( Октябрь 2023, idb@kiwiarxiv )
Очередной эпизод научно-мистического сериала «Говорит и показывает Одна Чёрная Птица» .
Ровно год тому назад, в середине октября 2022, на сайтах kniganews и kiwiarxiv был опубликован аналитический материал «От Ферми до Альвена и Зельдовича, или Анатомия научного обмана» [i1]. Центральной же темой той статьи была попытка очистить от вранья имя и дела Ханнеса Альвена (1908-1995), отца магнитной гидродинамики и пионера физики плазмы, нобелевского лауреата и знаменитейшего диссидента науки. Одна из главных ересей которого сводилась к категорическому неприятию и критике утвердившейся в науке догмы о Большом Взрыве как начале вселенной. [i2]
В точности тогда же, в середине октября 2022, известный британский еженедельник New Scientist опубликовал свой очередной – весьма примечательный – выпуск No 3407 (October 8-14, 2022). Рассказывающий о том же самом, по сути, но только в более обтекаемых и деликатных формулировках, привязанных к новейшим открытиям экспериментально-наблюдательной науки.
Точнее говоря, темой номера того журнала стала «Наша магнитная вселенная» [o1], а главными героями рассказа – Ханнес Альвен с его еретическими взглядами на космологию и молодые учёные-астрофизики. В изобилии набирающие ныне такие экспериментальные факты и наблюдения, которые подтверждают космологические идеи Альвена. Ну а дабы не расшатывать основы науки как религии, подрываемая этими фактами догма Большого Взрыва не упомянута в журнальном обзоре вообще никак.
Как правило, столь интересные совпадения в темах одновременных публикаций на совершенно разных сайтах становятся здесь предметом дополнительных расследований. Для закрепления и усиления, так сказать, феномена синхроничности. Но именно в тот период – октября прошлого года – в дело вмешались всякие другие обстоятельства… Так что тема про визионера-диссидента Ханнеса Альвена и про его космологические ереси осталась тогда недорасследованной.
Ныне же – в свете новых интересных открытий учёных-астрофизиков – есть вполне подходящий повод для возвращения к важной теме…
«Наша магнитная вселенная, или Та забытая сила, что формирует космос»
Примерно так в переводе на русский звучало полное название темы номера [o1] в прошлогоднем выпуске журнала New Scientist. Дабы стало понятнее не только то, чем эта публикация особо интересна, но и то, что в ней не совсем соответствует реальной истории вопроса, имеет смысл дать здесь для сопоставления сразу два перевода обширных фрагментов.
Один фрагмент – это суть недавней публикации New Sci. Ну а фрагмент другой – это перевод весьма давнего текста от самого Ханнеса Альвена. Опубликованного именно в те времена, о которых статья «Наша магнитная вселенная» рассказывает следующим образом:
[ Начало цитирования статьи 2022 г ]
Космос переполнен прекрасными структурами, но что их создало? Сюрпризом, похоже, оказывается такой ответ: не только гравитация.
То, что мы знаем о гравитации и о структуре вселенной, начало оформляться в первые десятилетия XX века. В частности, такие астрономы, как Эдвин Хаббл, начали получать наблюдения о подлинном масштабе и структуре космоса. Примерно тогда же Альберт Эйнштейн опубликовал свою монументальную теорию гравитации, получившую название Общая Теория Относительности.
Поначалу казалось, что эта теория практически идеально соответствует наблюдениям, отчего учёные стали полагать, что структура вселенной задаётся одной лишь гравитацией.
Затем, однако, по мере улучшения и уточнения наблюдений, стали обнаруживаться несоответствия. Одно из наиболее знаменитых проявилось в 1930-е годы, когда астроном Фриц Цвики продемонстрировал, что вращение галактик в одном из кластеров происходит чересчур быстро. Из-за этого галактики должны были бы разлететься в разные стороны, но вместо этого продолжают вращаться на устойчивой орбите.
Цвики предположил, что объяснить наблюдения могла бы некая «тёмная материя». Для нас невидимая, однако порождающая дополнительную гравитацию, помогающую удерживать галактики в кластере. По мере роста числа подобных наблюдений с косвенной поддержкой этой гипотезы, тёмная материя заняла прочное место в космологических теориях. Но при этом до сих пор никому так и не удалось ни объяснить природу феномена, ни выявить тёмную материю напрямую.
Попутно же, в середине XX века, с подачи физика Ханнеса Альвена появился и существенно иной взгляд на то, что формирует структуру вселенной. Прежде все говорили только о гравитации, потому что эта сила, хотя и относительно слабая, действует на гигантских расстояниях и влияет на всю материю. Другая же важная сила, магнетизм, тут не рассматривалась, поскольку воздействует лишь на заряженные частицы.
Альвен же, однако, указал на то, что подавляющее большинство всей материи во вселенной находится в состоянии физической плазмы. То есть газа, состоящего из заряженных частиц. А потому, предположил Альвен, силы, действующие на плазму благодаря магнетизму, должны быть как минимум сравнимы по своему эффекту с гравитацией. Так что в целом, согласно его аргументам, магнитные поля должны играть важную – а быть может и доминирующую – роль в формировании космоса…
Для того, чтобы создать магнитное поле, для начала вам требуется динамо, то есть некоторая вращающаяся область заряженного, электрически проводящего материала. Нечто подобное происходит внутри Земли, где жидкий металл циркулирует для порождения магнитного поля, окружающего нашу планету. Аналогичное по сути динамо, сформированное из плазмы, определённо могло бы сформироваться и в ранней вселенной.
Проблема в том, что любое такое динамо было бы относительно небольшим явлением, порождающим магнитные поля, слишком слабые для того, чтобы реально влиять на форму галактик. Должно иметься что-то ещё, нечто такое, что способно каким-то образом усиливать эти небольшие поля во множество раз. Вот только ни у кого не было никаких разумных предположений о том, как это могло бы происходить. [О том, что в реальности история тут выглядела иначе, рассказывает текст о Ферми, Альвене и Зельдовиче. Прим. переводчика ]
Споры и дискуссии о том, какую роль, если она вообще имеется, мог бы играть магнетизм в формировании космоса, продолжались на протяжении десятилетий. Но к 1980-м годам, поскольку никаких ответов для решения проблем не нашлось, магнетизм сочли проигравшим. Лишь гравитация стала рассматриваться как единственный и подлинный скульптор вселенной.
«Космический магнетизм вообще стал последним из тех физических механизмов, о которых хоть кто-то тут говорил,» – комментирует астроном Энрике Лопес-Родригес из Стэнфордского университета в Калифорнии…
[ Конец цитирования ]
На комментарии от Лопеса-Родригеса имеет смысл цитирование журнала New Sci пока прервать. Во-первых, потому что именно этот учёный и его коллеги получают ныне множество наблюдательных данных для возврата магнетизма в космологию. А во-вторых, пора дать реальную картину той ситуации, которая сложилась в науке космологии к середине 1980-х годов. Точнее выражаясь, обрисовать, как эту картину видел Ханнес Альвен.
«Космология: миф или наука?»
Та обзорная работа Альвена, о которой пойдёт здесь речь, в разных вариантах публиковалась им дважды, как минимум. Сначала, в 1977, как глава для книги-сборника «Космология, история и теология» [o2]. А затем, в 1984 году и в сильно переработанном виде, как статья в «Журнале астрофизики и астрономии» [o3].
Основной посыл этой работы был в том, что гипотеза Большого Взрыва, в ту пору всё более прочно утверждавшаяся в космологии как доминирующая теория – это, строго говоря, вообще не наука, а облечённая в математические одежды религиозная мифология. По многим признакам отчётливо напоминающая Птолеемеву космологию эпициклов. То есть другой знаменитый миф науки, в поддержку которого на протяжении веков выдвигались всё более сложные математические «обоснования», призванные объяснить нарастающие конфликты теории-мифа с экспериментальными наблюдениями.
Главной же причиной для переписывания статьи в 1984 было то, судя по всему, что в первом варианте работы Альвен вообще не выдвигал никакой альтернативы для Big Bang. Аргументируя это тем, что для появления действительно серьёзной космологической теории науке не следует торопиться с плохо обоснованными математическими гипотезами. Потому что прежде всего необходимо собрать достаточное количество наблюдательных фактов о природе объектов и явлений вселенной, сильно отдалённых от нас во времени и пространстве.
К середине же 1980-х, вместе с успешным освоением астрофизиками существенно новых технологий для космических наблюдений, Альвен счёл необходимым обратить особое внимание коллег на очевидно возрастающую при этом роль физики плазмы и эффектов магнетизма в космологии. А это, по его убеждению, уже настоятельно требовало и разработки теоретиками новых идей для более адекватной космологической модели.
[ Начало цитирования статьи 1984 г ]
Гипотеза Большого Взрыва
Космология Big Bang (Большого Взрыва) является ныне наиболее популярной.
Она выстроена на основе решения Фридмана для гравитационных уравнений Эйнштейна. Это решение имеет точку сингулярности. Для математиков в факте сингулярной точки нет ничего особо примечательного, однако для физиков в прошлые времена это означало, что в расчётах что-то пошло не так. Это было предупреждение, что такая теория не может быть использована для решения проблемы в реальном мире.
Теперь же, однако, вообще без какой-либо серьёзной дискуссии, эта старая традиция физиков была неожиданно проигнорирована.
Вместо этого стало общепринятым считать, будто данная точка сингулярности и представляет собой реальность. Иначе говоря, стало подразумеваться, что в определённый момент времени вся вселенная состояла лишь из одной единственной точки. И вот из этой точки сингулярности вселенная начала расширяться, так что все её части устремились в разные стороны друг от друга со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними.
Математические решения подобного рода выглядели подходящими для той «расширяющейся вселенной», которую описывает знаменитый эмпирический закон Хаббла. Таким образом был открыт путь для великой новой космологии.
Одним из отцов этой новой космологии был аббат Леметр, назвавший вселенную, когда она была в состоянии сингулярной точки, «l’Atome Primitive», то есть «Первичный атом». Великим же пропагандистом теории стал [Георгий] Гамов.
Ни Леметр, ни Гамов не доходили до такой крайности, чтобы постулировать, будто вся вселенная когда-то была математической точкой. «Начальное состояние» мира предполагалось как некое сосредоточение «всей массы вселенной» в объёме очень маленькой сферы. И вся эта масса разогрета до температуры в несколько миллиардов градусов.
Когда же данная «атомная бомба взрывается», то части её разлетаются с релятивистскими скоростями, иногда близкими к скорости света. (Поскольку нет никакого градиента давления, аналогия со взрывом бомбы вводит тут в заблуждение).
Вся эта модель – с определённых точек зрения, по крайней мере – выглядела просто замечательно. Стали полагать, что она объясняет как основную эволюцию, так и нынешнюю структуру вселенной.
Также было провозглашено, что из этой картины выводится множество значимых следствий. В частности, менее чем через полчаса после взрыва те элементы, которые мы обнаруживаем ныне, были сформированы ядерными реакциями в недрах очень горячей и очень плотной материи. В тот же ранний период было порождено тепловое излучение, которое в ходе дальнейшего расширения стало охлаждаться, и ныне должно наблюдаться как излучение чёрного тела с температурой 50 градусов Кельвина. На более позднем этапе расширения материя сконденсировалась, чтобы сформировать те галактики, которые мы наблюдаем сегодня. Средняя же плотность материи во вселенной – для того, чтобы замкнуть её форму – должна быть по крайней мере 10-29 г на см в кубе.
Большой Взрыв и Наблюдения
Среди этих ранних заявлений о согласии теории с наблюдениями нет ни одного, для которого впоследствии не было бы доказано, что это не так. Фактически, нынешние сторонники Большого Взрыва признают, что лишь два наблюдения поддерживают их гипотезу.
Одно из них — это «излучение чёрного тела с температурой 3 градуса Кельвина», очевидно имеющее очень высокую степень изотропии. В сравнении с первоначальным предсказанием 50-градусного изотропного излучения, это наблюдение даёт расхождение в энергии порядка 104 (потому что энергия пропорциональна четвёртой степени температуры). Однако, принимая во внимание «общепринятые» модификации первичного сценария, заявление о том, будто этот факт поддерживает гипотезу Big Bang, приходится принимать всерьёз.
Другая поддержка гипотезы в том, что наблюдаемое изобилие некоторых из лёгких элементов слишком велико, чтобы его можно было объяснить нуклеосинтезом в звёздах. Которым принято объяснять изобилие остальных примерно 90 элементов (поначалу сторонники Big Bang заявляли, что могут объяснить через большой взрыв порождение всех элементов вообще, однако ныне признаётся несостоятельность такого рода попыток).
Поскольку же обе данных величины, как наблюдаемые значения космического изобилия, так и оценки теории нуклеосинтеза в звёздах, остаются очень сильно неопределёнными и могут быть значительно подкорректированы, этот довод не предоставляет особо сильной поддержки.
С другой стороны, имеется нарастающее количество таких наблюдательных фактов, которые совместить с гипотезой Большого Взрыва довольно сложно. Сообщество сторонников Big Bang очень редко упоминает эти факты, а когда неверующие пытаются привлечь к ним внимание, могущественный истеблишмент отказывается обсуждать такого рода вещи на честных условиях.
В целом же нынешняя ситуация характеризуется весьма отчаянными попытками согласовать наблюдения с гипотезой таким образом, чтобы «спасти феномен». Отчего невозможно не вспомнить похожее состояние дел в эпоху Птолемеевой космологии.
