Чтобы вскрыть причину таких превращений, учтем, что в темной материи вследствие неустойчивости ее однородного состояния возникают самопроизвольные процессы волнообразования, приводящие к «сгущению» одних и «разрежению» других ее масс. Раз возникнув, область сгущения продолжает увеличивать свою плотность под влиянием упомянутой выше пары сил гравитации Fт, направленных в этом случае внутрь пучности гравитационной волны. Работа сжатия, осуществляемая этими силами, дополняется конвективным притоком энергии при аккреции вещества из окружающего пространства. В результате из темной материи постепенно образуются структурные элементы барионной материи, обладающие рядом новых свойств. Этим дополнительным степеням свободы соответствуют новые координаты состояния ?i (числа молей k-x веществ Nk, их энтропии Sk заряды Зk, импульсы Рk, их моменты Lk и т.д.). Возникает при этом и тепловое движение, сопровождающееся тепловым излучением, что делает барионное вещество видимым («светлым»).
Ввиду неоднородности темного вещества эти параметры также распределены в барионном веществе неравномерно. Вследствие этого и в ней наряду со скалярными процессами d?i/dt возникают специфические векторные процессы перераспределения плотности ?i между отдельными частями системы, изменяющие положение в пространстве радиус-вектора их центра ri = ?i-1??i(r,t)rdV. Возникают и специфические «моменты распределения» параметров ?i [15]:
Zi = ?i?ri = ?[?i(r,t) -(t)]rdV (4)
в связи с чем появляются потоки Ji = dZi/dt = ?i?i носителей новых форм движения, их кинетическая энергия в относительном движении Еk= ?i?i2/2 и т.п. В еще более общем случае возможны также процессы переориентации векторов смещения ?ri и моментов Zi, изменяющие пространственный угол ? между векторами Zi. Таким образом, каждая из n форм энергии барионной системы Эi оказывается в общем случае функцией трех независимых координат Эi = Эi(?i,ri,?i), так что дифференциал ее полной энергии Эс принимает вид [5]:
dЭс ? ?i?i d?i - ?i Fi·dri - ?i Мi·d?i (5)
где ?i ? (?Эс/??i) - обобщенный потенциал системы ?i (ее температура Т, давление р, химический ?k, электрический ?, гравитационный ?с и т.п. потенциала); Fi ? - (?Эс/?ri) - силы в их общефизическом понимании; Мi ? - (?Эс/??i) - крутящие (ориентационные) моменты.
Поскольку барионное вещество образовалось из небарионного за счет его энергии Эт, то в соответствии с законом сохранения энергии dЭс = - dЭт. Это означает, что элементарная работа ?Wie = ?i Fi·dri и ?Wi? = ?i Мi·d?i совершается над барионным веществом (dЭс > 0) за счет убыли энергии небарионной материи (dЭт < 0) и направлена против равновесия в нем. В соответствии с принципом противонаправленности процессов такая работа направлена на увеличение пространственной неоднородности в барионной материи, в том числе на возбуждение в нем относительного поступательного и вращательного движения макроскопических частей формирующегося барионного вещества, его электрическую и магнитную поляризацию, ионизацию, диссоциацию, диализ, химические, ядерные и др. превращения. Возникающие при этом противоположные свойства барионного вещества мы приписываем разноименным зарядам, спинам различного знака, относительным скоростям поступательного и вращательного движения, их противоположным направлениям и т.п. Те же формы относительного движения присущи и микроскопическим частицам, из которых состоит барионное вещество. Их движение может быть как макроскопическим (наблюдаемым), что характеризуется скоростью ?k, импульсом Рk =Mk?k и кинетической энергией диффузии» k-x компонентов системы Еk = ?kMk?k2/2, так и микроскопическим, характеризующимся температурой Т, энтропией S и «связанной энергией» Гельмгольца ТS. Таким образом, у энергии барионного вещества Эс появляются новые аргументы, а в тождестве (3) - подобные им новые члены, число которых для каждой новой формы энергии с учетом вращения втрое превышает таковое для однородных систем. Тогда в тождестве (5) появляются суммы с числом слагаемых, равным числу независимых форм энергии системы [5].
К этому же классу неравновесных процессов относится и разделение в пространстве масс барионного вещества, приобретающего при этом границы и форму, т.е. становящегося телами. Это влечет за собой возникновение между этими телами сил «тяготения», стремящихся вернуть систему в исходное состояние. Силовую характеристику этого релаксационного процесса в приближении парного взаимодействия и описывает закон Ньютона. Согласно ему, сила тяготения Fс в выражении (5) пропорциональна произведению двух масс Мс и m ?Мс , и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними R:
Fс = GmМс/R2. (6)
где G - гравитационная постоянная. Согласно этому выражению, сила тяготения для любой пары тел обращается в нуль лишь при их бесконечном удалении. Это означает, что теория тяготения Ньютона, основанная на уравнении (6), не признает существования гравитационного равновесия, характеризующегося обращением в нуль силы тяготения при конечной величине R12 < ?, и не допускает существования гравитационных сил «отталкивания». Иными словами, теория тяготения Ньютона описывает только релаксационные процессы, возникающие в барионной системе вследствие пространственной неоднородности ее распределения в пространстве. Тем самым еще раз подчеркивается, что гравитационное поле, как и другие силовые поля, возникает не благодаря наличию масс, зарядов и токов самих по себе (как принято думать), а вследствие их пространственной неоднородности.
