Preprint (12.10.2002)
Date: Sat, 12 Oct 2002 12:45:18 GMT
From: redshift0@narod.ru (Alex Chepick)
Organization:
Newsgroups: sci.physics, sci.astro,
alt.sci.physics.new-theories
Key words: Cosmology
- - - - - - - -
данных в работе
Д.Ю. Климушкина, С.В. Граблевского
«КОСМОЛОГИЯ»
Чепик А.М., Нижний Новгород
12.10.2002
Критика
определений “время”, “расстояние”, “скорость”, “масштабный фактор” и других,
данных в указанной работе, основана на факте существования пекулярного
движения галактик в пространстве. Показано, что свойства расширяющегося
пространства при использовании указанных определений не могут быть описаны ОТО.
Сделана попытка обобщения этого вывода
В работе [1], как и во многих основополагающих работах по проблемам космологии, приводятся определения, которые должны прояснить понятие расширения Вселенной как расширения пространства. Для этого в §2.6 «Система отсчета, используемая в космологии» даны определения понятий “время”, “расстояние”, “космическая система координат”, “скорость”, “масштабный фактор”, и другие.
Критика этих
определений основана на факте существования пекулярного движения галактик в
пространстве.
1.1.
Время
«…Представим себе, что каждая галактика снабжена часами, показывающими время, прошедшее с момента Большого взрыва. … Время, определяемое таким способом, назовем космическим временем…»[1, §2.6.]
Уже в этом определении есть 2 допущения: что Большой взрыв существовал, и что время для всех этих часов текло одинаково. Доказательства первого допущения не существует. (Замечательна сама логика - для доказательства существования Большого взрыва использовано предположение о его существовании!) Второе допущение вовсе неверно, так как каждого объекта время течет по-разному, ведь каждая галактика имеет свою массу и своё пекулярное движение.
1.2.
Расстояние
«…Понятие расстояния вводится в космологии следующим образом. Предположим, что каждая галактика снабжена достаточно длинным измерительным стержнем, чтобы достать до своей ближайшей соседки. Мысленно протянув эту линейку к соседней галактике, мы измерим расстояние до нее. Рассмотрим, далее, прямолинейную цепочку галактик А1, А2, ..., АN. Для того, чтобы измерить расстояние от А1 до АN, поступим следующим образом: в один и тот же момент космического времени протянем измерительный стержень от каждой галактики до ее ближайшей соседки и сложим получившиеся расстояния, это и будет искомое расстояние |А1АN|. Именно эта мысленная процедура имеется в виду, когда мы говорим “от нас до галактики такой-то расстояние равно тому-то”…» [1, §2.6.]
Предположение о возможности существовании длинного измерительного стержня, достающего до ближайшей галактики, - абсолютно идеалистическое; да и галактика не является точкой или твердым неподвижным телом, чтобы от нее можно было что-то отмерять; существование цепочки ближайших галактик, составляющих в пространстве прямую линию, - маловероятно. К тому же сама прямолинейность зависит от искривленности пространства в месте измерения. По этой причине и по причине пекулярного движения каждой галактики (вследствие чего расстояния, измеренные от одной галактики, могут не совпадать с расстояниями, измеренными от другой галактики, даже если это одно и то же расстояние – между ними) сумма расстояний в построенной цепочке галактик не будет равна расстоянию между крайними в цепочке галактиками. Суммирования расстояний можно избежать, расширив предположение об измерительном стержне, как о достающем до любой галактики А2, но как быть с возможным неравенством расстояний |А1А2| и |А2А1|, измеренных в собственных системах отсчёта этих галактик. Всё-таки сначала необходимо определить систему отсчета, в которой производятся измерения.
1.3.
Скорость
«…Определив понятия расстояния и времени, нетрудно дать и понятие скорости: под скоростью в космологии, как и вообще в физике, подразумевается приращение расстояния между объектами (в данном случае, галактиками) за единичное время. В этом определении нет ничего необычного, только надо помнить, что расстояние и время определены с помощью тех мысленных процедур, что были описаны выше. Заметим, что в закон Хаббла v=Hr входят скорость и расстояние, определенные именно так, как это было описано выше. Если эти понятия определять как-то иначе, то v и r, вообще говоря, могут не быть пропорциональными друг другу...» [1, §2.6.]
По вышеуказанным причинам относительная скорость двух объектов также не может быть однозначно вычислена. Можно лишь посочувствовать закону Хаббла, так он выполняется только для «… скорости и расстояния, определённых именно так, как это было описано выше…».
1.4.
Космологический принцип однородности и изотропии
«…Современная космологическая теория
базируется на следующем основном положении, называемом космологическим
принципом: каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от
места и направления наблюдения обнаруживает во Вселенной одну и ту же картину.
Независимость от места наблюдений, т.е. равноправие всех точек пространства,
носит название однородности, независимость от направления, т.е. отсутствие
выделенного направления в пространстве — изотропии Вселенной. Отсутствие
изотропии называется анизотропией.
… Этот принцип выполняется лишь приближенно. Действительно, галактики, звезды, планеты, наконец, живые существа являются отклонениями от однородности Вселенной, поскольку их существование означает, что физические условия в разных точках различны. Однако отклонения от однородности и изотропии не очень важны, если мы перейдем к очень большим масштабам, превышающим примерно несколько сотен миллионов световых лет. Если мы возьмем куб с ребром такого размера, то число звезд и галактик внутри него окажется примерно одинаковым, в какую бы часть Вселенной мы этот куб не поместили. В видимой части Вселенной может поместиться несколько тысяч таких кубов. Это значит, что в больших масштабах Вселенная однородна и изотропна, в согласии с космологическим принципом. …» [1, §2.2.]
«… Из космологического принципа следует, что тогда, когда все эти часы показывают одно и то же время, материя распределена равномерно…» [1, §2.6.]
Космологический принцип также является всего лишь весьма спорным предположением, так как на сегодняшний день твёрдо установлено, что в каждом видимом нами объёме Вселенной, взятом в виде куба с ребром до 500 Мегапарсек, материя распределена крайне неравномерно. Для объёмов больших размеров результаты пока не получены из-за недостаточной точности шкалы расстояний.
Утверждение о примерно одинаковом числе звезд и галактик внутри такого объёма явно недостаточно для доказательства однородности, важно знать ещё и распределение этих галактик по объёму.
1.5.
Пекулярные движения галактик
«…Как и космологический принцип, закон Хаббла выполняется приближенно. Отклонения от закона Хаббла называются пекулярными движениями галактик. Эти отклонения связаны с отклонениями Вселенной от однородности и изотропии, обусловленные существованием групп, скоплений и сверхскоплений галактик. Например, галактики, входящие в состав одной и той же гравитационно-связанной системы (группы или скопления) не разбегаются друг от друга, их относительные скорости направлены хаотично, наподобие скоростям молекул в сосуде с газом (разумеется, расстояния внутри галактик также не зависят от космологического расширения). Поэтому закон Хаббла следует понимать как закон разбегания друг от друга скоплений и групп как целого, а также галактик, не входящих в состав этих систем (так называемых галактик поля).…» [1, §2.4.]
Вероятно, под хаотичным направлением относительных скоростей элементов гравитационно-связанной системы (группы или скопления) здесь подразумевается отсутствие у галактик направления и величины скорости, строго равных параметрам, заданным теорией Большого Взрыва.
Но самое примечательное в этом параграфе сказано вскользь,
в скобках. Указан общеизвестный факт, что «…расстояния внутри галактик также не зависят от космологического
расширения…». Итак, среди всеобщего расширения во Вселенной
существуют нерасширяющиеся области – скопления, галактики, звездные системы,
звезды, планеты, другие материальные тела, в том числе атомы и элементарные
частицы, имеющие ненулевую массу покоя. Назовём эти области областями стабильности. Ясно, что
область стабильности вокруг материального тела не ограничивается его размерами.
