ВОПРОСЫ ТЕОРИИ АБСОЛЮТА

Космология
гипотеза старения света - Красное смещение - гравитационный эффект Эйнштейна - растяжение времени - разбегание галактик - расширение пространства - Закон Хаббла - константа Хаббла
Литература: [23]

- - - - - - - -

Q[question].C011. Почему гипотеза старения света была отвергнута? [2011.02.07]

A[anser].C011. Таких гипотез немало. Имеются следующие претензии к гипотезам стареющего света[23[4]]: "До настоящего времени не предложено никакого механизма ККС, соответствующего всем известным наблюдениям... Например, рассеивание света при любом механизме размывало бы любой объект больше, чем это наблюдается. Вообще, космологи полагают, что у классических моделей стареющего света имеется слишком много проблем, чтобы им уделять серьёзное внимание. Стареющий свет сам по себе не даёт полного космологического объяснения, и поэтому не может воспроизвести все успехи стандартной космологии Большого Взрыва. Не известно никакой теории стареющего света, которая корректно объясняет наблюдаемое растяжение времени световых кривых отдалённых Сверхновых, спектр абсолютно чёрного тела или анизотропию космического микроволнового фона, и наблюдаемое изменение в морфологии, количестве и поверхностной яркости галактик и квазаров с большим красным смещением. Кроме того, факт, что возраст самых старых звёзд примерно равен обратной величине константы Хаббла, естественно появляется из космологии Большого Взрыва, но является необъяснённым совпадением в большинстве моделей стареющий света."

Следует обратить внимание, что среди перечисленных выше требований и претензий нет неудобных для теории БВ вопросов, а некоторые вопросы сформулированы только с учётом теории БВ. Поэтому на самом деле список требований должен быть расширен, и из их формулировок следует изъять трактовки, оставив только результаты наблюдений.

В качестве ответа на эти требования в конце этой статьи предложено описание гипотезы старения и дисперсии света(СДС) в Статической Вселенной, и на основе закона сохранения энергии сделана попытка объяснить свойства ККС и другие наблюдаемые свойства Вселенной, в том числе снять вышеуказанные претензии.

- - - - - - - -

Q.C012. Что такое Красное смещение, какие тонкости есть в его определении? [2011.02.07]

A.C012. В Большой Советской Энциклопедии (БСЭ) Красное смещение описывается следующим образом: "Красное смещение, понижение частот электромагнитного излучения, одно из проявлений Доплера эффекта. Название «Красное смещение» связано с тем, что в видимой части спектра в результате этого явления линии оказываются смещенными к его красному концу; Красное смещение наблюдается и в излучениях любых др. частот, например в радиодиапазоне. Противоположный эффект, связанный с повышением частот, называется синим (или фиолетовым) смещением. Чаще всего термин «Красное смещение» используется для обозначения двух явлений - космологическое Красное смещение и гравитационное Красное смещение." [23[2, ст. Красное смещение]]

Величина z красного смещения определяется там же [23[2, ст. Красное смещение]] соотношением частот источника и приёмника – v₀ и v:

z=(v₀-v)/v             (1)

(На самом деле, в БСЭ допущена описка, ибо там деление происходит на v₀ , но очевидно, что в таком случае получается z<1, а в той же статье говорится о z>1; к тому же такое определение ни при каких условиях не эквивалентно определению (2).) В "Физической энциклопедии" [23[1,т.2,с.478]] эта же величина определяется через соотношение длины L электромагнитной волны для приёмника и длины L₀ волны, излучаемой источником,

z=(L-L₀)/L₀             (2)

Очевидно, что при постоянной скорости "c" распространения волн это определение эквивалентно (1) в силу соотношения

c = L * v.             (3)

"В 1842 году пражский математик К.Доплер теоретически предсказал эффект изменения частоты принимаемых волн в случае относительного движения источника и приемника. В акустике эффект был открыт самим Доплером в 1845 году, в оптике - в 1848 году (А.Физо)." [23[1,т.2,с.15]] В классической физике существовало две формулы Доплера - для движущегося источника и для движущегося приемника. В специальной теории относительности (СТО) эти формулы удалось объединить, и была выведена единая релятивистская формула Доплера:

v_R=v_S/(G(u)*(1-(u/c)cos a'))             (4)
где v_R и v_S - частоты принимаемой и излучаемой волны, u - относительная скорость Источника в системе отсчета Приёмника, G(u)=[1-(u/c)^2]^(-1/2) - релятивистский коэффициент, a' - угол между векторами u и c. В 1986 году проверка релятивистской формулы эффекта Доплера для (u/c)<0.84 показала относительную точность 0.0003. [23[1,т.3,с.501]] Формула (4) позволила предсказать существование невозможного в классической физике поперечного эффекта Доплера (при a'=pi/2), который и был обнаружен в 1938 году.

