Скрытая масса и поиск внеземных цивилизаций.

        Аннотация
Предлагаются два новых направления астрофизических исследований и поиска внеземных цивилизаций: зеркальный мир и многосвязная Вселенная с туннелями.
1. Введение
Подходит к концу XX век. Поиск внеземных цивилизаций (ВЦ) пока не дал положительных результатов, а достижения астрономии приблизили понимание 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 XX 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 ненулевая 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).
2. ВЦ в зеркальном мире
Современная физика элементарных частиц принимает в качестве фундамента симметрию между правым и левым (Exact Parity Model). Согласно ЕРМ, каждая частица имеет зеркальный аналог (Lee k Yang, 1956; Salam, 1957; Кобзарев и др., 1966; Carlson к Glashow, 1987; Green at al., 1989; Хлопов и др., 1991; Berezhiani et al., 1996; Khlopov, 1999)1. 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 (МАСНО) можно объяснить гравитационным линзированием отдельными зеркальными звездами (Foot, 1999; Mohapaatraa к Teplitz, 1999). Гипотеза 4-го стерильного нейтрино может быть заменена гипотезой наличия зеркальных нейтрино (Silagadze, 1995; Foot к Volkas, 1995; Berezhiani к 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)
3. 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 к 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 & Thome, 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).
С точки зрения внешнего наблюдателя горловина туннеля является гравитирующим объектом, сходным с черной дырой, но не обладает горизонтом событий. Вероятно, наиболее стабильной конструкцией будут два туннеля с двумя горловинами, которые обеспечивают перемещение в прямом и обратном направлении. Система из двух горловин 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. При этом закон сохранения энергии требует для длительного функционирования тоннелей, чтобы количество перетекающей материи в одном направлении было бы в среднем равно количеству материи, перетекающей в другом направлении.
Учитывая большую величину приливной силы при приближении к горловине туннеля, можно сделать вывод, что для прохождения туннелей телами нашей Вселенной, необходимы горловины с массами порядка сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Действительно, приливное ускорение а = GMdR-3, M — гравитирующая масса, d — размер тела, приближающегося к этой массе на расстояние R.
Для d ~ 180 см, R ~ Rg = 2GMc-2 и а < g—ускорение силы тяжести на Земле, найдем М ? 105Мо. Для передачи и приема информации вероятно можно использовать горловины много меньшей массы, вплоть до минимально возможных ~ 1015 г, если для них, также, как и для черных дыр, существует процесс излучения Хокинга.
Туннели являются топологическими структурами, возможно сохранившимися с момента образования нашей Вселенной, и проявляются для внешнего наблюдателя гравитацией, подобно первичным черным дырам различной массы.
Двойная система состоящая из одинаковых масс т, движущихся по круговой орбите около центра тяжести на расстоянии г друг от друга, теряет энергию на излучение гравитационных волн (Ландау и Лифшиц, 1960). а = r/(2Gmc-2) — взаимное расстояние по отношению к гравитационному радиусу, р = 2?r15/(2Gm)0/5 — период обращения, t = 5Gma4/(32c3) — время полной потери энергии. Допустим, что горловина туннеля также, как черные дыры, излучает благодаря процессу Хокинга. Тогда характерная температура излучения ТН = hc3/(8?kGm).
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 nc(2m/M0)13 в предположении, что средняя плотность скрытого вещества обусловлена этими системами и порядка средней плотности звезд около Солнца.
Наконец, очень интересно исследовать космологические модели нашей Вселенной при наличии туннелей Большое количество туннелей и эквивалентная масса их горловин 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.
Как уже отмечалось, перетекание не должно изменять локальную плотность энергии Вселенной, но может изменяться ее локальная структура и даже локальное уравнение состояния вещества. 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 (ТН = 2.7 К, т.е. температура реликтового фона) и массы 105Мо для путешествий
4. Возможные направления исследований
Нам представляется весьма важным аксиоматически принимаемое предположение о существовании в Большой Вселенной цивилизаций любого уровня и любой длительности развития.
В заключение 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 тщательней 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.

Автор : Н.С. Кардашев .