Почему-то еще никто не рассматривал вопросы о границах между расширяющимися и
нерасширяющимися областями, их свойствах, а также о физике процесса перехода
излучений из одной области в другую.
1.6.
Космическая система координат
«…Положение тела в
пространстве расширяющейся Вселенной определяется с помощью координатной сетки,
растягивающейся вместе со Вселенной. Две из этих космических координат
характеризуют положение галактики на небосводе, третья (обозначим ее X)
— удаленность от нас; подчеркнем, эта координата жестко привязана к данной
галактике и не меняется со временем. Для определенности положим ее численно
равной расстоянию до галактики в настоящий момент t0…» [1, §2.6.]
Такое определение космических координат было бы верно при
отсутствии пекулярных движений галактик и движения того наблюдателя, на
небосводе которого определяется положение галактик. Поэтому и это определение
выполняется весьма приближённо. Но почему ни слова не говорится о системе
отсчёта, в которой учитывается указанное растягивание космической координатной
сетки, т.е. систему отсчёта с собственной нерастягивающейся координатной
сеткой? Каковы свойства этой системы отсчета и в какой из этих систем отсчета
мы проводим измерения? А ведь именно в такой системе определяются в обсуждаемой
работе расстояния, скорости, масштабный фактор и другие величины. (Позднее
рассмотрим этот вопрос подробнее.)
1.7.
Масштабный фактор
«…Тогда расстояние в любой
момент времени определяется как r(t)=X·a(t), где a(t) — величина, называемая
масштабным фактором. Она показывает, насколько было сжато пространство в момент
t. Если в настоящее время a(t0)=1, то в прошлом a(t<t0)<1.
Ввиду однородности Вселенной величина a(t) одна и та же для всех галактик, т.е.
за одно и то же время все межгалактические расстояния возрастают в одинаковое
число раз (связь этого утверждения с законом Хаббла была продемонстрирована
выше). …» [1, §2.6.]
На самом деле определенный таким образом масштабный фактор является отношением масштабных факторов, приписываемых двум моментам времени, и называется относительным масштабным фактором. Необходимо было определить масштабный фактор (с точностью до постоянного множителя) так: r(t)/a(t)= r(t0)/a(t0) =X = const. (2.6)
Отметим, что для областей стабильности (в частности, для галактик) масштабный фактор не зависит от времени и тождественно равен 1. Поэтому сравнение масштабных факторов можно вести лишь для расширяющихся областей. В частности, межгалактические расстояния будут возрастать в одинаковое число раз только в случае, если при измерении этих расстояний путь не проходит по областям стабильности. Поэтому отношение длины любого отрезка в моменты времени t0 и t находится в пределах:1<=L(t0)/L(t) <=a(t0) /a(t). Из этих же рассуждений следует, что на самом деле масштабный фактор зависит ещё и от космических координат, в том смысле, что любая область стабильности описывается совокупностью этих координат. Чтобы избежать этой зависимости, относительный масштабный фактор следует определять как максимум соотношений всевозможных длин отрезков, измеренных в соответствующие моменты времени.
1.8.
Длина волны света
«…Длина волны света,
путешествующего во внегалактическом пространстве, также подчиняется соотношению
(2.6) (см. рис.2.6.1). Поэтому если испущенная галактикой в момент времени t
длина волны есть λ, то длина волны принятого нами света окажется равной
λ'=λ/a(t). Подставив это значение в формулу (2.1), получаем: z= 1 / a(t)-1
(2.7) …» [1, §2.6.]
Указанные формулы всё-таки лучше представлять в виде λ'=λ a(t0)/a(t) и z=a(t0)/a(t)-1
Попробуем разобраться, откуда может следовать утверждение, что длина волны света, путешествующего во внегалактическом пространстве, также подчиняется соотношению (2.6) и имеет вид: λ'=λ a(t0)/a(t) ?