Когда в теорию приходится то и дело вводить всё большее число специально изобретаемых допущений, это отчётливо перекликается с искусственным введением в Птолемееву картину всё большего числа эпициклов и эксцентриков. Не особо заботясь о логической строгости доводов, согласие между этими специальными допущениями и гипотезой Big Bang преподносят зачастую как «факты, поддерживающие теорию».
Реальность же здесь такова, что за исключением, быть может, микроволнового фонового излучения, нет ни одного предсказания теории, которое было бы подтверждено наблюдениями.
Уже в эпоху Big Bang произошло открытие квазаров, которые демонстрируют фантастически огромные выбросы энергии. Никак не предсказуемые теорией и объяснимые лишь с помощью введения дополнительного механизма. Новая рентгеновская астрономия и астрономия гамма-излучения принесли с собой новую эру открытий. В частности, открытие невероятно гигантских и очень быстрых (доли секунды!) взрывов энергии. Опять-таки никак не предсказуемых и весьма сложных для встраивания в космологию Большого Взрыва даже пост фактум.
Так что по целому множеству признаков теория Большого Взрыва – это действительно космология того же самого типа что и космология Птолемея. Сумеет ли она протянуть столь же долго?
Сотворение Из Ничего
Очень важный вывод из космологии Большого Взрыва, который в явном виде озвучивают редко, заключается в том, что точка сингулярности с необходимостью подразумевает божественное творение.
Для аббата Леметра эта особенность была очень привлекательна, коль скоро она давала обоснование «творению Ex Nihilo (из ничего)», то есть принципу, который Св. Фома Аквинский помог утвердить как кредо церкви. Для большинства же прочих учёных это было скорее фактором смущения и замешательства, поскольку Бог крайне редко упоминается в обычной научной литературе.
Мало кто решается, подобно Джестроу в его книге «Бог и астрономы» (God and the Astronomers, by Robert Jastrow, 1978), в явном виде озвучивать очевидно логичный вывод космологии Big Bang — о том, что вселенная была сотворена из ничего господом богом: «Когда же учёный преодолел горы невежества, ему остаётся покорить высочайший из пиков. И вот, когда он взбирается на последнюю скалу, его приветствует группа богословов, которые сидели там на протяжении столетий»…
Большинство верующих в Big Bang, однако, предпочитает заметать идею творения под ковёр. Фактически, они даже борются против популярной в народе трактовки креационизма. Но в то же самое время они фанатично сражаются за свою собственную версию креационизма.
Введение в другую космологию
Независимо от того, как в космологических дискуссиях появилась Общая Теория Относительности, происходила ещё одна радикальная перемена в наших подходах к физике космоса. А именно, была обнаружена важность электродинамических эффектов для движения в пространстве рассредоточенной материальной среды. […]
И далее будет показано, что для космологии равно важны не только Ньютон и Эйнштейн, но также ещё и Максвелл.
Научный прогресс зависит от развития новых инструментов. Переход от Птолемеевой к Коперниковой космологии в значительной степени был вызван появлением телескопов. Аналогично, современные космические исследования столь радикально изменили возможности науки в изучении нашего крупномасштабного окружения, что ныне происходит тщательное переосмысление всей физики космоса.
В первую очередь, теперь возможности современных телескопов сделали доступным для наблюдений почти весь спектр электромагнитных излучений. В прежние времена нам была доступна информация менее чем от одной трети октавы (визуальная часть спектра и некоторая область радиочастот).
Новые же области спектра включают в себя астрономию рентгеновских и гамма-излучений, а большинство из новых феноменов, обнаруженных в этих областях, отчётливо связано с эффектами плазмы. Это означает, что ныне становится всё более очевидна принципиальная важность магнитной гидродинамики и физики плазмы.
Например, изучение региона солнечного ветра («солнечной магнитосферы») уже радикально изменило наше понимание физических свойств космической среды. Более того, теперь мы научились, как обобщать результаты исследований плазмы от одного небольшого масштаба до регионов много большего размера. […]
В совокупности всё это ведёт или уже привело к такому пересмотру нашей концепции космической плазмы, который во многих отношениях позволяет говорить о полной смене парадигмы.
Поскольку же наше космическое окружение состоит из плазмы более чем на 99,999… процентов (считая по объёму), то это означает одновременно и пересмотр значительной части всей космической физики.
В целом ряде моих предыдущих работ [o4] составлен обширный список из 14 областей астрофизики, которые должны быть пересмотрены. Наиболее интересные из них в контексте новой космологии выглядят так:
(a) Электрические двойные слои (Electric double layers), не привлекавшие особого интереса ещё 5-10 лет назад. Ныне они известны как механизм разгона заряженных частиц до киловольтных энергий в земной магнитосфере. Двойные слои могут также существовать где угодно и ускорять частицы до ещё больших энергий.
(b) Распределение космической плазмы чаще всего не является однородным, демонстрируя формирование филаментарных (волокнистых) структур, которые в доступных для наблюдений регионах связаны с токами, параллельными линиям магнитного поля. Похоже на то, что филаментарные структуры в межзвёздных облаках, также как и в более отдалённых регионах, тоже порождаются филаментарными токами.
(c) В магнитосферах имеются тонкие и довольно стабильные слои токов, которые отделяют друг от друга области разной намагниченности, плотности, температуры и так далее.
(d) Сложно не удержаться от вывода о том, что аналогичные феномены присутствуют также и в более отдалённых областях космоса. А это, в свою очередь, придаёт космосу в целом клеточную структуру (или, более корректно, структуру стенок, разделяющих пространство на клетки) .
[…]
Таким образом, заключая выше сказанное, в поддержку гипотезы Большого Взрыва остаётся совсем немного наблюдений. На самом деле космос даёт нам картину пространства по сути трёхмерного и в высшей степени неоднородного из-за доминирования эффектов гидродинамики и физики плазмы. Сценарий же Большого Взрыва, напротив, — это четырёхмерный и в основном однородный космос.
[ Конец цитирования ]
Ханнес Альвен всегда позиционировал себя в науке как диссидента, всегда имел проблемы с публикацией работ в научных изданиях, но в силу характера весьма энергично продолжал отстаивать свои радикальные взгляды. Далеко не все из которых, надо признать, выдержали проверку временем. Но здесь, конечно же, интересны не заблуждения Альвена, а те из его сильных еретических идей, которые получают ныне всё более убедительные экспериментальные подтверждения.
Открытия проектов SOFIA и SALSA
В этом месте рассказа вполне естественно вернуться к недавней статье New Sci [o1], посвящённой новым наблюдательным открытиям современных астрофизиков.
[ Продолжение цитирования статьи 2022 г ]
По целому ряду причин […] некоторые исследователи в последнее время стали задаваться вопросом: А не слишком ли поспешно магнетизм был полностью отвергнут в космологии? Ибо одной из тех вещей, что сильно изменились с 1980-х годов, является наша способность отыскивать во вселенной магнитные поля.
Взять, для примера, созданный в NASA инструмент под названием SOFIA, или Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, то есть «Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии». SOFIA представляет собой инфракрасный телескоп, размещённый на специально модифицированном реактивном лайнере Боинг 747, способном подниматься в верхние слои атмосферы. Самолёт взлетает выше слоёв с парами воды, которые поглощают инфракрасный свет и затрудняют астрономические наблюдения в инфракрасном диапазоне с земной поверхности.
Такого рода наблюдения особо важны в ситуациях, когда, скажем, частицы космической пыли находятся в магнитном поле. Под действием поля частицы пыли выстраиваются в структуры, подобные решётке забора, а это поляризует любой инфракрасный свет, проходящий через подобную решётку.
Энрике Лопес-Родригесу довелось работать с телескопом SOFIA как раз в тот период, когда пять лет назад исследователи вводили в эксплуатацию новый инструмент, способный регистрировать именно такие сигналы – и обнаруживать таким образом присутствие и форму магнитных полей. Родригес предложил коллегам провести наблюдение спиральной галактики NGC 1068, о которой уже было известно, что она является источником поляризованного инфракрасного света.
В первые же 30 минут наблюдений новым чувствительным инструментом они увидели нечто экстраординарное. Структура гигантского магнитного поля объекта отчётливо воспроизводила наблюдаемую в обычном свете спиральную форму галактики. Но гравитация не предсказывает ничего похожего на столь огромную магнитную структуру. Реакция учёных, по словам Родригеса , была примерно такой «Ого, и что же это здесь происходит?»
Дабы удостовериться, что это не был случайный глюк эксперимента, исследователи аналогичным образом изучили ещё 20 других ближайших галактик. «Пока что каждая из тех, что были обследованы, продемонстрировала наличие крупномасштабного магнитного поля, пронизывающего всю галактику,» — говорит Лопес-Родригес. Причём и там все эти поля воспроизводят форму спиральных рукавов. Те же самые вещи уже подтвердили ныне наблюдения телескопов и в других обсерваториях мира…
[ Конец цитирования ]
Ныне, год спустя после той публикации, среди научных новостей можно отыскать сообщения и о других новых-интересных открытиях в области всепроникающего космического магнетизма. В частности, про новые результаты уже известного нам проекта SOFIA недавно была опубликована следующая статья [o5] в «Новостях Стэнфордского университета»:
[ Начало цитирования фрагментов статьи 2023 г ]
Открывая невидимое: выявление вариаций в экстрагалактических магнитных полях
Астрофизик Энрике Лопес-Родригес объясняет новые экстраординарные результаты проекта SALSA (Survey of extragalactric magnetism with the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), который [является наследником прекращённого в 2022 проекта SOFIA и] сопоставляет магнитные поля различных сред в глубоком космосе.