- - - - - - - -

Q.C013. Что такое Космологическое Красное смещение? [2011.02.07]

A.C013. Эффект красного смещения от далёких космических источников был открыт при исследовании их спектров.

В 1912-1914 гг. В. Слайфер, исследуя спектры галактик, обнаружил смещение принимаемых частот по отношению к лабораторным спектрам и предположил доплеровскую причину такого сдвига.

В БСЭ Космологическое красное смещение описывается следующим образом: "Космологическим (метагалактическим) Красным смещением называют наблюдаемое для всех далёких источников (галактик, квазаров) понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, т. е. о нестационарности (расширении) Метагалактики. Красное смещение для галактик было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912-14;…" [23[2, ст.Красное смещение ]]

Но здесь допущена ошибка – сказано: "понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга". Однако это неверный логический вывод. Известны эффекты, которые могут вызвать снижение принимаемой частоты по сравнению с испускаемой частотой для относительно неподвижных источника и приёмника, например гравитационное КС. Следовательно "понижение частот излучения" не обязательно свидетельствует об "удалении этих источников друг от друга" или о "нестационарности (расширении) Метагалактики".

- - - - - - - -

Q.C014. Какие гипотезы имелись раньше о причинах ККС? [2011.02.07]

A.C014. Слайфер предполагал,что ККС - это эффект Доплера от двигающихся случайным образом галактик; Эйнштейн – что это гравитационный эффект, создаваемый галактиками; Фридман и Леметр – эффект, вызванный расширением пространства и растяжением времени; Хаббл – разбеганием галактик; Ритц утверждал, что ККС вызвано ускорением галактик. Кроме того, делались попытки объяснения ККС изменением скорости света или "старением света" - постепнным изменением энергии фотонов.

- - - - - - - -

Q.C015. В чём заключается гравитационный эффект Эйнштейна? [2011.02.07]

A.C015. Среди наиболее известных причин красного смещения имеется гравитационный эффект Эйнштейна [23[1,т.2,с.488]] – нахождение источника в более сильном гравитационном поле, чем приёмник. Гравитационная гипотеза утверждает, что происходит постепенное понижение напряженности гравитационного поля, вследствие чего растет темп времени, и наблюдается эффект ККС для источников, принимаемый свет которых был излучён достаточно давно.

"Гравитационное Красное смещение является следствием замедления темпа времени и обусловлено гравитационным полем (эффект общей теории относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейном в 1911, наблюдалось начиная с 1919 сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых др. звёзд. Гравитационное Красное смещение принято характеризовать условной скоростью "u", вычисляемой формально по тем же формулам, что и в случаях космологического К.с. Значения условной скорости: для Солнца u = 0,6 км/сек, для плотной звезды Сириус В u=20 км/сек. В 1959 впервые удалось измерить Красное смещение, обусловленное гравитационным полем Земли, которое очень мало: u = 7,5*10^-5см/сек (см. Мёссбауэра эффект). В некоторых случаях (например, при коллапсе гравитационном) должно наблюдаться Красное смещение обоих типов (в виде суммарного эффекта)." [23[2, ст.Красное смещение ]]

В настоящее время этот эффект Эйнштейна проверен с высокой точностью.

"Исследователи из США и Германии H. Muller, A. Peters и S. Chu в эксперименте с ультрахолодными атомами цезия измерили эффект гравитационного красного смещения (замедления времени в гравитационном поле) с рекордной на сегодняшний день точностью 7*10^-9. Были использованы данные выполненного ранее эксперимента по измерению ускорения свободного падения. Подброшенные атомы цезия с помощью лазерного импульса переводились в суперпозицию двух состояний, которым соответствовали траектории, различающиеся по максимальной высоте на 0,12 мм. Следующий импульс корректировал траектории так, чтобы они пересеклись в нижней точке, а третий импульс лазера использовался для интерференционного измерения разности фаз волновой функции атомов на различных траекториях. Данные эксперимента позволили на четыре порядка величины уточнить прежний результат, полученный в 1980 г. из сравнения показаний атомных часов на поверхности Земли и на ракете. Сверхточное измерение эффекта гравитационного красного смещения важно, в частности, для проверки теорий гравитации. Повышение точности подобных измерений может иметь и практическое значение для космических навигационных систем." [23[5]]