Уточнение «внегалактическом», данное в этом определении, выделяет расширяющиеся области. А что произойдет, когда свет попадёт в область стабильности, ведь любой приёмник является областью стабильности, впрочем, как и материальный источник? Главное – может ли вообще свет передавать информацию о расширении пространства? Рассмотрим это позднее.
1.9.
Композиция красных смещений
«…Можно показать, что в
состав красного смещения, определяемого по формуле (2.7), входит и эффект
Доплера (причем с учетом релятивистских поправок), и замедление времени в
гравитационном поле, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна.…» [1, §2.6.]
Если это так, то нельзя увидеть пекулярных движений по красному смещению, так как в формуле (2.7) все красные смещения в одно и то же время t (то есть, на одном расстоянии от нас) равны друг другу.
Скорее всего, имелось в виду следующее: «В состав красного смещения принимаемого нами света входит и космологическое красное смещение, определяемое по формуле (2.7), и эффект Доплера (причем с учетом релятивистских поправок), и замедление времени в гравитационном поле».
Что же это за система отсчёта, в которой можно учесть растягивание космической координатной сетки?
Прежде всего, именно в такой системе определяются в работе [1] расстояния, скорости, масштабный фактор, зависящие от времени измерения. Следовательно, в противоположность космической координатной сетке, это должна быть система отсчёта с нерастягивающейся координатной сеткой. Самое важное для нас свойство такой системы отсчёта состоит в том, что скорость объектов в ней не ограничена скоростью света. Это показано в работах [2] и [3]. В статье [2] говорится, что «…Фактически, когда Вселенной был только один год, отдалённость между этими галактиками увеличивалась в 300 раз быстрее, чем скорость света! Пространство в ОТО может растягиваться быстрее, чем скорость света, потому что пространство не представляет вещество или энергию…» В статье [3] говорится, что в расширяющемся пространстве скорость объектов может превышать скорость света, если считать пройденное ими расстояние «как положено», то есть с учётом смещения тел за счёт расширения пространства. (А это и есть система отсчёта с нерастягивающейся координатной сеткой.) Там же приведена цитата Джуди Джаксон из лаборатории Ферми: "… не существует никакого предела скорости во Вселенной…".[3] И далее:«…Эти числа могут казаться парадоксальными …, но они имеют совершенно здравый смысл в пределах теории Эйнштейна...»
С учетом того, что для галактик масштабный фактор тождественно равен 1, система метрических измерений в галактике естественно вписывается в такую систему отсчёта (с нерастягивающейся координатной сеткой), которую поэтому можно назвать галактической. По тем же причинам её можно считать и земной.
Что касается скорости света, то в предыдущих цитатах и рассуждениях участвовала её величина, измеренная в земной системе координат, то есть в области стабильности. Эта же величина считается действующей и в расширяющихся областях, так как изменение расстояния зависит от времени в той же пропорции, что и темп времени. Поэтому отношение этих величин (т.е. скорость света) остается неизменным. Парадоксальность заключается в том, что та же величина скорости света полагается действительной и для космической системы координат.
Особо отметим, что внутри области стабильности никакие измерения объектов (в том числе полей и излучений), имеющих происхождение в этой области, не дают возможность определить масштабный фактор вне области стабильности. И только излучения внегалактического происхождения, возможно, могут дать информацию о расширения Вселенной.
Из всего сказанного следует, что в земной системе отсчёта для внегалактических объектов ОТО не применима.
Значит, ОТО выполняется только в космической системе
координат?
По теории расширяющейся Вселенной темп времени в земной системе координат зависит от времени в той же пропорции, как и изменение расстояния.
Тогда для постоянства скорости света в космической системе координат темп времени в ней должен масштабируется с тем же коэффициентом. Но в космической системе координат a(t0) / a(t) = 1. Следовательно, в космической системе координат темп времени постоянен и от времени не зависит.
