Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной




Скачать 147.21 Kb.
Название Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной
Дата публикации 31.05.2016
Размер 147.21 Kb.
Тип Документы
edushk.ru > Астрономия > Документы
ПОСТОЯННАЯ ХАББЛА И ЭВОЛЮЦИЯ СТАЦИОНАРНОЙ ВСЕЛЕННОЙ

© 2005 г. Г. Г. Дмитренко

Dmitrenko@front.ru
Рассмотрен физический смысл параметра Хаббла и вытекающие из него следствия. Показано, что эволюция Вселенной может быть описана в рамках стационарной модели, если параметр Хаббла преобразовать в ускорение процесса расширения видимой части Вселенной, а гравитационную постоянную интерпретировать как ускорение процесса увеличения удельного объема пространства Вселенной с момента разделения первичной (и неизвестной нам) формы существования материи на вещество и пространство. Соответственно, формула Хаббла будет определять не скорость удаления объекта от наблюдателя, а разницу в скоростях распространения электромагнитных волн между современной эпохой и тем временем, когда измеряемое нами излучение покинуло тот или иной объект.

В 1929 году американский адвокат и выдающийся астроном Эдвин Хаббл выдвинул предположение о том, что звезды, находящиеся за пределами нашей галактики, удаляются от нас с огромной скоростью. Это предположение было основано на многочисленных измерениях величин красного смещения в спектрах далеких от нашей галактики цефеид и представлениях Христиана Допплера о непосредственной связи изменения длин световых волн со скоростью и вектором движения источника излучения. Обнаружив, что смещение спектральных линий одних тех же элементов в спектрах внегалактических объектов в красную сторону пропорционально расстоянию до этих объектов, Хаббл заключил, что чем дальше находится источник излучения, тем больше скорость его удаления, равно как и скорость удаления Земли от наблюдаемого нами объекта. Так возникло представление о расширяющейся Вселенной, согласно которому несколько миллиардов лет назад в результате так называемого большого взрыва (по образному определению причины расширения одним из критиков данной гипотезы Фреда Хойла, и автору этой примитивной модели устройства Вселенной американскому гражданину русского происхождения Георгию Гамову) в какие-то доли секунды в неизвестной точке не существовавшего еще пространства и неизвестно из чего образовалось все вещество Вселенной. Оценкой скорости расширения Вселенной является постоянная Хаббла, определяющая степень приращения скорости удаления космических объектов друг от друга с увеличением расстояния между ними.

В настоящей работе показано, что постоянная Хаббла, если придать ей обычную для физических величин размерность, работает не только за пределами нашей галактики, но и внутри последней. Однако никакого расширения Вселенной при этом не происходит.
Формула Хаббла для расширяющейся Вселенной проста:




(1)


где ^ V – скорость удаления от наблюдателя того или иного космического объекта (равно как и наблюдателя от того же объекта) в км/с, r расстояние до объекта, измеряемое в мегапарсеках, – постоянная Хаббла, имеющая размерность (км/с)/Мпк. Принято, что мегапарсек равен 3,26 миллионам световых лет, а световой год – 3,1536 · 107 секундам и соответствует расстоянию, которое проходит свет за один год. Точное численное значение постоянной Хаббла, из-за отсутствия возможности непосредственного измерения расстояний между космическими объектами, трудно поддается расчету и постоянно уточняется. По последним данным, полученным с орбитального телескопа Хаббл, численное значение этого параметра составляет примерно 70 (км/с)/Мпк, хотя в разных источниках приводятся различные величины данного параметра – от 50 до 100 (км/с)/Мпк. В 2007 году планируется запуск космического телескопа нового поколения Планк, что позволит измерить параметр Хаббла, по замыслу авторов этого проекта, с точностью около ± 5 (км/с)/Мпк.
Физический смысл постоянной Хаббла можно интерпретировать по разному. Если мегапарсек в размерности этого параметра перевести в километры пройденного светом пути, как это практикуется во всех учебных пособиях и специальной литературе, то будет означать возраст Вселенной. Если же мегапарсек представить в секундах, что не противоречит заложенной в нем размерности исчисления времени, то получим ускорение:

с которым должна расширяться наша Вселенная. Последний вариант интерпретации физического смысла постоянной Хаббла почему-то замалчивался в литературе на протяжении многих лет – со времени появления данного понятия. Считалось, что расширение Вселенной происходит с постоянной скоростью. И только в 1998 году, когда были получены новые данные по некоторым наиболее отдаленным от нас квазарам, научная общественность признала, что Вселенная обладает определенными признаками ускоренного расширения пространства.
Допустим, что наша Вселенная действительно расширяется с некоторым ускорением. Тогда, зная скорость расширения пространства в настоящее время, можно оценить возраст Вселенной. Если учесть, что пространство обладает свойством электромагнитного поля, лучевая скорость распространения которого в настоящее время равна скорости света , то возраст Вселенной составит:

что идентично обратной величине параметра Хаббла, если мегапарсек времени пересчитать в километры пройденного светом пути при существующей его скорости. Такой, на первый взгляд, парадокс объясняется тем, что в последнем случае радиус видимой части Вселенной R, выраженный в абсолютных величинах, оказывается в два раза большим по сравнению с тем расчетом, который предполагает ускоренное прохождение светового сигнала:

а) при ускоренном прохождении светового сигнала R = ½g(H) · t2 = 6,5999 · 1022 км;

б) при постоянстве скорости света R = с · t = 13,1989 · 1022 км.

Таким образом, мы невольно приходим к выводу о том, что скорость света не является конечной скоростью распространения электромагнитных волн, а постоянно увеличивается с ускорением g(H) = 6,80885 · 10–8 см/с2. Так, с каждым столетием скорость света увеличивается на 2,147 м/с и через 9 665 529 лет она достигнет величины 300 000 км/с, что может явиться веским аргументом для того, что бы "ЮНЕСКО" объявила этот год "годом Света".
Далее следует определиться с понятием "расширение Вселенной", поскольку в современной литературе нет однозначного определения последнему. С точки зрения гипотезы большого взрыва оно трактуется как раздвижение вещества или разбегание галактик (по образному описанию этого процесса космологами) с определенной скоростью на увеличивающейся в диаметре сфере пространства, в центре которой произошел большой взрыв. В итоге остается лишь догадываться, о какой скорости расширения Вселенной идет речь при каждом употреблении этого термина – о скорости раздвижения вещества на расширяющейся после взрыва сфере пространства, где якобы сосредоточено все вещество Вселенной, или о скорости приращения радиуса этой сферы от неизвестно где расположенной точки взрыва, которая рассматривается современной теорией как центр тяжести Вселенной?

Очевидно, что формула Хаббла работает в трехмерном пространстве, так как эффект от явления красного смещения одинаков во всех направлениях звездного неба. Однако интерпретация закона в современной литературе оказывается совсем другой – увеличение скорости раздвижения вещества пропорционально увеличению расстояния между объектами рассматривается лишь как результат расширения воображаемой сферы пространства, что ограничивает наши представления об окружающем мире двумерным образом. При этом никто и никогда не объяснил, что же должно находиться вне и внутри этой сферы, согласно данной теории, и каков радиус этой сферы. Самым неудачным следствием гипотезы большого взрыва является необходимость признания факта существования во Вселенной центра тяжести, от которого зависит наше будущее: если плотность Вселенной превышает некий критический предел (порядка 10–29 г/см3), то расширение пространства должно смениться его сжатием, если же этот предел не достигнут, расширение будет происходить бесконечно долго. Налицо очевидный парадокс – закон Хаббла справедлив для любой произвольно выбранной точки пространства, а центром расширения этого пространства (по крайне мере той его части, которая доступна наблюдению) является одна-единственная и неизвестно где расположенная точка первоначального взрыва.
Мне больше импонирует представление о бесконечном строении Вселенной и относительно равномерном (или не очень) распределении вещества в пространстве, когда расширяться этому пространству некуда и незачем. Понятно, что в этой модели центр тяжести Вселенной отсутствует. В этой же модели закон Хаббла работает в любом направлении, если постоянную Хаббла понимать как ускорение процесса распространения света или лучевой скорости расширения видимой части Вселенной, т.е. радиуса доступной для обозрения части Вселенной относительно произвольно выбранной точки пространства.

В результате рассчитанный выше возраст Вселенной знаменует собой не возникновение вещества из ничего с последующим раздвижением этого вещества на некой расширяющейся шарообразной сфере пространства относительно неизвестно где расположенной точки большого взрыва, а акт разделения первичной (доисторической и недоступной для созерцания) материи на вещество и пространство с одновременным приобретением веществом свойства гравитации, а пространством – свойства электромагнитного поля. Возраст Вселенной – это радиус того объема пространства, который доступен наблюдению из любой точки Вселенной. Но далее 14 миллиардов световых лет мы ничего не увидим: за этим горизонтом находится наше недосягаемое прошлое – первичная материя. Однако это вовсе не означает, что в настоящее время эта материя там присутствует. В настоящее время мир за этим горизонтом выглядит точно так же, как и вокруг нас, но мы узнаем об этом лишь через несколько миллиардов лет, когда расширится горизонт видимой части Вселенной и свет от ее окраин достигнет Земли.
Очевидно, что при ускоренном распространении электромагнитных волн в пространстве, скорость отрыва световых сигналов от наблюдаемых нами космических объектов должна уменьшаться пропорционально степени удаленности этих объектов от Земли. Соответственно, время прохождения светового сигнала от наблюдаемого нами космического объекта до Земли определяется выражением:




(2)


где – стартовая скорость света на момент отрыва светового сигнала от того или иного объекта. Отсюда формула Хаббла (1) для стационарной модели Вселенной должна выглядеть следующим образом:




(3)


определяя не скорость удаления объекта от наблюдателя, а разницу в скоростях распространения электромагнитных волн между современной эпохой и тем временем, когда измеряемое нами излучение покинуло тот или иной объект. При такой интерпретации закона, постоянная Хаббла (с изначально принятой размерностью) становится показателем степени приращения скорости распространения электромагнитных волн в пространстве относительно того или иного космического объекта, расположенного на расстоянии r от нашей Земли.
Далее обратимся к гравитационной постоянной G = 6,6726·10–8 см3/(г·с2). Соизмеримость ее численного значения с постоянной Хаббла (в форме увеличения скорости света) наводит на вполне определенные размышления. Если это совпадение неслучайно, то оба параметра имеют одну и ту же природу. Физический смысл постоянной Хаббла понятен. Что касается гравитационной постоянной, то ее принято рассматривать изначально как некий коэффициент пропорциональности в эмпирически установленном законе природы, и не более того. Попробуем придать этому коэффициенту конкретный физический смысл. В продолжение высказанного выше предположения о разделении несколько миллиардов лет назад первичной материи на вещество и пространство допустим, что гравитационная постоянная, учитывая ее размерность, соответствует, с одной стороны, ускорению процесса приращения удельного объема пространства в истории Вселенной, а с другой, – ускорению процесса сокращения удельного объема находящегося в этом пространстве вещества. Понятно, что под "веществом" следует понимать не окружающие нас предметы или космические объекты как таковые, а те элементарные частицы, из которых они сложены, т.е. атомы. Последний аспект проблемы является предметом специальных исследований и здесь не рассматривается.
Исторически сложилось так, что закон Ньютона для отдельно взятого тела интерпретируется как закон, который определяет лишь поведение материальной точки за пределами этого тела – он определяет величину ускорения силы тяжести в данной точке в зависимости от массы тела m и расстояния R до его центра тяжести. В таком прочтении закона физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она является ускорением процесса сокращения удельного объема пространства (внутри описанной через данную точку сферы) с учетом массы находящегося в этом объеме вещества. Величина ускорения g, зависящая от отношения m/R2, в этом случае будет расти пропорционально уменьшению радиуса воображаемой сферы, поскольку масса системы остается неизменной.

В условиях пространства (вакуума) центра тяжести нет. Поэтому для прочтения закона Ньютона применительно к вакууму в качестве точки отсчета можно выбрать любую точку в пространстве и представить себе, что она является источником электромагнитного излучения. Расходящиеся от нее электромагнитные волны в виде воображаемых сфер будут увеличивать радиус видимого объема пространства. Очевидно, что для определения степени приращения лучевой скорости расширения видимой части пространства, необходимо знать численное значение отношения массы к квадрату радиуса этого объема, которое должно оставаться постоянным на протяжении всего процесса, т.е. численное значение параметра m/R2 в формуле Ньютона. Понятно, что только при m/R2 = const увеличение лучевой скорости приращения объема пространства на воображаемой поверхности его сферы всегда будет оставаться постоянным. При этом, чем дальше уйдет световой сигнал от точки его излучения, тем больше увеличится удельный объем пространства (от исходной величины) внутри воображаемой сферы. Таким образом, величина ускорения процесса распространения света определяется только свойством пространства – константой m/R2. Параметр Хаббла дает следующую величину этой константы:

Теперь возникает заманчивое предложение – почему бы ни допустить, что у пространства нашей Вселенной m/R2 = 1 г/см2, если точное значение параметра Хаббла неизвестно? В этом случае процесс распространения света в пространстве должен обладать ускорением g = 6,6726·10–8 см/с2, а численное значение постоянной Хаббла H0 = 68,599 (км/с)/Мпк, что соизмеримо с последними оценками этого параметра. Соответственно, возраст Вселенной составит 14 246 855 021 лет.
Если "расширение" Вселенной реализуется путем увеличения радиуса видимой ее части и удельного объема пространства, что тождественно уменьшению его плотности, то никакого раздвижения вещества в этом пространстве не происходит, и нет никакой необходимости привлекать гипотезу о некогда произошедшем взрыве – его просто не было. В противном случае мы бы не наблюдали такое распространенное в далеком космосе явление, как столкновение (или слияние) галактик. Кроме того, участие вещества в процессе расширения (при условии возникновения этого расширения в результате первоначального взрыва) предполагает признание факта удаления от нас галактик, расположенных на окраинах видимой части Вселенной, со скоростью света, что противоречит здравому смыслу. По-моему, следует признать, что наблюдаемая нами Вселенная, включая вещество и пространство, вовсе не расширяется – увеличивается лишь удельный объем пространства и радиус видимой части Вселенной, а плотность пространства – уменьшается. При этом плотность энергии вакуума (пространства) остается постоянной и не зависит ни от возраста Вселенной, ни от скорости света:

В настоящее время радиус видимой части Вселенной из любой ее точки составляет (при m/R2 = 1 г/см2):

или 4370,216 Мпк в новом его исчислении, т.е. с учетом ускоренного распространения света, а удельный объем вакуума:

Соответственно, плотность вакуума будет равна обратной величине удельного объема – а плотность энергии вакуума –
Если наши предположения о распространении света с некоторым ускорением соответствуют действительности, то реальные параметры светового года, как единицы измерения расстояний (в обычных для физических величин размерностях) до наблюдаемых нами космических объектов, будут уменьшаться пропорционально степени отдаленности последних от наблюдателя. Поэтому рассчитанный выше радиус видимой части Вселенной оказывается в два раза меньше, чем при условии, когда скорость света является постоянной величиной. В результате следует признать, что мы наблюдаем гораздо меньший объем окружающего нас пространства, чем это считалось ранее. Более того, нам пока не известна величина исходного удельного объема пространства, с которого начался процесс его увеличения и, соответственно, – первоначальная скорость распространения электромагнитных волн. Следовательно, обозреваемая нами Вселенная оказывается еще более ограниченной в пространстве. Может быть, поэтому наши приборы способны регистрировать находящиеся на окраинах видимой части Вселенной объекты?
Теперь вернемся к явлению красного смещения спектральных линий всех элементов в спектрах далеких звезд, которое было воспринято Эдвином Хабблом как результат расширения Вселенной.

Действительно, в пределах нашей галактики по величине и направлению смещения спектральных линий отдельных элементов в спектрах различных объектов удается определять их относительную скорость движения и моделировать структуру всей галактики в целом. Более того, эффект Допплера позволяет достаточно надежно оценивать скорости вращения Солнца, ближайших к нам звезд и целых галактик. Однако на очень больших расстояниях в смещении спектральных линий доминирует вторая составляющая данного эффекта – увеличение длин волн от далеких источников их излучения по мере приближения этого излучения к Земле в связи с космологическим увеличением скорости света. Соответственно, следует признать, что частоты доходящих до нас электромагнитных волн, которые идентифицируются по лабораторным, т.е. современным, аналогам, – меньше частот последних и эта разница тем больше, чем дальше от нас находится источник излучения. Иными словами, частоты колебаний всех элементов в далеком прошлом были меньше частот колебаний тех же элементов в настоящее время. Следовательно, частота электромагнитного излучения, как и скорость его распространения, является функцией времени, равно как и возраста пространства.

Соотношения между частотами и скоростями распространения электромагнитных волн в разных исторических эпохах существования Вселенной в зависимости от абсолютных (∆λ) или относительных (z = ∆λ/λ) величин красного смещения могут быть получены исходя из следующих соображений.
Электромагнитное излучение от далекого космического объекта с частотой



(4)


воспринимается нами с большей длиной волны и современной скоростью света:




(5)


У современного аналога источника излучения частота колебаний составляет:




(6)


Объединив выражения (4) и (5), получим скорость отрыва излучения от наблюдаемого объекта:




(7)


а при объединении выражений (5) и (6) получим частоту этого излучения:








Далее, если в преобразованной формуле Хаббла (3) c0 заменить выражением (7), то получим соотношение








позволяющее рассчитывать расстояние rМпк) до наблюдаемого нами объекта по величине красного смещения ∆λ или z:








Например, наиболее отдаленные от нас квазары с красным смещением z = 6,56 должны находиться на расстоянии 3792,146 Мпк от Земли, а стартовая скорость отрыва света от них должна составлять 39655,047 км/с.
В свете изложенного, реликтовое излучение, интенсивность которого одинакова во всех направлениях звездного неба и факт обнаружения которого считается главным аргументом в пользу гипотезы о некогда произошедшем большом взрыве, можно рассматривать как результирующий эффект от излучения газообразной оболочки примитивного вещества, по-видимому, того же водорода, примыкающей к краю видимой части Вселенной, где скорость света составляет порядка 97 км/с, а возраст Вселенной – около 4,6 миллионов лет. Эти оценки соответствуют 2 мм длин волн фонового излучения при условии, что источником данного излучения является водород. Очевидно, что со временем длина волн фонового излучения будет расти пропорционально увеличению скорости света и радиуса видимой части Вселенной. Таким образом, "шелест" реликтового излучения, по очень удачному определению этого явления американским астрономом Стивеном Мараном, отражает завершающую стадию формирования вещества на окраинах расширяющегося объема видимой части Вселенной, где это вещество по неизвестным нам причинам начинает взаимодействовать с пространством, и результат этого взаимодействия мы обнаруживаем в настоящее время.
Что касается размера исходного удельного объема пространства (равно как и плотности вакуума), с которого начался процесс его расширения, и каков механизм формирования вещества, то ответы на эти вопросы следует искать, по-видимому, в наиболее удаленных от нас квазарах, – с максимальными величинами красного смещения. Не исключено, что исходный удельный объем пространства связан с реликтовым излучением, длина волн которого, если рассматривать ее как величину красного смещения характеристических линий водорода, определяет первоначальную скорость света и, соответственно, – исходную плотность вакуума. С этих позиций определенный интерес представляет установленное недавно явление анизотропии реликтового излучения, свидетельствующее, по-видимому, о существовании в "доисторическую" эпоху Вселенной бесконечного количества доменов, расширение удельного объема пространства в которых начиналось с различными скоростями распространения электромагнитных волн.
Вполне очевидно, что изложенные выше представления о природе окружающего нас мира являются гипотезой, основанной на предположении об ускоренном характере распространения электромагнитного излучения в пространстве. Однако эти представления снимают известные трудности, связанные с интерпретацией величин красного смещения спектральных линий отдельных элементов в спектрах очень далеких от нас объектов, превышающих длины волн их современных аналогов, и не требуют привлечения для объяснения природы этого явления довольно громоздкого математического аппарата ОТО, в котором теряется не только физический, но и здравый смысл. По этим же представлениям мы избавляемся от не очень приятного ощущения, что наша Вселенная подобна тонкой оболочке воздушного шара, который постоянно расширяется по мере снижения давления в окружающем его пространстве, а мы все летим неизвестно куда с огромной скоростью от некой точки первоначального взрыва.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon 1. Общие представления о Вселенной
Вселенной. Космос (от греч. Hosmos-мир) – термин, возникший в древнегреческой философии для обозначения мира как структурно организованного...
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Эволюция планеты Земля
Немецкий философ Эммануил Кассет в 1755 г высказал идею происхождения Вселенной из первичной материи, состоящей из мельчайших частиц....
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Если верить прогнозам философов, то XXI век станет эпохой выхода...
Именно во Вселенной ученые ищут неизвестные пока формы материи, именно в космосе видится разгадка происхождения жизни. Но много ли...
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon 3. 2 Альтернативная модель Александра Софьина. Космологические модели Вселенной
Поскольку гравитационные взаимодействия являются доминирующими на мега-уровне организации материи, космологические модели Вселенной...
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Контрольная работа по курсу «Концепции современного естествознания»
Эволюция Вселенной. Контрольная работа по курсу «Концепции современного естествознания»
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Проверочная работа «строение и эволюция вселенной» Вариант №1. Используя...
Используя таблицу II на странице 156 учебника, выразите среднее расстояние от Сатурна до Солнца в млн км
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Книга Глава Эволюция Земли. Эволюция человека. Версии истории человечества....
Говоря об эволюции человечества никак нельзя обойти два фактора, определяющих изучение его предыстории и истории, это археология...
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Советы по организации правильного питания
Для того чтобы мозг справлялся с таким объемом работы, ему нужна постоянная подпитка, которую организм берет из углеводов. А еще...
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Закон постоянства состава. Закон сохранения массы веществ. Закон...
Аму. Вещество. Химический элемент. Моль. Молярная масса. Постоянная Авогадро. Изотопы
Постоянная хаббла и эволюция стационарной вселенной icon Задача неуничтожимости цивилизации в катастрофически нестабильной...
Задача неуничтожимости цивилизации в катастрофически нестабильной вселенной и пути ее решения для Человечества. Дискуссии
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
edushk.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов