Сілк Дж. "Великий вибух" (фрагменти з книги)

1. стр. 53 розбігання галактик
2. стр. 315 Альтернативи теорії Великого вибуху
3. Космологічні теорії, що враховують старіння світла
4. об'єкти Арпа
5. Теорія стаціонарного Всесвіту

[ повернутися до змісту сайту ]

стр. 53
розбігання галактик

Розвиток спектроскопії призвело до дивовижного відкриття - було виявлено, що Всесвіт не статична, а знаходиться в стані розширення. Революційне значення цього відкриття важко переоцінити. Навіть Ейнштейн в своїх перших роботах по теорії гравітації відкидав можливість розширення Всесвіту. Щоб зрозуміти, як був отриманий цей дивовижний результат, звернемося до методу, за допомогою якого можна вимірювати швидкість джерела світла. Швидкість світла кінцева, вона становить близько 300000 км / с і постійна в вакуумі. Світло, що випромінюється рухається зіркою, поширюється з тією ж швидкістю, що і світло від нерухомої зірки. Це властивість світла лягло в основу спеціальної теорії відносності, з якої випливає, що ніякої матеріальний об'єкт не може рухатися швидше за світло. Сталість швидкості світла астрономи безпосередньо виявляють, вивчаючи подвійні зірки, тобто пари зірок, що рухаються по близьких орбітах. У деяких подвійних системах через рівні інтервали часу одна зірка затуляє іншу - відбувається затемнення. Можна виміряти час початку затемнення, коли затьмарює зірка віддаляється від Землі, і час закінчення затемнення, коли зірка виходить з тіні свого компаньйона, рухаючись до Землі. Вимірюючи тривалість затемнення, ми можемо визначити, поширювався чи світло повільніше на початку затемнення, ніж в його кінці. Нічого подібного виявлено не було, початок і кінець затемнення абсолютно однакові за своєю тривалістю, звідки робиться висновок, що швидкість світла не залежить від руху випромінює зірки.

стр. 315
Альтернативи теорії Великого вибуху

Ми не припинимо наших досліджень.
Кінець нашим пошукам настане тоді,
Коли прийдемо до того, з чого почали,
І будемо знати, де це станеться з самого початку.

Т.С. Еліот

Теорія Великого вибуху не претендує на роль єдино можливого опису Всесвіту. Однак вона дійсно дає задовільну схему для пояснення багатьох речей, що спостерігають астрономи. На її основі робилися передбачення, які згодом підтверджувалися експериментами і спостереженнями. Сьогодні більшість космологів приймають космологічні теорію Великого вибуху в якості опису доступною нам Всесвіту аж до епохи ядерного синтезу, коли вік Всесвіту становив близько однієї хвилини.

Проте, коли мова йде про більш ранніх моментах існування Всесвіту, ця теорія виходить за межі області, доступною сучасній фізиці. Крім того, навіть найвідданіші прихильники цієї теорії не можуть сказати, що вона в змозі пояснити все, що нам необхідно знати про Всесвіт. Теорія Великого вибуху ще не дозволила три фундаментальних проблеми: що було до початкового моменту, як і природа сингулярності і яким чином формувалися галактики? Що стосується першої з цих проблем, то, як казав св. Августин, до "творіння" існував пекло для тих, хто задає такі делікатні питання. Сьогодні прийнято вважати, що сучасне розширення - це один з багатьох циклів, через які проходить закрита всесвіт. Якщо це так, то неминуче виникає інше питання: яким чином одна фаза стиснення переходить в наступну фазу розширення? Чому Всесвіт настільки изотропна і чи завжди вона була такою в минулому? Як виникли початкові флуктуації, з яких утворилися галактики, або такі флуктуації були присутні завжди? Щоб уникнути цих питань, які, ймовірно, неможливо розв'язати в рамках сучасної фізики, космологи намагалися знайти альтернативні опису Всесвіту. У цьому розділі ми зупинимося на деяких з теорій, відмінних від теорії Великого вибуху, спробуємо намітити шляхи вирішення що залишилися нерозв'язаними фундаментальних проблем.