Магнитные поля встречаются во вселенной повсюду, однако их весьма трудно изучать. Напрямую они не излучают или отражают свет, а именно свет среди всех частей электромагнитного спектра остаётся главным поставщиком астрофизических данных. Чтобы обойти проблему, исследователи должны отыскивать эквиваленты космических железных опилок. То есть такой материи в галактиках, которая чувствительна к магнитным полям и излучает свет, отмеченный структурой и интенсивностью магнитных полей.
В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal [o6], несколько стэнфордских астрофизиков изучали инфракрасные сигналы именно от такого материала – магнитно упорядоченных частиц, присутствующих в холодных и плотных облаках областей с процессами формирования звёзд. Сравнение этого света со светом другого типа, идущего от электронов космического излучения, которое отмечено магнитными полями в более тёплом и более рассеянном материале, продемонстрировало удивительные различия в измеренных магнитных полях галактик.
Лопес-Родригес объясняет суть открытия так. Это было первое исследование, сравнивающее магнитные поля в различных физических средах других галактик. Чтобы это сделать, мы изучили 15 разных галактик как в радио-, так и в дальнем инфракрасном диапазоне волн. Мы в Стэнфорде изучали, в частности, инфракрасный диапазон, а германские коллеги из Института Макса Планка – данные радионаблюдений.
Наши группы обнаружили два очень разных типа магнитных полей в одних и тех же галактиках. Радио-наблюдения фиксируют очень упорядоченное магнитное поле в ионизированной, тёплой и рассеянной среде, находящейся на расстояниях от одного до двух килопарсеков над теми галактическими дисками, что наблюдали мы [один килопарсек это 3260 световых лет]. В то же самое время инфракрасный свет, излучаемый магнитно выстроенными частицами пыли в середине плоскости дисков, демонстрирует такие поля, которые почти вдвое более хаотичны. Суммируя эти наблюдения, области с более интенсивным формированием звёзд имеют более мощные и более хаотичные магнитные поля.
Что же говорят нам эти хаотические магнитные поля? Спиральные рукава имеют хаотично запутанные магнитные поля из-за активности процессов формирования звёзд и молекулярных облаков, что свидетельствует о высоком уровне турбулентности. Потенциально это место, где магнитные поля могли бы усиливаться.
В противоположность этому, те регионы, что находятся между рукавами спиральных галактик, а также в среде выше и ниже галактического диска, эти области имеют хорошо упорядоченные магнитные поля.
В целом следует признать, что пока мы не знаем, какова роль магнитных полей в эволюции галактик. Но полученные ныне инфракрасные наблюдения говорят нам, что магнитные поля непосредственно связаны с областями формирования звёзд, а это ключ к формированию галактик. Точно нам ещё неизвестно, как именно эти вещи соотносятся друг с другом. Но мы предполагаем, что между ними может иметься какого-то рода петля обратной связи…
[ Конец цитирования ]
Как и подобает серьёзным учёным, получившим очевидно важные экспериментальные данные, но не располагающим подходящей теорией для их понимания, исследователи подытоживают свою публикацию о новом открытии честными словами: «Пока что мы не знаем, как это всё объяснить».
Здесь же – коль скоро проект ОЧП никак не претендует на солидность научного издания – вполне можно рассказать, как это всё будет объясняться в недалёком будущем. Точнее, не рассказать даже, а наглядно показать с опорой на простые и доходчивые картинки: каким образом для всех подобных загадок ответы отыскиваются через структуру фибрации Хопфа и голографический принцип.
Ибо именно эти две важнейшие вещи лежат в основе устройства вселенной на всех её масштабах. Но при этом до сих пор не присутствуют практически никак в фундаментальных основах современной физической науки. Отчего главные теории никак и не складываются в цельную картину…
Галактическая голография Хопфа, или Что показала ОЧП
В том, что многие из космологических предсказаний диссидента Альвена ныне уже даже официально принято считать подтверждёнными, можно удостовериться где угодно – начиная с Википедии.
В частности, уже вполне вошли в мейнстрим науки не только признание значимости физической плазмы и магнитной гидродинамики в космологии, но также идеи Альвена о филаментарной и ячеистой структурах космоса (что отчётливо подтверждают астрономические наблюдения).