- - - - - - - -

Q.C016. В чём заключается эффект расширения пространства и растяжения времени для ККС? [2011.02.07]

A.C016. Российский ученый Александр Фридман в 1922 году, и в 1927 году бельгийский математик Жорж Леметр, доказали, что ОТО Эйнштейна не может выполняться в модели статического пространства, и для сохранения ОТО требуется использовать модель расширяющегося пространства, где происходит увеличение расстояния между галактиками, но координаты галактик в пространстве в целом неизменны, поэтому нет скорости движения галактик – эту модель позже назвали теорий Большого взрыва). Следствием расширения пространства является постепенное увеличение темпа времени, что приводит к эффекту ККС при наблюдении далёких источников, а также к растяжению периода наблюдаемых событий. В этой теории получено, что гравитационный эффект и эффект Доплера дают лишь малый вклад в наблюдаемую величину КС. В результате появилось новое объяснение ККС – за счет растяжения времени в модели расширяющейся Вселенной (сейчас известно несколько модификаций этой модели, но такое объяснение ККС в них осталось). Обнаружение ККС в 1929 году явилось также большой поддержкой для ОТО и теории Большого Взрыва.

- - - - - - - -

Q.C017. В чём заключается эффект разбегания галактик? [2011.02.07]

A.C017. В 1929 году Эдвин Хаббл [23[2, ст.Красное смещение ]], открывший зависимость величины ККС от расстояния до объекта — закон Хаббла, о теории БВ ещё не знал, и, из-за отсутствия других вариантов объяснения ККС, стал объяснять ККС эффектом Доплера, то есть, таким перемещением всех галактик в пространстве Вселенной, которое приводило бы к постепенному отдалению всех галактик друг от друга – такой процесс назвали "разбеганием".

"… в 1929 Э. Хаббл открыл, что Красное смещение для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон Красного смещения, или закон Хаббла). Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий. Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, Красное смещение в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным. Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что Красное смещение не зависит от частоты, относительное изменение частоты z = (v0- v)/v совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (v0 - частота некоторой линии спектра источника, v - частота той же линии, регистрируемая приёмником; v" [23[2, ст.Красное смещение ]]

Ошибка: "Свойство Доплеровского смещения" – это сдвиг частот при движении (разбегании) галактик, но господствующие сейчас теории с расширяющимся пространством объясняют ККС иначе – растяжением времени, следовательно, описываемое выше свойство не является Доплеровским смещением и не исключает другие истолкования КС.

Что касается гипотезы "о распаде световых квантов", то приведённый вывод о зависимости величины КС от принимаемой частоты был бы верным при распаде фотонов на на малое число примерно равных частей. Если же предположить, что на каждом цикле колебания волны происходит выделение из фотона некоторой постоянной части энергии epsilon, очень малой по сравнению с энергий фотона видимого спектра, то, как раз наоборот, такое расщепление приводит к независимости величины красного смещения от принимаемой частоты.

- - - - - - - -

Q.C018. В чём заключается Закон Хаббла? [2011.02.07]

A.C018. "…В теории относительности доплеровское Красное смещение рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). Если скорость системы источника относительно системы приёмника составляет «u» (в случае метагалактич. Красного смещения «u» - это лучевая скорость(т.е., скорость вдоль луча наблюдения- А.Ч.)), то (z+1)^2=(c+u)/(c-u), (с - скорость света в вакууме) и по наблюдаемому Красному смещению легко определить лучевую скорость источника: u=c((1+z)^2-1)/((1+z)^2+1). Из этого уравнения следует, что при z, стремящемся к бесконечности, скорость «u» приближается к скорости света, оставаясь всегда меньше её (u < с). При скорости «u» , намного меньшей скорости света (u << с), формула упрощается: u ~ cz. Закон Хаббла в этом случае записывается в форме :

u=c*z=H*r.

где r - расстояние, Н - постоянная Хаббла). Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла Н. Знание этой постоянной очень важно и для космологии: с ней связан т. н. возраст Вселенной.

Вплоть до 50-х гг. 20 в. внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. 20 в. для постоянной Хаббла принято значение Н = 53 ± 5 (км/сек)/Мпк, обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд. лет. …" [23[2, ст.Красное смещение ]]

В теории относительности доказано, что приведённые в этой цитате зависимости, вытекающие из релятивистской формулы эффекта Доплера, не могут выполняться в расширяющейся Вселенной ни для каких базисных параметров. Поэтому пользоваться такими формулами в ОТО можно лишь приблизительно, для малых z и малых u, когда из них получается приближ`нная формула в виде закона Хаббла. Полученный Хабблом коэффициент H составлял около 500 км/с/Мпк. Но величина его могла быть разной в разные эпохи. Принято значение коэффициента Хаббла H для нашего времени обозначать постоянной величиной H₀ .

