СКРЫТАЯ МАССА И ПОИСК ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙН.С.КарадашевАстрокосмический центр Физического института им. П.Н.Лебедева,Москва, РоссияПрипринт ФИАН N 65, Москва, 1999. 9 с.Предлагаются два новых направления астрофизических исследований и поиска внеземных цивилизаций: зеркальный мир и многосвязная Вселенная с туннелями.
HIDDEN MASS AND SEARCH OF EXTRATERRESTRIAL INTELLIGENCEN.S.KardashevIt is proposed a two new directions of astrophysical investigations and search of extraterrestrial intelligence: mirror world and multiconnected Universe with wormholes. Введение Подходит к концу ХХ век. Поиск внеземных цивилизаций (ВЦ) пока не дал положительных результатов, а достижения астрономии близки к пониманию эволюции всех объектов Вселенной от момента большого взрыва до настоящего времени. В чем причина неудач поиска ВЦ? Мы уже обращали внимание на три наиболее важные проблемы (Kardashev, 1973 и 1975; Kardashev, 1997). Первая связана с "земным шовинизмом": большая часть целенаправленных экспериментов предполагает поиски цивилизаций, подобных нашей в ХХ веке. Но найти такую крайне маловероятно. Вторая проблема - невозможность описания возникновения и эволюции цивилизаций на космологически значимых интервалах времени. В связи с этим мы предлагаем принять как аксиому: существует не нулевая вероятность возникновения жизни во Вселенной и нет принципиальных причин, ограничивающих уровень ее развития. Третья проблема - мы слишком переоцениваем наши знания о строении Вселенной, возможно бесконечной и в пространстве, и во времени, и в многообразии форм и законов. Достаточно напомнить, что современная астрономия изучает лишь менее 5% от средней плотности окружающей нас материи, а более 95% составляет скрытая масса, проявляющаяся только по ее гравитационному воздействию. Скрытая материя возможно составляет основную долю массы нашей и других галактик и доминирует в межгалактическом пространстве, а ее исследование является важнейшей нерешенной проблемой современной астрономии. Другая область исследований, еще более трудная, но, возможно, еще более важная в связи с поиском ВЦ: современная космология, в частности модели хаотически возникающих Мини-Вселенных в разных частях и в разное время, открывают возможность существования ВЦ сколь-угодно высокого уровня развития. Есть ли возможность исследовать другие Мини-Вселенные? В последующих разделах мы рассмотрим некоторые модели и новые данные внегалактической астрономии в связи с проблемой скрытой массы и существованием топологически сложной Большой Вселенной (другие названия - multiverse, many-worlds, googolplexus). ВЦ в зеркальном мире Современная физика элементарных частиц принимает в качестве гипотетического фундамента симметрию между правым и левым (Exact Parity Model). Согласно ЕРМ, каждая частица имеет зеркальный аналог (Lee & Yang, 1956; Salam, 1957; Кобзарев и др., 1966; Carlson & Glashow, 1987; Green at al., 1989; Хлопов и др., 1991; Berezhiani et al., 1996; Khlopov, 1999). Наши частицы могут взаимодействовать с зеркальными, по-видимому, только гравитационно. Из этих частиц могут быть образованы зеркальные атомы, молекулы, звезды с планетами, галактики и их скопления и, в частности, внеземные цивилизации. В зеркальной Вселенной должен быть свой, невидимый для нас, спектр электромагнитного излучения. Предположим, что значительная часть скрытой массы является зеркальным веществом. Если принять, в соответствии с наблюдениями (Кардашев, 1997; Turner, 1999), что в нашей Вселенной 70% от критической плотности составляет однородная среда (например, вакуум), а 5% - нормального наблюдаемого вещества, то зеркальное нормальное вещество может составлять от 5 до 25% . Нижняя граница соответствует модели, когда барионная асимметрия для нормальной и зеркальной материи одинаковы и соответственно эволюция Вселенной идет одинаково. Верхняя граница плотности зеркальной материи предполагает существенно большую барионную асимметрию в зеркальном мире. В этом случае количество тяжелых элементов в зеркальном мире будет больше, а момент рекомбинации, образование астрономических объектов и возникновение цивилизаций могут произойти раньше, чем в нашем. В работе Berezhiani et al. (1996) рассмотрена космологическая модель, в которой нарушение электрослабой симметрии различно в нашем и зеркальном мире. Это приводит, наоборот, к отсутствию тяжелых элементов, звезд с активным термоядерным горением, но позволяет образовывать карликовые звезды и черные дыры вплоть до гигантских масс в центрах галактик. Объекты из зеркальной материи могут располагаться в отдельных районах пространства или быть перемешаны с нормальной материей. Вопрос о пространственном разделении нашего и зеркального вещества подробно обсуждается в работе Khlopov (1999). Обсуждалось существование зеркальных объектов внутри Земли, Солнца и в нашей Галактике, например, в виде двойных звезд, одна из которых или обе зеркальные (Кобзарев и др., 1966; Green и др., 1989; Khlopov, 1999). Результаты по микролинзированию (MACHO) можно объяснить гравитационным линзированием отдельными зеркальными звездами (Foot, 1999; Mohapatra & Teplitz, 1999). Гипотеза 4-го стерильного нейтрино может быть заменена гипотезой наличия зеркальных нейтрино (Silagadze, 1995; Foot & Volkas, 1995; Berezhiani & Mohapatra, 1995). Необходимо обратить внимание, на обнаружение нового типа галактик с очень большой долей скрытой массы (Meurer, 1996; Straessle et al., 1999; Meurer et al., 1999). Близкая галактика NGC 2915 (расстояние 5 Мпс) имеет отношение массы к светимости 76. В центре галактики в оптическом диапазоне видна синяя компактная карликовая (BCD) галактика радиусом 3 кпс. По наблюдениям в радиодиапазоне (Meurer, 1996) в линии 21 см диск и спиральные рукава из межзвездного водорода тянутся до радиуса 15 кпс. Кривая вращения, построенная по наблюдениям, согласуется с наличием звездного диска и гало, но звезд не видно. Форма спиральных рукавов, масса и ширина похожи на спиральную галактику позднего типа с перемычкой. Темная материя имеет необычно высокую плотность и в ядре галактики, где звездная компонента видна. Подобные галактики DDO154 (M/L = 74), DD170 (M/L = 57) и другие. В карликовой галактике NGC247 отношение M/L > 200, что является рекордом (Straessle et al., 1999). Возможен ли обмен информацией между нашим и зеркальным миром? Если взаимодействие только гравитационное, то и обмен информацией может осуществляться с помощью переменной величины тяжести. Простейший обмен информацией возможен при воздействии гравитирующих зеркальных масс на наши гравиметры (и наоборот) с близких расстояний. Со сколь угодно далеких расстояний информация может быть передана и принята с помощью гравитационных волн. Первые гравитационно-волновые телескопы должны заработать в ближайшие годы. Еще одна возможность обмена информацией связана с тем, что обычная и зеркальная материя может образовывать черные дыры, которые для внешнего наблюдателя будут не отличимы друг от друга. Если зеркальная материя существует, то излучение Хокинга черными дырами (электромагнитное, гравитационное и частиц) удваивается (Сахаров, 1986), т.е. должно быть выделение и нормального и зеркального вещества. Если возможно управление излучением Хокинга (например, изменять массу черной дыры, меняя темп аккреции), то возможен обмен информацией и с помощью электромагнитного излучения. Однако пока само Хокинговское излучение не обнаружено, и его детектирование является исключительно трудной задачей. Это излучение легче всего обнаружить в гамма диапазоне, если будут найдены первичные черные дыры минимальной массы (1015 г). Вечная и бесконечная многоэлементная Вселенная с топологическими туннелями и ВЦ Современные представления о Вселенной в целом базируются на инфляционных моделях, согласно которым мы живем в одном из расширяющихся пузырьков, образующихся в кипящем и бесконечно существующем вакууме (Линде, 1990). К этим представлениям пришли, исходя из первоначального требования построить модель Вселенной бесконечной во времени и пространстве и неизменной в среднем по времени (Flamm, 1916; Einstein & Rosen, 1935; Wheeler, 1955; Сахаров, 1984; Линде, 1990). Возможность экспериментальной проверки и исследования многоэлементной модели Вселенной целиком зависит от получения информации из ее различных областей. По-видимому, единственный способ реализации этого связан с существованием топологических туннелей (Fuller & Wheeler, 1962; Morris & Thorne, 1988; Wisser, 1996; Hochberg et al., 1997). Другие названия этих гипотетических объектов - мосты Эйнштейна-Розена, кротовые или червячные норы (wormholes), горловины Шварцшильда. Туннели могут связывать как отдельные, сколь угодно отдаленные области пространства нашей Вселенной, так и области с различными моментами начала инфляции. В настоящее время продолжается дискуссия о реализуемости туннелей, об их проходимости и эволюции со временем (Morris & Thorne, 1988; Wisser, 1996; Hochberg et al., 1997; Hochberg & Visser, 1998), о возможности создания на их основе машины времени (Morris et al., 1988; Morris & Visser, 1988; Новиков, 1989; Novikov, 1992). Туннели являются топологическими структурами, возможно сохранившимися с момента образования нашей Вселенной, и проявляются для внешнего наблюдателя гравитацией, подобно первичным черным дырам различной массы. Последние модели указывают на стабильную конструкцию туннеля, если перемещение материи между двумя горловинами сохраняет направление (Hochberg & Visser, 1998). Система из двух туннелей, обеспечивающая движение в прямом и обратном направлениях, для внешнего наблюдателя будет весьма сходной с двойной системой, состоящей из черной и белой дыры (Kardashev, 1973). Через аналог черной дыры будет возможен проход из нашей Вселенной в другую ее часть или другую Вселенную. Через аналог белой дыры будет доступ к нам.
