Часть I. Черные дыры
Черная дыра — область пространства-времени с настолько сильным гравитационным полем, что ничто, включая свет, не может ее покинуть. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры она представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Современные ученые сходятся на том, что у черных дыр нет одного четкого определения, и даже приведенное выше — это один из вариантов. Если спросить разных ученых — астрофизиков и физиков — они подойдут к ответу с разных сторон. Общее резюме всех определений и формулировок примерно такое: масса свернула пространство и время. Черные дыры максимально компактный объект, который не демонстрирует свойств поверхности. Определяется воображаемый горизонт событий, который является условной границей между черной дырой и окружающим ее пространством. Горизонт событий — это «область невозврата» или граница черной дыры. Свойство “не-демонстрации поверхности” имеет глубинный смысл и может привести к более полному пониманию эволюции черной дыры. В решении Шварцшильда, описывающем поведение черной дыры отмечается, что не смотря на наличие, радиуса Шварцшильда, входящего в решение, понятия точки центра не существует.
Для изучения черных дыр мы прибегнем к помощи ультраметрического пространства. Подсказкой, что нам нужен именно этот тип пространств, может служить упомянутое выше замечание о центре. В ультраметрическом пространстве любая точка внутри окружности является ее центром. Понимаемого нами центра (в обычном пространстве в обычной окружности) для внутренней области решения черной дыры нет, о чем справедливо указывается в уравнениях решения Шварцшильда.
Силовые линии характеризуют искривление пространства вблизи черной дыры, словами математики - метрику этого пространства. Метрика это набор величин, с помощью которых можно рассчитать расстояния между соответствующими телами, а также их другие метрические свойства (площади, объемы и т.д.). Эти величины при расчетах учитывают искривленность пространства.
Поток частиц движется вдоль силовых линий (геодезических линий), образованных в результате искривления пространства-времени. Силовые линии, их форма и поведение показывает, что искривление пространства возле черной дыры достаточно велико. Геометрия данной области пространства существенно зависит от массы черной дыры и некоторых дополнительных параметров. Падение фотонов и других частиц в черную дыру происходят не равномерно по спирали, а по “розетке”. В любом случае приливные силы неравномерны и способны закрутить линии гравитационного поля причудливым образом, приводя к значительной деградации пространства
Этапы эволюции черной дыры в процессе деградации гравитационного поля могут выглядеть так (современное представление):
Однако искривления пространства вблизи массивных черных дыр в процессе эволюции становятся существенно нелинейными и в определенный момент происходит стремительное уменьшение радиуса горизонта событий. Процесс дальнейшей эволюции черной дыры вполне можно представить в образной форме:
Иными словам, с определенного момента радиус горизонта событий начинает стремительно уменьшаться и черная дыра сначала провисает на “тонкой ручке”, а потом полностью свертывается. С этого момента она перестает граничить с окружающим пространством в понятиях нашей геометрии и образует своеобразную лакуну (оторвавшуюся капельку), со своей собственной метрикой и соответствующей геометрией внутреннего пространства.
Момент образования лакуны скорее всего будет сопровождается выбросом определенного количества энергии (джеты ), еще какая то порция энергии может аккумулироваться и поддерживать деформацию пространства из за образовавшейся внутренней особенности-дефекта.
Наблюдение свертывания массивных черных дыр маловероятно, так как огромная гравитация существенно замедляет время у горизонта событий (относительно земного наблюдателя) и можно ожидать, что массивная черная дыра, согласно Хокингу, медленно испаряясь и уменьшаясь в размерах, смешается с океаном квантовых микроскопических черных дыр в "планковских" масштабах.
Однако в микромире энергии гораздо слабее и процесс свертывания микроскопических квантовых черных дыр протекает стремительно и постоянно.
Рассмотрим результат свертывания по-другому: лакуна (или дефект пространства) образуется только с точки зрения нашего пространства, а с точки зрения пространства в котором она оказывается, это область - своеобразная « полусфера с ножкой».
