодарности
Автор признателен д-ру Хальтону Арпу (Институт им. Макса Планка, Германия) и Николаю Куприяновичу Носкову (Национальный ядерный центр, Казахстан) за научную и моральную поддержку исследований автора, профессору Алексею Алексеевичу Потапову (Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Иркутск, Россия) за ценные замечания.
Карим Хайдаров
Алматы, 1 июля 2005 г.
Ссылки
|
|
 |