Здесь же, однако, речь в основном пойдёт о таких вещах и идеях, которые Альвен не то чтобы отвергал, но не считал достаточно важными, скажем так. Без них, однако, выстроить новую – более адекватную – картину устройства вселенной просто не получится. К тому же, никаких принципиальных противоречий между этой новой картиной и космологическими идеями Альвена по сути нет, а общего очень много. Чего никак не скажешь, например, о космологии Большого Взрыва.
Если же более конкретно, то начать удобно с цитирования следующего – уже цитированного выше – заключения Альвена:
Таким образом, в поддержку гипотезы Большого Взрыва остаётся совсем немного наблюдений. На самом деле космос даёт нам картину пространства по сути трёхмерного и в высшей степени неоднородного из-за доминирования эффектов гидродинамики и физики плазмы. Сценарий же Большого Взрыва, напротив, — это четырёхмерный и в основном однородный космос.
Уже по этому абзацу вполне можно почувствовать, что Альвен весьма скептически воспринимал подчёркнуто четырёхмерную математику теории относительности, считая дополнительное, четвёртое измерение (по мнимой оси) времени не более, чем удобным техническим трюком. Не несущим в себе, вообще говоря, какого-то важного физического смысла. Не говоря уже об указателе на скрытую природу реальности.
Космология Большого Взрыва, естественно, тоже абсолютно ничего не может сказать о природе скрытой от нас части реальности. Кроме как именовать неведомые для науки 95% вселенной невнятными и мало что объясняющими названиями типа «тёмная материя» и «тёмная энергия».
Существенно новая космология, способная давать содержательные объяснения не только для природы тесных взаимосвязей между магнетизмом и гравитацией, но и для природы «тёмных» – точнее прозрачных и потому невидимых для нас – компонентов вселенной, начала зарождаться в конце 1990-х годов. Благодаря таким открытиям теоретиков, прежде всего, как голографический принцип и AdS/CFT-соответствие.
Поскольку же Ханнес Альвен, родившийся в 1908 году и умерший в 1995, по естественным причинам уже ничего не мог ни знать, ни сказать об этой новой многомерной космологии, нам остаётся лишь внимательно рассматривать картинки. Наглядно поясняющие не только суть новых наблюдательных открытий астрофизиков об устройстве «альвеновской магнитной вселенной», но и показывающие взаимосвязи этих результатов с голографией, с AdS/CFT и с космологией «вечных чёрных дыр» (как назвал её автор Хуан Малдасена [o7]).
Разбираясь с сутью главных картинок, сопровождавших публикацию New Sci 2022 г, первым делом следует обратить внимание на то, как они иллюстрируют важную особенность голографии. Согласно которой всякая часть голограммы, в независимости от своего размера, воспроизводит суть целого. Иначе говоря, если на картинке слева (или на обложке журнала) мы видим разворачивающуюся спираль как наглядное изображение «магнитной вселенной» в целом, то на картинке справа (украшающей разворот темы номера) мы видим ту же разворачивающуюся спираль как основу структуры галактики. То есть сравнительно очень небольшого фрагмента вселенной, воспроизводящего устройство целого.
Далее, зафиксировав внимание на левой части как «карте вселенной» в целом, полезно обратиться для сравнения к подходящей иллюстрации из «Путеводителя Там За Облаками» [i3]. Где в главе 6.2_Формы наглядно поясняется, среди прочего, суть стереографической проекции и конформных преобразований в математике.
Стереографическая проекция известна в географии и геометрии как один из хороших способов отобразить искривлённую поверхность шара – то есть пространство 2-мерной сферы – на поверхность плоской карты. Любой из способов проекции неизбежно вносит в картину те или иные искажения, однако стереография хороша тем, что окружности переводит в окружности, а при отображении других фигур сохраняет величину углов между прямыми. То есть не меняет особенности формы. Такого рода преобразование в математике именуется конформным.
Средняя же из трёх картинок наглядно показывает, что при стереографической проекции сферы на плоскость всякая точка, движущаяся на сфере по спирали от одного полюса к другому, на плоской карте будет выглядеть как уходящая по спирали в бесконечность.
Хайнц Хопф, на рубеже 1920-30-х годов с опорой на стереографическую проекцию решал несколько более сложную задачу: каким образом адекватно отобразить искривлённое пространство 3-мерной сферы в более привычное для нас плоское трёхмерное пространство, именуемое евклидовым. В итоге была обнаружена весьма и весьма особенная геометрическая конструкция, собранная из множества вложенных друг в друга торов и носящая сегодня название «нетривиальная фибрация Хопфа».
О том, сколь важную роль играет фибрация Хопфа для понимания физики на всех масштабах вселенной (а также о том, как долго и трудно открывает для себя этот факт наша наука) ранее рассказывалось уже не раз и со множеством подробностей [i4].