Лакуны это области двойственного пространства. Введение двойственного пространства может оказаться решающим шагом в построении теории, как квантовой гравитации, так и иной картины мира. Учитывая вышесказанное, кандидатом в двойственное пространство может служить ультраметрическое пространство с не архимедовой метрикой ( наличие радиуса у черной дыры, но отсутствие центра, существование изолированности границ у различных окружностей равного диаметра и т.д. ).
Хотя лакуны - вкрапления и не имеют «пространственных» границ с нашим пространством, тем не менее, вносят определенную энергетическую составляющую (гравитационное взаимодействие) и оказывают влияние на физические свойства нашего мира. Энергия, появляющаяся в результате трансформации “материальных” частиц в черной дыре при свертывании, и деформационные особенности пространства, могут служить прототипом темной энергии и темной материи соответственно, упомянутые во современных космологических моделях и столь тщательно разыскиваемых в нашей Вселенной.
Рассматривая варианты образования лакун, невольно напрашивается аналогия в виде дрожжевого теста. В нашем микромире постоянно возникают “пузырьки” свернутых микроскопических черных дыр, которые в буквальном смысле раздувают ткань нашего пространства. Проявление известного красного смещение Хаббла, принято считать следствием разбегания Галактик. В нашем случае свертывание мириад микроскопических квантовых черных дыр реализуют процесс расширения, образуя дефекты в каждом малом объеме нашего пространства , удлиняя геодезические линии и пути фотонов.
Данная модель примечательна тем, что она устраняет некоторые парадоксы, связанные с обычным пониманием расширения Вселенной, например, напряжение Хаббла-Леметра, крупномасштабная анизотропия Вселенной и т.д. Развитие данного подхода может вызвать появление теорий альтернативных Большому Взрыву, так как расширение Вселенной объясняется без его привлечения. Кроме того, становится понятным, почему расширение пространства протекает с ускорением. Свертывание квантовых черных дыр происходит постоянно, в том числе и в уже «расширенной» части пространства, поэтому расширение можно описать простым дифференциальным уравнением с решением в виде
y = A exp(kx);
имеющим экспоненциальный, нелинейный рост.
Не трудно рассчитать количество микроскопических черных дыр, рождающихся в пространстве, что бы сопоставить его с экспериментально полученной скоростью расширения Вселенной и определить наиболее подходящий тип и количество частиц, приводящих к образованию и свертыванию мини черных дыр( измеренная скорость расширения Вселенной составляет 81 100 километрам в час на миллион световых лет).
Часть II. Расширенная модель пространства.
Наш всюду “разрывный” мир
Современное описание Вселенной, в частности ее расширение, следует из теории Большого Взрыва. Сам большой Взрыв введен для того, что бы объяснить расширение Вселенной. Но теория Большого взрыва не в силах объяснить ускорение расширения, потребовалась темная энергия . Вторая странность современного представления: почему расширение пространства происходит без “последствий”. Как можно принять то, что какая то субстанция «расширяется» не меняя при этом своих свойств? Этот неудобный вопрос редко поднимается в современной физике.
Тем не менее, имеются несколько подходов к описанию нашего пространства и его геометрии. Одним из наиболее перспективных является теория петлевой квантовой гравитации в которой происходит отождествление нашего пространства с гравитационным полем. Следуя этой теории наше пространство представляет из себя спиновую сеть, которая соединяет узлы - гравитоны.
Важной особенностью и достоинством этой теории является то, что гравитон и прилегающие к нему спиновые линии не располагаются в пространстве – они являются квантами самого пространства.
Недостатком этой теории является введение времени t в квантовый интервал (история спиновой сети), хотя лежащие на поверхности ограничения, открытые теоретической физикой :
подсказывают естественные параметры, на основе которых должна быть построена теория квантовой гравитации.
