«««Назад | Оглавление | Каталог библиотеки | Далее»»»

Прочитано: 34%

7. Красное смещение и расширяющаяся Вселенная.

     В этой главе мы коснемся области внегалактической космологии и обсудим теорию Большого Взрыва и данные о расширении Вселенной. Мы увидим, как теоретические модели, созданные учеными, ошибочно принимаются за истину миллионами людей, которые знакомятся с ними по учебникам и популярным лекциям. Мы покажем, однако, что даже в пределах узкой области астрофизики могут появиться новые данные наблюдений, требующие фундаментального пересмотра этих моделей, которые являются, таким образом, просто плодом наших рассуждений. Наш пример покажет необходимость коренного изменения современного понимания Вселенной в целом - изменение, которое, пока что, не рассматривается всерьез научным обществом.
     Начнем с теории Большого Взрыва. Основная ее идея состоит в том, что в начале, (или, если угодно, до начала) все вещество Вселенной было сконцентрировано в бесконечно малом объеме при бесконечно больших температуре и давлении. Затем, в соответствии с теорией, произошел невообразимо сильный взрыв. Из начальной точки были выброшены потоки сверхвысокой температурной плазмы. Эта плазма распространялась в пространстве, пока не остыла настолько, что образовала обычный газ. Среди остывающих облаков расширяющегося газа сформировались галактики, а внутри галактик начались процессы рождения звезд. Вокруг звезд в свою очередь сформировались планеты, подобные нашей.
     Но вот, что сравнительно малоизвестно, даже в самые мощные телескопы невозможно реально наблюдать разбегание галактик. Все картины звездного неба являются статическими, и ученые не ожидают увидеть разбегание галактик даже если наблюдения будут продолжаться века.
     Тогда откуда же появилось реальное знание о расширении Вселенной? Все, что мы можем рассматривать - это свет и другие виды излучения, дошедшие до нас через межзвездное пространство. Эти данные не содержат прямого доказательства расширения Вселенной, но некоторые особенности этого излучения позволяют ученым сделать вывод о разбегании галактик. При этом они полагают, что законы физики, действующие в околоземном пространстве действуют в неизменном виде во всей Вселенной. Затем они пытаются представить себе какие процессы, подчиняющиеся этим законам могут создать наблюдаемую нами на Земле картину.
     Чтобы понять, каким образом, анализируя свет звезд, астрономы приходят к выводу о разбегании галактик, следует обратиться к истории астрономии и астрофизики. Исследуя звездное небо, астрономы давно заметили, что кроме планет извезд на небе имеется множество расплывчитых светящихся образований. Сначала они назвали их "небулами", что по латыни означает "облака". В последствии их стали называть галактиками.
     Ближайшая к нам галактика, широко известная туманность Андромеды, имеет размер, превышающий размер лунного диска. Она, однако, настолько слабо светится, что едва различима невооруженным глазом. С появлением мощных телескопов в начале нашего века удалось разглядеть, что эти галактики состоят из множетства звезд. Еще дальше от земли были обнаружены целые скопления галактик.
     До открытия звезд в Андромеде астрономы обычно полагали, что все небесные тела находятся в пределах нашей галактики Млечного Пути. Но с этим открытием или с открытием других, более удаленных галактик, их представления существенно изменились. Размеры Вселенной увеличивались невообразимо.

Вплоть до начала нашего столетия, астрономы полагали, что основные

объекты во Вселенной являются неподвижными по отношению друг к другу. Но в 1913 году американский астроном Весто М.Слифер, изучив спектры излучения десятка важнейших галактик пришел к выводу, что они удаляются от Земли со скоростями окло 2 миллионов миль в час.
     Как Слифер пришел к такому потрясающему заключению? В те времена астрономы увлекались спектрографическим анализом света звезд с целью определения элементов, входящих в состав звездного вещества. Известно, что отдельные элементы имеют характерный рисунок спектра, которые позволяют определить его присутствие.
     Слифер заметил, что в исследуемых им спектрах линии определенных элементов были сдвинуты по направлению к красной части спектра. Это примечаетльное явление получило название "красное смещение". Слифер интерпретировал красное смещение, как результат эффекта Допплера, обусловленное удалением галактик. Это был первый и основной шаг к идее о расширении Вселенной. (Если бы линии были сдвинуты в сторону синей части спектра, это означало бы, что галактики приближаются к наблюдателю.)
     Эффект Допплера часто иллюстрируют явлением изменения тона сигнала паровоза, когда он проходит мимо наблюдателя. Это явление было впервые изучено в 1842 году австрийским физиком Кристианом Дж. Допплером. Он предположил, что временной интервал между звуковыми волнами, воспринимаемый наблюдателем, будет сжат, если излучающий звук объект приближается к наблюдателю. Это приводит к тому, что наблюдатель воспринимает звук более высокого тона, чем от неподвижного источника. Точно так же, когда источник удаляется, временной интервал между волнами, попадающими в ухо наблюдателя будет увеличен, что выразится впонижении воспринимаемой частоты звука. Рассказываеют, что Допплер проверял свою идею с помощью трубача, играющего на движущейся железнодорожной платформе. Эксперты, которыми были музыканты с совершенным слухом, подтвердили результаты, полученные Допплером.
     Допплер предсказывал подобный эффект и для световых волн. Увеличение длины волны света означает смещение в сторону красной области спектра. Следовательно, спектр объекта, удаляющегося от наблюдателя, будет иметь красное смещение. Слифер интерпретировал наличие красного смещения спектра галактик именно таким образом. Он обнаружил красное смещение и решил, что галактике, должно быть, удаляются от нас.
     Следующий шаг к идее расширения Вселенной был сделан в 1917 году, когда Энштейн опубликовал свою общую теорию относительности. До Энштейна ученые полагали, что пространство неограниченно простирается во все стороны и является евклидовым и трехмерным. Но Энштейн предпложил, что пространство, возможно имеет другую геометрию - четырехмерное искривленное пространство - время, в котором пространство может быть замкнуто само на себя.
     Есть много видов пространства, удовлетворяющих теории Энштейна. Одним, например, является замкнутое пространство без границ, похожее на поверхность сферы; другим служит пространство с отрицательной кривизной (седлообразное), бесконечное во всех направлениях.
     Сам Энштейн полагал, что Вселенная статична, и он хотел подтвердить это своими уравнениями. Но почти сразу же голландский астроном Виллем Д.Ситтер нашел решение уравнений Энштейна, которые предсказывали быстрое расширение Вселенной. Геометрия пространства со временем изменялась бы.

«««Назад | Оглавление | Каталог библиотеки | Далее»»»