"Постоянная Хаббла — коэффициент, входящий в закон Хаббла, который связывает расстояние до внегалактического объекта (галактики, квазара) со скоростью его удаления. Имеет размерность, обратную времени (H=2,3*10^-18 [с^-1]), но выражается обычно в км/с на мегапарсек".[23[[6,Постоянная Хаббла ]]

Как видим, закон Хаббла относится только к тем теориям, которые допускают "движение" галактик: их разбегание или изменение расстояний между ними в силу расширения или изменения искривления пространства. Для остальных теорий Закон Хаббла не следует трактовать в форме зависимости гипотетической скорости от расстояния, а только в изначальной форме зависимости от расстояния наблюдаемого сдвига частот:

z=(H/c)*f(r).

Но в любой случае вычисление величины H связано с проблемой определения расстояния до далёких объектов.

"В настоящее время (2009 г) наиболее надёжной (хотя и модельно зависимой) считается оценка Н₀=(74,2 ± 3,6) км/с/Мпк.

Проблема оценки Н₀ осложняется тем, что, помимо космологических скоростей, обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают собственными (пекулярными) скоростями, которые могут составлять несколько сотен км/с (для членов массивных скоплений галактик — более 1000 км/с). Это приводит к тому, что закон Хаббла плохо выполняется или совсем не выполняется для объектов, находящихся на расстоянии ближе 10-15 млн св. лет, то есть как раз для тех галактик, расстояния до которых наиболее надёжно определяются без красного смещения.

Закон Хаббла плохо выполняется и для галактик на очень больших расстояниях (в миллиарды св. лет), которым соответствует величина z > 1. Расстояния до объектов с таким большим красным смещением теряют однозначность, поскольку зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены. В качестве меры расстояния в этом случае обычно используется только красное смещение." [23, [6, Постоянная Хаббла ]]

Ошибка: "…помимо космологических скоростей, обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают собственными (пекулярными) скоростями… " – в теории БВ галактики практически неподвижны, изменение расстояний между ними связано с расширением пространства, поэтому космологические скорости галактик не реальные величины, а лишь условно характеризуемые скоростью, как в случае Гравитационному эффекту Эйнштейна. Но эффект от пекулярной скорости галактики действительно добавляется к ККС, и на близких расстояниях может доминировать. Поэтому имеются близкие галактики (в частности, М31 - галактика Андромеды), сдвиг спектра которых является синим, а не красным. Однако совершенно ясно, что в рамках одной теории расстояние должно определяться однозначно, и соответствие "расстояние-ККС" для каждого объекта должно быть однозначно определено, хотя для разных объектов это соответствие может быть разным в силу учёта условий распространения света от этого объекта.

- - - - - - - -

Q.C019. В чём отличие терминов «разбегание галактик» и «расширение пространства»? [2011.02.07]

A.C019. Разбегание галактик подразумевает статическое пространство, в котором из некоторого Центра с ускорением летят все крупные объекты во Вселенной: галактики и квазары, при этом ускорение одинаково для всех объектов, находящихся на одинаковом расстоянии от этого Центра в один и тот же момент, а свойства самого пространства Вселенной не меняются. Расширение пространства подразумевает повсеместную одновременную одинаковую степень увеличения расстояний между всеми достаточно отдалёнными объектами во Вселенной, начиная с галактик и больше. При этом свойства пространства могут меняться: оно с некоторого момента времени может перестать расширяться, степень его расширения может зависеть от времени. В сопутствующей системе отсчёта объекты Вселенной неподвижны, но будут уменьшаться в размерах.

- - - - - - - -

Q.C020. Почему количественные характеристики ККС выражены через скорость? [2011.02.07]

A.C020. Началось всё со Слайферта, который предположил, что ККС галактик вызван скоростью их движения. Затем Хаббл в своей основополагающей статье выражал частоту через скорость в эффекте Доплера, связал эту скорость с расстоянием и даже ввёл коэффициент (Константу Хаббла), с размерностью [скорость]/[расстояние]. Вслед за этим в решении Фридмана был введён параметр, аналогичный константе Хаббла. С тех пор и было принято выражать величину ККС z через скорость. Конечно, реально никто такую скорость не измерял.

- - - - - - - -
К началу             <<---    Темы   Вопросы   --->> 

Главная страница                                 Eng

Последняя коррекция 15.02.2011 12:53:18

Хостинг от uCoz