Учитывая большую величину приливной силы для черных дыр при
приближении к горизонту, можно сделать вывод, что для прохождения
туннелей телами нашей Вселенной, необходимы горловины с массами
порядка сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Действительно,
приливное ускорение
Двойная система состоящая из одинаковых масс m, движущихся по
круговой орбите около центра тяжести на расстоянии r друг от друга,
теряет энергию на излучение гравитационных волн (Ландау и Лифшиц,
1960).
Для времени порядка возраста Вселенной t = 1.5*1010 лет, как уже отмечалось, могли сохраниться только массы более 1015 г. Расстояние до ближайшей двойной системы L ~ 1 пс (2m/Mo)1/3 в предположении, что средняя плотность скрытого вещества обусловлена этими системами и порядка средней плотности звезд около Солнца. В таблице показаны основные параметры двойных систем (это могут быть и горловины туннелей, и первичные черные дыры) для минимальной массы (= 1015 г), для массы 5*1025 г оптимальной для электромагнитного канала связи (TH = 2.7 K, т.е. температура реликтового фона) и массы 105 Mo для путешествий
Наконец, очень интересно исследовать космологические модели нашей Вселенной при наличии туннелей. Если количество туннелей и эквивалентная масса их горловин неизменны, то на современном этапе они могут составлять какую-то часть скрытой массы, влияя на процесс расширения Вселенной как холодное, пылеподобное вещество. Однако можно предположить, что через туннели к нам и от нас перетекает вещество. Если перетекание происходит с постоянной скоростью, т.е. масса окрестностей горловины линейно растет со временем и перетекшее пылеподобное вещество преобладает в современной плотности нашей Вселенной, близкой к критической, то уравнение Фридмана для современного этапа и пространства с нулевой кривизной будет
где То есть, эта модель совпадает по параметрам и зависимости от времени с моделью, соответствующей доминированию струн бесконечной длины и неплохо соответствует наблюдениям.
Модель, в которой доминирует положительный космологический
Возможные направления исследований Нам представляется весьма важным аксиоматически принимаемое предположение о существовании в Большой Вселенной цивилизаций любого уровня и любой длительности развития. В заключении необходимо отметить несколько направлений дальнейших исследований скрытого вещества, связанных с достаточно обоснованными предположениями о существовании зеркального вещества, топологических пространственных туннелей и больших искусственных конструкций, как возможных составляющих скрытой массы. 1. Развитие исследований планетных систем и поиск новых объектов в Галактике, учитывая возможность обнаружения гигантских искусственных конструкций, как возможной доли скрытой массы. 2. Исследования с целью поиска объектов, состоящих, в основном, из зеркального вещества. Нужен тщательнвй анализ космологических моделей со значительной долей скрытой массы из такого вещества. Большой интерес представляет исследование галактик с аномально большим отношением массы к светимости, поиск зеркальных звезд и планет, анализ сигналов телескопов гравитационных волн как возможных передач ВЦ. 3. Развитие теории Вселенной со сложной топологией и туннелями. 4. Поиск и исследование первичных черных дыр и объектов типа пар черных и белых дыр с целью выявления топологических туннелей и астроинженерных конструкций около них.
Работа выполнена при поддержке Гранта РФФИ N 99-02-17799. Литература
|
, M -гравитирующая масса, d -
размер тела, приближающегося к этой массе на расстояние R. Для d
=180 см, 
и a < g - ускорение силы
тяжести на Земле, найдем M > 105 Mo. Для передачи и
приема информации вероятно можно использовать черные дыры много
меньшей массы, вплоть до минимально возможных сохранившихся первичных
черных дыр = 1015 г.
- взаимное расстояние по отношению к
гравитационному радиусу,
- период обращения,
- время полной потери
энергии. Допустим, что горловина туннеля также, как черные дыры,
излучает благодаря процессу Хокинга. Тогда характерная температура
излучения
,
, z - красное смещение, R -
масштабный фактор, H0 - постоянная Хаббла. В результате найдем
-
член, обусловленный туннелями, требует предположить экспоненциально растущее
со временем (в сопутствующем расширению объеме) воспроизводство числа
туннелей или массы их горловин, обусловленное Большой Вселенной.