В. Жиглов - Новая физика многомерных пространств. Что находится за горизонтом событий квантового мира и из чего состоит темная материя

При этом наиболее радикальной попыткой преодоления указанных трудностей релятивистской квантовой теории, является гипотеза о невозможности применения физических понятий пространства и времени к микромиру.

Аналогичные соображения высказываются также в связи с попытками осмысления природы начальной сингулярности в модели расширяющейся горячей Вселенной.

Однако большинство физиков убеждены в универсальности физических пространственно-временных понятий, в то же время признавая необходимость существенного изменения их смысла и наполнением их новым содержанием.

Что же касается вопросов о структуре пространства-времени глубокого микромира или о первых мгновениях Большого взрыва, то по мнению ряда учёных ответы на них будут найдены лишь в физике третьего тысячелетия.

В настоящее время установлено, что все элементарные частицы взаимодействуют между собой за счет четырех типов сил или четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого ядерного.

Стандартная модель физики объясняет гравитацию силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а общая теория относительности Альберта Эйнштейна объясняет гравитацию искривлением самого пространства-времени и поэтому ее еще называют геометрической теорией тяготения.

Действие каждой из описанных сил можно представить как обмен частицами-квантами данного взаимодействия, при этом сильное взаимодействие осуществляется глюонами, переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны, за электромагнитное взаимодействие отвечают фотоны.

Элементарные частицы стандартной модели: фермионы, состоящие из кварков и лептонов, составляют материю, в то время как калибровочные бозоны опосредуют три взаимодействия, охватываемые стандартной моделью. А обнаруженный в 2012 году бозон Хиггса, отвечает за массы как фермионов, так и W +, W— и Z бозонов.

Стандартная модель элементарных частиц, сведённая в таблицу. Источник – Multinomial classification with neural networks in a search for t¯t-associated Higgs-boson production

Давней мечтой физиков является объединение всех четырех типов физических взаимодействия в одной Общей теории.

Ученые полагают, что при сверхвысоких энергиях все взаимодействия могут между собой объединяются в кратчайший период сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиардов лет назад. Но в последствии все взаимодействия разделились между собой и стали жить самостоятельной жизнью: сначала – гравитация, затем – сильное, а потом уже слабое и электромагнитное взаимодействия.

Так, если три типа физических взаимодействий могут быть описаны квантовой механикой, то Теория относительности, с помощью которой описывается гравитация, строится уже на основе других физических принципов.

Физические законы квантовой механики используются при изучении микромира, а Общая теория относительности применяется к гигантским массам и скоростям во Вселенной. При этом, если в квантовой механике мы можем знать только вероятность того, как будет вести себя тот или иной изучаемый физический объект, то с помощью Общая теория относительности может быть точно предсказано поведение изучаемого физического объекта.

И хотя квантовая механика и ОТО как бы не пересекаются между собой, но в то же время во Вселенной существуют физические объекты, при изучении которых они могут быть одновременно использованы. К таким физическим объектам могут быть отнесены черные дыры, которые одновременно обладают огромной массой и очень малыми размерами.

Поэтому учёные полагают, что переосмысление природы черных дыр явится путём к объединению квантовой механики и Общей теории относительности.

Черные дыры невозможно наблюдать прямыми методами, как другие астрономические объекты, но факт их существования, подтверждённый множеством косвенных исследований, которые не вызывает сомнения.

Черной дырой называют область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько сильно, что ее не могут покинуть никакие объекты, в том числе и кванты света.

При этом граница черной дыры называется горизонтом событий, а ее размер – гравитационным радиусом. Черные дыры способны притягивать к себе материю, которая образовывает гигантскую быстро вращающуюся структуру вокруг черной дыры, которая именуется аккреционным диском.

Внутрь черной дыры попадает лишь часть материи, остальная отправляется обратно в космос в виде струи плазмы или джета, при этом у некоторых черных дыр скорость движения на 99% приближается к скорости света.

Изображение черной дыры, на плоскости вращения которой формируется аккреционный диск, а по оси вращения с двух противоположных сторон вырываются в виде плазмы мощные джеты

Согласно общепринятым гипотезам, существует четыре основных типа черных дыр.

К первому типу относится погасшая черная звезда, масса которой составляет не менее трёх солнечных масс.

Ко второму типу относится черная дыра средней величины, увеличивающаяся за счёт поглощения газовых скоплений и отдельных звёзд.

К третьему типу относятся сверхмассивные черные дыры с массой от ста до тысячи солнечных масс, которые находятся в центре Млечного пути и других галактик.

К четвертому типу относятся ультрамассивные черные дыры с массой, которая может в сорок миллиардов раз превосходит солнечную массу. Ученым удалось обнаружить этот объект в ходе наблюдения за движением звёзд в центре галактики Holm 15A.

Большинство ученых сегодня полагает, что черные дыры могут стать новыми окнами в мир физики за пределами теории относительности А. Эйнштейна.

В то же время пока не удаётся объяснить, что находится внутри них и можно ли происходящие в них физические явления описать с помощью математических формул.

И хотя черные дыры, являясь самыми массивными и плотными объектами во Вселенной, могут существовать очень долгое время, но в то же время они не вечны.

Так, согласно теории относительности, во Вселенной могут существовать так называемые точки сингулярности, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой.

Высказывается и предположение о том, что черные дыры могут являться частичным случаем проявления указанной сингулярности.

При этом данная сингулярность, в соответствии с принципом «космической цензуры» Пенроуза-Хокинга, находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры, вследствие чего ее невозможно увидеть.