Космологічні теорії, що враховують старіння світла

Модель Всесвіту як в наглядовій, так і в теоретичному аспекті, безсумнівно, стала найважливішим внеском двадцятого століття в космологію. Ця концепція послужила основою для багатьох інших важливих ідей і відкриттів. І все ж настирлива думка не дає спокою - НЕ йдемо ми по абсолютно хибним шляхом? Може бути, ми живемо в статичної Всесвіту?

В принципі червоне зміщення світла можна пояснити зовсім іншими причинами, ніж доплеровській зрушення, обумовлений розбіганням далеких галактик. Однією з причин могло б бути старіння світла: кванти світла могли втрачати енергію в просторі на шляху від далекої галактики. Зменшення енергії фотона призводить до збільшення довжини хвилі, тобто до почервоніння світла, яке пропорційно пройденій відстані. Розсіювання на межгалактической пилу теж могло б викликати почервоніння світла від далеких галактик. Однак в даний час ми вимірюємо червоні зсуви в широкому діапазоні довжин хвиль від оптичного (5000 Å) до радіовипромінювання (21 см). При цьому виявляється точна відповідність величин червоного зсуву в оптичному і радіодіапазоні. Частинки пилу, як правило, прозорі для радіохвиль, якщо тільки їх розміри не одного порядку з довжиною хвилі. Однак навряд чи можна очікувати, що в просторі міститься достатня кількість згустків міжгалактичної пилу, які могли б помітно розсіювати радіовипромінювання далеких галактик. Частинки пилу в міжгалактичному просторі самі по собі не могли б забезпечити спостережуваний ефект почервоніння. Крім того, розсіювання мало б приводити до розширення спектральних ліній, чого, однак, не спостерігається.

Хоча ми не маємо в своєму розпорядженні ні одним фактором, що говорить про те, що світло може втрачати енергію при русі в просторі, можна було б припустити, що в безмежному міжгалактичному просторі наші земні закони фізики виявляються абсолютно непридатними. Мабуть, нам залишається тільки шукати способи перевірки теорії старіння світла, яка передбачає абсолютно інші результати для різних космологічних тестів, про які йшла мова в попередньому розділі. Зокрема, згідно з цією теорією, потік енергії від далеких галактик мав би зменшуватися тільки на величину, пропорційну величині червоного зсуву. Темп приходу фотонів зменшився б на ту ж величину, оскільки всесвіт, в якій відбувається старіння світла, є статичною і темп випромінювання енергії в ній повинен збігатися з піднаглядним темпом приходу випромінювання. У стандартних моделях Великого вибуху враховується додаткове зменшення потоку енергії, пов'язане також з червоним зміщенням: розширення призводить до ефекту временн ó го запізнювання - в нашій системі відліку час тече повільніше, ніж в системі відліку, пов'язаної з далекої галактики, в результаті чого вимірюваний потік енергії зменшується. В принципі це пророкує відмінність можна використовувати в якості наглядової тесту, хоча подібного роду тести поки ще не можна вважати вирішальними.

На даному етапі космологічна теорія, що враховує старіння світла, мабуть, є досить надуманою і тому не заслуговує більш докладного обговорення. Однак, ймовірно, передчасно стверджувати, що космологічні тести, що обговорювалися в гл. 17, або будь-які інші астрономічні спостереження дозволяють нам в даний час повністю виключити цю теорію як альтернативу теорії Великого вибуху.

об'єкти Арпа

Космологічні теорії, що включають старіння світла, не можна вважати задовільними з тієї причини, що вони залучають до розгляду новий закон фізики; однак можна назвати інші спроби обійтися без моделі розширення Всесвіту, які грунтуються на спостереженнях. Американський астроном Хелтон Арп, що спеціалізується на отриманні високоякісних фотографій незвичайних галактик і квазарів за допомогою 200-дюймового телескопа обсерваторії Маунт-Паломар, запропонував феноменологическое пояснення походження великих космологічних червоних зміщень. Він виявив ряд систем, пов'язаних ледве помітними туманними струменями з об'єктами, що мають зовсім інше червоне зміщення. Арп представив ці об'єкти як доказ того, що червоне зміщення, принаймні його значна частина, обумовлено внутрішньою структурою досліджуваних об'єктів, а не відстанню до них.