Установим теперь связь между силами гравитации Fт и Fс, действующими в темной и светлой материи. В соответствии с общим определением силы в тождествах (3) и (5), Fт ? - Эт = - с2Мт, так что создаваемое ею ускорение gт = dFт/dМт) = - с2Мт/Мт. Поскольку же Мт/Мт = ?т/?т, то гравитационное ускорение, создаваемое темной материей, оказывается пропорциональным относительному градиенту ее плотности:
gт = - с2?т/?т. (7)
Сходное выражение можно получить и для барионной материи, обобщив закон тяготения Ньютона на случай произвольного распределения ее массы Мс в пространстве. С этой целью поставим задачу нахождения силы тяготения Fс ? - Эс = - (GmМс/R), создаваемой телом единичного объема в условиях, когда пробная масса m и расстояние до нее R остаются неизменными. В таком случае Fс = - (Gm/R)Мс = - (GmМс/R)?Мс/Мс, так что с учетом
Мс/Мс =?с/?с для величины ускорения gс = Fс/m найдем:
gс = - ?с ?с/?с (8)
где ?с ? Эс/m = GМс/R - гравитационный потенциал барионной материи.
Согласно выражениям (7) и (8), ускорения gт и gс, создаваемые темной и светлой материей, существенно отличаются по своей величине. Поскольку барионная материя образовалась вследствие уплотнения темной материи, то ?с ?т. Кроме того, в ней и ?с с2. Поэтому при одной и той же величине градиента плотности ?т = ?с величина ускорения в темной материи на много порядков больше, чем в барионной. Это дает основание различать сильную и слабую гравитацию, создаваемую соответственно небарионной и барионной материей. Вслед за этим изменяется и представление о гравитационном взаимодействии, считавшемся наиболее слабым. Становится ясным, что все виды взаимодействия барионной материи обязаны своим происхождением именно сильной гравитации и потому не могут превышать его по своей интенсивности. Это вскрывает единую природу сильного, слабого и электромагнитного взаимодействия и делает излишним поиск путей «великого объединения» их с гравитационным взаимодействием.
Темная энергия как источник гравитационных сил отталкивания
Как следует из закона гравитации (7), гравитационное ускорение как в темной, так и в светлой материи gт и gс в различных областях Вселенной может приобретать различный знак в зависимости от того, положителен или отрицателен градиент их плотности в данной области пространства. При этом ускорение g всегда будет направлено навстречу градиенту плотности. Если, например, темное вещество образовало ядро галактики, так что ее плотность спадает к периферии, то ускорение в нем действует в направлении к центру, приводя к дальнейшему сжатию образующегося из темной материи барионного вещества. Это позволяет обнаружить движение темной материи и определить знак его ускорения по движению видимого (барионного) вещества. При этом скорости их движения могут быть различны, что проявляется, например, в наблюдаемом «отставании» периферийной части двух «сталкивающихся» галактик.
Из (7) следует также, что величина ускорения в какой-либо области Вселенной определяется градиентом плотности в основном темного вещества в этой области пространства. Это объясняет аномальное ускорение космических зондов, подобных аппаратам «Пионер» и «Вояджер-1,2». Если их движение замедляется, то это свидетельствует лишь об их переходе в область Вселенной с более равномерным распределением темного вещества за «поясом Койпера», но не об ошибочности теории тяготения Ньютона.
Далее, закон гравитации (7) предсказывает существование в темном веществе гравитационного равновесия, характеризующегося отсутствием сил Fт. Это состояние отвечает общим критериям равновесия [5], принимающим в данном случае вид:
(??т/?rт) = 0 (8)
Согласно (9), условию сильного гравитационного равновесия соответствует однородное распределение плотности темного вещества (?т = 0). Это равновесие устойчиво, когда оно соответствует общему критерию устойчивости
(?2?т/?rт2) < 0 (9)
О наличии зон устойчивого равновесия свидетельствует явление либрации (колебания положения или траектории движения массивных тел в неоднородном гравитационном поле). В соответствии с выражением (7) это явление наблюдается тогда, когда тело при отклонении его от состояния равновесия попадает в область с увеличивающейся плотностью (?т > 0). Последнее напоминает движение реки между крутыми берегами. Это и является причиной возникновения сил «отталкивания», возвращающих движущееся тело на равновесную траекторию с ?т = 0. Этим же объясняются и кажущееся нарушение законов небесной механики, выражающееся в отклонении зависимости скорости периферийных областей галактик от радиуса [17]. В действительности все объясняется приближением их к зоне либрации, где закон тяготения Ньютона перестает действовать.
Согласно (8) и (9), зона либрации зависит от протяженности области равновесия (??т/?rт) = 0. Там, где неоднородность ??т/?т невелика, зоны либрации, подобно равнинным рекам, могут занимать значительную часть пространства Вселенной. Однако по мере усиления этой неоднородности и сближения максимумов плотности темной материи эти зоны сужаются и могут исчезнуть вовсе. Это соответствует состоянию неустойчивого равновесия, свойственного полю тяготения Ньютона. Такая ситуация наблюдается в так называемых «тесных системах» парных звезд или галактик, где неустойчивость равновесия проявляется в перетекании вещества с одного небесного тела на другое.
Наконец, согласно (7), знак ускорения для темной и светлой материи может быть различным не только в разных областях Вселенной, но и для небарионной и барионной материи. Дело в том, что этот знак зависит в них от соотношения внешних сил Fgе, действующих со стороны другого компонента системы, и внутренних (релаксационных) сил Fgr, обусловленных стремлением системы к равновесию. Внешние силы Fgе могут быть направлены и против равновесия в объекте их воздействия. Таковы, например, силы, вызывающие разделение в пространстве барионного вещества на отдельные тела m и M вопреки действию ньютоновских сил «притяжения».
Иного рода внутренние (релаксационные) силы Fgr, которые всегда имеют один и тот же знак и направлены только в сторону установления равновесия. Именно такие силы фигурируют в законе тяготения Ньютона, отражая стремление тел к сближению. Естественно, что направление какого-либо реального процесса определяется балансом внешних и внутренних сил. Это же наблюдается и во Вселенной. Предположим, что в свободном от барионного вещества пространстве вследствие отмеченной выше неустойчивости его однородного состояния возникли процессы волнообразования, приведшие к созданию волн его плотности. То, что эти пучности удерживаются на определенном расстоянии вопреки действию сил притяжения, может быть обусловлено только наличием сил отталкивания. Эти силы возникают в полном соответствии с уравнением гравитации (7) из-за того, что обращенные друг к другу градиенты плотности темной материи, для которых силы Fт ? - (?Эт/?rт) направлены встречно, расположены ближе, чем противоположные. Как следует из этого выражения, величина силы при неизменной энергии волны Эт пропорциональна средней «крутизне» переднего или заднего фронта волны. Силы же тяготения зависят и от расстояния между пучностями. Это и приводит к «дисбалансу» сил притяжения и отталкивания. Тогда мы и наблюдаем либо процесс «сгущения» продольных волн темной материи (увеличения частоты колебаний), либо процесс их «разрежения» с удалением пучностей и увеличением для гравитационной волны. Эти волны могут быть как бегущими, так и стоячими, если неоднородности среды (в том числе барионное вещество в ней) окажутся достаточными для появления «отраженных» волн.
Если при наложении сил притяжения и отталкивания, возникающих в барионном веществе при его взаимодействии с темной материей, последние начинают преобладать, мы наблюдаем процесс «разбегания» галактик. Поскольку же силы тяготения ослабевают с увеличением расстояния, указанный дисбаланс становится более ощутимым именно для более отдаленных галактик. Последнее и приводит к их «ускоренному расширению Вселенной».
Таким образом, вытекающая из энергодинамики теория гравитации позволяет объяснить целый ряд наблюдаемых во Вселенной явлений, перед которыми теория тяготения Ньютона оказалась бессильной.
Вместе с тем из изложенного следует, что никакой гипотетической «темной энергии» для объяснения феномена ускоренного расширения не требуется - эту роль выполняет сама «темная материя». Это позволяет избежать привлечения этой гипотетической среды, обладающей противоречивыми свойствами, т.е. участвующей только в гравитационном взаимодействии, но одновременно обладающей давлением (пусть и отрицательным), т.е. свойством, присущим барионной материи.
Более того, можно показать, что темная материя способна переносить энергию тех степеней свободы барионного вещества, которыми она не обладает. Это происходит вследствие силового характера взаимодействия темной и барионной материи, при котором происходит взаимопревращение энергии из одной формы в другую. Мерой этого энергопревращения и является, как известно, работа ?iFi·dri . «Механизм» такого переноса становится понятным, если воспользоваться известным выражением плотности энергии волны [13]:
?в = ?Aв2?2/2 (10)
где Aв, ? - амплитуда волны и ее частота.
Представим полную производную по времени от плотности энергии волны d?в/dt в виде суммы её локальной (??в/?t) и пространственной (конвективной) составляющей (?в•)?в. Последнюю составляющую, обусловленную переносом волновой формы энергии в пространстве со скоростью ?в = с, легко представить в виде произведения плотности потока излучения jв = ?Aв?с (Дж/м3) и его движущей силы Хв = - (Aв?), как это принято в термодинамике необратимых процессов [6]:
(vв)?в = ?Aв?vв(Aв?) = - jвХв (11)
Отсюда следует, что барионное вещество, взаимодействуя с темной материей, возбуждает в ней соответствующие его частотам бегущие волны. Модулированная таким образом гравитационная волна по достижении приемника излучения вновь преобразуется в исходную форму. Это и делает барионное вещество «видимым» (светлым). Так осуществляется, в частности, и перенос в пространстве электромагнитных колебаний в барионном веществе, несмотря на отсутствие в темной материи (впрочем, как и в эфире и фотонном газе) электрических и магнитных свойств [16].