Здесь же пора повнимательнее рассмотреть вторую из иллюстраций журнала New Sci, точнее, более полный вариант той же картинки из онлайновой версии публикации.
Когда магнитная структура галактики представлена в таком виде, существенно легче ухватить «где тут фибрация Хопфа». То есть не только скрытую структуру в виде множества вложенных друг в друга торов, но и суть конформного отображения сферы на плоскость.
С опорой на эту же конструкцию становится легче понять и особенности «двух типов полей» в картинах экспериментальных наблюдений галактик от проектов SOFIA и SALSA. Где структура полей в плоскости диска отличается повышенной хаотичностью, а поля выше и ниже диска, напротив, более упорядочены.
Самое же главное, что в соответствии с голографическим принципом перед нами здесь предстаёт уменьшенная, упрощённая и наглядная картина космологической эволюции вселенной в целом. Но не мифологической космологии Большого Взрыва, конечно же, а циклической космологии Вечных Чёрных Дыр от Малдасены. И одновременно это «метафорическая картина» его же AdS/CFT-соответствия, математически открывшего для науки примечательный дуализм гравитационных и калибровочных-квантовых взаимодействий.
Дабы пояснить данный факт более наглядно, полезно в очередной раз обратиться к главе Формы в Путеводителе ТЗО и привлечь оттуда два математически эквивалентных изображения для фибрации Хопфа: на основе геометрий тора и гиперболоида.
Вторая или (b)-версия конструкции вполне прозрачно отображает не только суть единства и различий магнитных полей у галактик, но также и важнейшие особенности новой космологии.
А именно, две чёрные дыры, сцепленные горловинами и образующие мир с гиперболической геометрией AdS (анти-деСиттера). Плюс «отчасти наш» плоский мир CFT (конформной теории поля), являющийся общей границей-оболочкой для двух чёрных дыр. И плюс, конечно же, единая общая физика у всей этой конструкции, объединяющая в себе электромагнитные, гравитационные и все прочие взаимодействия на основе гидродинамики.
Особо же, наверное, примечательным в данной конструкции является то, что единая природа всех взаимодействий выводится здесь из гравитационных уравнений Эйнштейна таким путём, который ещё в начале 1920-х годов обнаружили Теодор Калуца и Оскар Клейн. А много позже, уже во второй половине XX века, тем же Оскаром Клейном в сотрудничестве с Ханнесом Альвеном была разработана новая модель циклической космологии. Без мифа о Большом Взрыве, естественно.
Но это, впрочем, уже совсем другие сюжеты для отдельных рассказов…
# # #
Дополнительное чтение:
[i1] От Ферми до Альвена и Зельдовича, или Анатомия научного обмана
[i2] Главная догма – и беда – космологии ; Термоядерная бомба и Big Bang: незабавные подробности ; Первый универсальный ключ
[i3] Путеводитель Там За Облаками. Глава 6.2_Формы
[i4] Нетривиальное расСЛОНение ; Фундамент Хопфа ; Единое как фибрация Хопфа – и как будущее науки
# #
Основные источники:
[o1] Our Magnetic Universe: The forgotten force that sculpts the cosmos. By Stuart Clark. New Scientist, October 8-14, 2022. Pp. 34-37
[o2] Hannes Alfvén. Cosmology: Myth Or Science? Chapter I in Cosmology, history, and theology, ( Eds. W Yourgrau and A Breck). Plenum Press, New York, 1977, pp 1-14
[o3] Hannes Alfvén. Cosmology: Myth or Science? (For the Golden Jubilee of the Indian Academy of Sciences, representing a culture which has investigated cosmology for four millennia). Journal of Astrophysics and Astronomy, vol 5, March 1984, pp 79–98
[o4] Alfvén, Η. 1981, Cosmic Plasma, D. Reidel, Dordrecht, Chapter VI ; Alfvén, Η. 1982, Phys. Scripta, 2, 10 ; Alfvén, H. 1983, Geophys. Res. Lett., 10, 487
[o5] Revealing the invisible: detecting variations in extragalactic magnetic fields. By Lori Ann White. Stanford News, July 13, 2023
[o6] Alejandro S. Borlaff, Enrique Lopez-Rodriguez et al. Extragalactic Magnetism with SOFIA (SALSA Legacy Program). First Results on the Magnetic Field Orientation of Galaxies. The Astrophysical Journal, Volume 952, Number 1 (2023 July)
[o7] Juan M. Maldacena. Eternal Black Holes in AdS. Journal of High Energy Physics. 2003 (4): 021. arXiv:hep-th/0106112
#
kiwi arXiv 
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.