Однак більшості астрономів арповскіе пекулярні об'єкти і асоціації здалися непереконливими, оскільки Арп не мав даними, за якими можна було б судити про статистичної надійності його досліджень. Наскільки ретельно необхідно проводити спостереження, перш ніж робити якісь незвичайні висновки? Навіть в цих, очевидно неординарних, прикладах ми не можемо з певністю сказати, чи представляє собою спостерігається слабка туманність дуже протяжний об'єкт, що оточує один з об'єктів, і ми просто бачимо її в проекції на інший об'єкт або ж між об'єктами з сильно розрізняються червоними зсувами дійсно існує якась унікальна зв'язок. При поверхневому вивченні фотографій далеких галактик часто виявляють дуже яскраві зірки в нашому власному Чумацькому Шляху, які видно в проекції на фонову галактику. Навіть якби ми бачили цю зірку на самому гребені спірального рукава в далекій галактиці, ніхто не став би стверджувати, що зірка була недавно викинута з цієї далекої галактики. Відомо, що подібне накладення проекцій іноді трапляється. З аналогічних причин переважна більшість астрономів скептично ставляться до інтерпретацій Арпа його фотографій. З виведенням на орбіту великого космічного телескопа, можливо, вдасться отримати спектри, які допоможуть вирішити цю проблему. Якщо при вимірах буде отримано, що червоні зсуви безперервним чином змінюються вздовж газового струменя, що простягнулася від галактики з малим червоним зміщенням до квазара з великим червоним зміщенням, то інтерпретацію Арпа доведеться визнати вірною.

Теорія стаціонарного Всесвіту

Раніше ми вже називали основну причину появи моделі стаціонарної всесвіту - це спроба уникнути можливих труднощів з тимчасовими масштабами. Найпривабливіша риса такої всесвіту - нескінченна тривалість часу. Навіть уявлення про народження пар частинок було розцінено як перевага цієї моделі: безуспішність спроб виявити інтенсивний потік гамма-випромінювання (який слід було очікувати при випадковій анігіляції новонароджених частинок) пропонувалося пояснювати тим, що народження частинок відбувається переважно тільки в щільних ядрах галактик і в квазарах . Ця пропозиція спочатку була зустрінута з ентузіазмом, оскільки здавалося, що воно вирішує відразу дві проблеми: воскрешає ідею безперервного народження речовини і пояснює природу джерел енергії найактивніших об'єктів у Всесвіті. Однак три недоліки моделі стаціонарної всесвіту врешті-решт привели до відмови від неї. По-перше, астрономи виявили, що число слабких радіоджерел істотно зростає в залежності від граничного рівня потоку випромінювання. Отримане з спостережень число джерел виявилося значно вище, ніж можна було очікувати в разі їх рівномірного розподілу в евклідовому просторі, а це вказувало на існування сильних еволюційних ефектів на великих відстанях. Подання про надмірне числі далеких слабких джерел було прийнято не всіма. Протягом ряду років Фред Хойл стверджував, що з таким самим успіхом можна дотримуватися гіпотези про дефіцит найближчих яскравих джерел. Однак в даний час здається очевидним, що джерела з великими червоними зсувами, перш за все квазари, виявляють сильні еволюційні ефекти. У рівних обсягах простору міститься тим більше квазарів, чим більше вони віддалені. Уникнути цього висновку можна, лише ставлячи під сумнів інтерпретацію червоних зсувів квазарів як індикаторів космологічних відстаней. Однак з відкриттям все нових червоних змішень ліній поглинання в випромінюванні квазарів ця точка зору ставала все більш вразливою. По-друге, тест червоне зміщення - видима зоряна величина, мабуть, показав повну нежиттєздатність стаціонарної моделі. І нарешті, відкриття космічного мікрохвильового фонового випромінювання і теплової характер його спектра з'явилися переконливим аргументом на користь існування початкової гарячої та щільної фази Всесвіту. Космологи, які не приймали теорію Великого вибуху, не змогли запропонувати розумної альтернативної інтерпретації фонового випромінювання.

Дата установки: 04.08.2014
[ повернутися до змісту сайту ]