Подход теории струн в описании картины нашего мира несколько иной. В теории струн вводится понятия одномерных протяженных объектов, колебания которых могут описывать элементарные объекты Стандартной модели Вселенной. Следуя этой теории, вместо гравитона постулируется существование «одномерного» объекта, перекрученного специальным образом в 11 (в некоторых вариантах в 10) измерениях в самом минимальном объеме пространства. К сожалению, кроме математического описания объектов минимального объема, называемыми многообразиями Каллаби – Яу, нет единого цельного представления о геометрии пространства нашего мира в рамках этой теории.
Наше пространство определяется гравитационными полями. Если говорить упрощенно, материальные объекты образуют вокруг себя гравитационные поля, суперпозиции этих полей образуют арену в которой живут Галактики и где начинают работать физические Законы нашего Мира. Эти образования и законы существуют в макроскопических объемах и размерах, а для описания их с помощью моделей мы используем пространства с привычными архимедовыми метриками (Общая Теория Относительности).
В микромире, на "планковских" масштабах, наш мир начинает соприкасаться с ультраметрическим пространством, которым он насквозь пронизан. В микромире деградирует монолитное, цельное пространство с непрерывной метрикой, и достаточно гладкими (регулярными) законами. Силовые линии, образующие каркас - структуру пространства, начинают безжалостно деформироваться , рваться, закручиваться в бесконечные спирали, или циклы, наподобие странных аттракторов. В наше пространство начинают врываться потоки энергий (процессы, являющиеся двойственными свертыванию квантовой микроскопической черной дыры в микромире), реализуясь в виде виртуальных частиц, которые поставляются ультраметрическим пространством. При рассмотрении "планковских" масштабов теряется возможность «работать» как с малыми областями пространства в целом , так и с микро объектами подобных размеров в силу "не изменчивости" (время отсутствует) и неопределенности (отсутствуют свойства привычного пространства, позволяющие зафиксировать координаты этого объекта). На этих масштабах работает принцип неопределенности Гейзенберга. Обычно этот принцип объясняют тем, что вмешательство прибора измерения, существенно влияет на сам измеряемый процесс, поэтому нельзя одновременно выяснить координаты элементарных частиц и их скорости(точнее импульсы). Но дело не в точности и грубости приборов измерения, как принято говорить сейчас. Теряются метрики и смысл измеряемых параметров. Области пространства превращаются в сети с гравитонами в качестве узлов и связывающими гравитационными силовыми линиями. Наличие дробно-размерных «пустот» в этой сети не дают возможности точно локализировать координаты и скорости частиц, исчезают привычное понятие близости. Что более существенно так это изменение геометрии. Областями-дырками испещрено все наше пространство, наш мир всюду разрывный в каждой своей "планковской" области. Образно эта картина представляется пограничным слоем, разделяющим пространство нашего мира с архимедовой метрикой и ультраметрическое пространство с метрикой не архимедовой. Переходные взаимодействия в этом пограничном слое это квантовая пена, предсказанная и описанная в современных моделях микромира. Геометрически этот слой представляет из себя сложное фрактальное пространство с дробными размерностями, меняющимися в каждом минимальном объеме этого пространства. "Планковские" масштабы - это области микроскопических квантовых черных дыр, спиновных сетей с гравитонами в узлах этой сети, и "анти" черных дыр, характеризующих процессы, идущие в ультраметрическом пространстве и проявляющие в рождении "виртуальных" частиц в нашем мире. Итак:
А) На масштабах выше планковских, суперпозиции множества гравитационных полей, становятся достаточно регулярными, устойчивыми и гладкими, что обеспечивает существование устойчивых макроструктур и их эволюционное развитие.
Наш макромир это гравитационные поля, и пространство, которое они образуют, пространство с архимедовой метрикой.
Б) Сеть с дырками между гравитонами это пограничные области между гравитационными полями и ультраметрическим пространством и математические выкладки показывают, что этими областями служат фрактальные пространства ( ковер Серпинского, кладбище Серпинского, снежинка Вишека и т.д.).