Сначала попробуем разобраться, откуда может следовать
утверждение, что длина волны света, путешествующего во внегалактическом
пространстве, подчиняется соотношению
λ'=λ a(t0)/a(t)
.
Из определения космической координатной сетки следует, что в этой системе отсчёта размеры областей стабильности одинаково уменьшаются со временем. Но обитатели областей стабильности заметить этого не могут, так как их линейки также уменьшаются в столько же раз. При этом время в космической системе координат не масштабируется и рассматривается в единицах земной системы координат.
Пусть в космической системе отсчёта свет излучается с длиной волны λ (частотой v) в момент космического времени t. Предполагаем, что его длина волны не изменяется при переходе в межгалактическое пространство, при путешествии в нем (тем более, что в космической системе отсчёта (кстати, подчиняющейся ОТО) нет причин для изменения длины волны), и при входе в область стабильности приёмника в момент космического времени t0. Зато в земной системе отсчёта длина принятой волны будет в a(t0)/a(t) раз больше, откуда следует соотношение λ'=λ a(t0)/a(t) .
Но, сожалению, из тех же рассуждений следует, что частота излученного и принятого света совпадает в космической системе координат, и, значит, в земной системе координат также! Откуда получается, что скорость внегалактического света в земной системе координат не является константой, а зависит от времени. В то время как скорость галактического света в земной системе координат константой является.
Но рассмотрим это подробнее.
Свет – это, прежде всего, колебательный процесс, в котором
первична его частота колебания. Скорость распространения этих колебаний зависит
от среды. А длина волны вторична – она является лишь расстоянием, пройденным
волной за 1 период.
Исходя из постоянности скорости света получаем, что длина волны при приеме внегалактического света не меняется. Это утверждение является первым доводом невозможности передачи светом информации о расширении пространства.
Казалось бы, еще более простым доказательством невозможности передачи светом информации о расширении пространства является то, что свет подчиняется ОТО, а расширяющееся пространство ОТО не подчиняется (см. п.2.).
Третье доказательство невозможности связано с трактовкой формулы z= a(t0) / a(t)-1.
Здесь a(t) - масштабный фактор соответствующего времени (для источника в момент t и приемника в момент t0) Но масштабный фактор зависит и от области. В самом деле, внутри одной галактики диаметром примерно 100 000 световых лет красное космологическое смещение равно нулю, хотя во внегалактическом пространстве красное космологическое смещение нулем не является, и имеет величину, примерно соответствующую 2 км/сек . Поэтому нужно сказать, что a(t) - масштабный фактор соответствующего времени и области (область источника в момент t или приемника в момент t0) Свет, выходя из области стабильности источника, приходит к нам в нашу область стабильности. Области стабильности для источника и приемника могут быть разные - не важно, так как в них масштабный фактор один и тот же a(t)= 1! Подставляя это значение в формулу, получаем , что красное космологическое смещение равно 0!
???
1. Ю. Климушкин, С.В. Граблевский «КОСМОЛОГИЯ»
[ http://ursa.irk.ru/cosmo/index.html
]
[ http://ursa.irk.ru/cosmo/part2-6.html ]
2.
Sten Odenwald and Rick Fienberg «Galaxy Redshifts Reconsidered»
[ http://www2.ari.net/home/odenwald/anthol/expan.html
]
( Статью и её перевод могу выслать по Email. Ссылка была взята по адресу:
«КОСМОЛОГИЯ. Глава 2. Вселенная расширяется.
Дополнительные ссылки»
[ http://ursa.irk.ru/cosmo/part2dl.html
]
3.
Michael S. Turner & Craig Wiegert «How Can An Object We See Today be 27 Billion Light Years Away If the
Universe is only 14 Billion Years Old?»
[ http://www.sdss.org/news/releases/20000413.qso.q.html
]