Фрактальные пространства оставляют свои следы в виде фрактальных множеств в ультраметрических пространствах и в виде возмущений гравитационных волн и «дефектов» гравитационного поля в макромире.
С)Ультраметрическое пространство – это арена квантовых взаимодействий, по сути дела являющееся обобщением вакуума Дирака.
Наглядно можно продемонстрировать картину этой модели следующим образом: метрика, характеризующая геометрию пространства является переменной величиной. Метрика зависит от размеров областей, к которой она применяется, и при изменении этих размеров она эволюционирует:
где величина β обратно пропорциональна диаметру рассматриваемой области пространства.
Принцип сохранения информации, которая считалась потерянной при захвате черной дырой и дальнейшим испарением последней, реализуется следующим образом. Черные дыра, описывается фрактальной размерностью на показанной шкале, поэтому захваченная ей информация аппроксимируется в виде набора чисел βi =log n/ log m, расположенных на указанной шкале, данными, поставляемыми самим фракталом и процессом фрактальной архивации.
Предложенная модель содержит все три компоненты из приведенной выше таблицы:
1.Скорость. Это первый член уравнения Лапласа, которое мы используем для описания вероятностных процессов при построении вышеуказанной шкалы изменения метрики и для расчета уменьшающейся плотности расширяющейся Вселенной (с помощью плотности распределения соответствующего jump kernel):
V − Δu = 0, (где V=∂u/∂t),
2.Планковская длина – диаметр области,
характеризующий фрактальное пространство:
3. Квант информации β (информация, попавшая в черную дыру, аппроксимируется набором { β1 , β2 ,….}, где βi =log n/ log m являются точками метрической шкалы. (согласно Шеннону информация выражается через логарифмы)
Аналогии дающее представление о модели.
Приведем две аналогий для понимания представленной модели.
1.Представьте себе рыбацкую сеть , которой перегородили реку. Основной поток воды проходит сквозь ячейки сети, но часть его взаимодействует с петлями сети, заставляя сеть вибрировать, растягиваться или сжиматься. Точно также в "планковских" масштабах вибрирует спиновая сеть от взаимодействий с ультраметрическим пространством,. что в частности проявляется в рождении пар-частиц. Деформации пространства, порождаемые микроскопическими черными дырами, в свою очередь взаимодействуют в обратном направлении с ультраметрическим пространством, которое при этом выступает в качестве реки.
2. Поток воды находится в движении (например в бассейне). Лучи света, пронизывающие толщу потока, образуют игру теней на дне бассейна в виде пятен.
Пятна меняют форму , расходятся, наоборот сливаются в зависимости от формы волн на поверхности потока в целом напоминая картину квантовой пены . С другой стороны камни, лежащие на дне бассейна, могут образовывать устойчивые конфигурации в виде стоячих волн на поверхности потока (поток перетекает через камень на дне, образуя устойчивый бугорок на поверхности воды). Пример демонстрирует основные элементы модели. Поверхность потока выступает аналогом гравитационного пространства с всевозможными деформациями и волнами, образующие завихрения в виде воронок, собирая в них плавающий мусор для будущих Галактик. Толща потока это пограничное фрактальное пространство, позволяющее передавать взаимодействия как от поверхности потока ко дну бассейна (игра теней на дне), так и в обратную сторону (влияние камней на форму волн поверхности). Дно бассейна в этом примере аналог ультраметрического пространства, причем геометрии и способы передачи взаимодействий у каждого из трех «пространств» различные.
далее:
Часть III. Инфляционные процессы в ранних стадиях развития Вселенной.
Образование Галактик. https://habr.com/ru/articles/774946/
Часть IV. Время. https://habr.com/ru/articles/778898/
Часть V. Информация. https://habr.com/ru/articles/776080/
Дополнения - Исчезновение некоторых парадоксов
