Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 14 СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

14.14. Красное смещение в спектрах галактик

В 1919 г. английский ученый В. Слайфер, исходя из эффекта Доплера, сделал открытие, которое привело к совершенно новых представлений о Вселенной (имеется в виду астрономический Вселенная). Его измерения красных смещений в спектрах ряда туманностей показали, что все они удаляются от Земли с огромной скоростью - 1800 км/с. В 1928 г. американские астрономы Е. Хаббл и М. Хьюмасон обнаружили существенное красное смещение при изучении спектра галактики NGC 7619, скорость которой составляла 3800 км/с. Впоследствии они установили, что некоторые галактики в пределах Большой Медведицы движутся со скоростью 40 000 км/с, а скорость отдаленных галактик достигала 65 000 км/с и более. Е. Хаббл пояснил красное смещение в спектрах галактик розбіганням их. В 1929 г. он установил увеличение скоростей галактик с увеличением расстояния их от Земли:

где Н = 75 км(Мпс ∙ с) - постоянная Хаббла (Мпс - миллион парсек; парсек равен 3,26 светового года). Соотношение (14.30) называют законом Хаббла. Е. Хаббл предположил, а эксперименты подтвердили, что более отдаленные галактики должны давать больше красного смещения. Закон Хаббла справедливый для многих изученных галактик. Отклонение от прямолинейного закона наблюдается только для самых отдаленных галактик. Для галактик, размещаются от Земли на расстоянии до одного миллиарда световых лет, скорость удаление на 10 000 км/с будет превышать ту скорость, которая должна быть в случае справедливости линейной зависимости. Поэтому некоторые астрофизики считали, что Вселенная миллиард лет назад расширялся быстрее, чем теперь. Если измерения и основные выводы правильные, то это означает, что мы живем не в стабильном Вселенной, что Вселенная развивается.

По теории относительности никакое тело не может двигаться со скоростью, большей скорости света в вакууме. Поэтому со увеличением расстояния скорость должна расти медленнее, если закон Хаббла справедлив для таких больших участков Вселенной. Взаимное отдаление галактик нельзя рассматривать только относительно Земли как особого места во Вселенной, видя в концепции расширения нашей метагалактики основание для возвращение к геоцентрической системы мира. Это расширение имело бы такой же вид с любой из окрестных галактик. Подобно тому, как расплываются по течению щепки, брошенные в реку, так гигантские звездные системы с течением времени отдаляются друг от друга.

Следовательно, красное смещение в спектрах галактик вследствие удаления их от Земли трактуется как эффект Доплера. Однако на фоне новых научных открытий возникают всевозможные идеалистические интерпретации их. Так, вывод о расширение участка мира, что окружает нас, стал основой для возникновения различных идеалистических теорий создания Вселенной. Если расстояния до любых галактик сравнить с радиальными скоростями удаления, то можно оценить время, когда галактики были вкупе, когда плотность материи была грандиозно большой. Поскольку это время конечен и, по теории расширения Вселенной, наша Вселенная возникла 15 млрд. лет назад, то этот момент и берется за «начало» мира, в момент его создания.

Такому направлению мыслей способствовали и некоторые верующие ученые, в частности такие известные английские астрофизики, как Д. Джине, А. Эддингтоном, Э. Милн. С этой целью было использовано также имя одного из основателей эволюционной космологии Же. Лехмер, избранного в свое время президентом Ватиканской академии наук. Поэтому не удивительно, что его философско-космологические взгляды обнаруживают следы влияния религиозной идеологии. Однако хотя его космогоническая гипотеза навеяна, по крайней мере неявно, определенными теологическими и метафизическими доктринами, автор нигде не выходит за пределы чисто научного рассмотрения ее. Оценивая значение какой-либо научной теории или гипотезы, как и в этом случае, не следует смешивать субъективные убеждения ученого, его мировоззрение с объективным содержанием выдвинутой им теории, которая основывается на точных теоретических выкладках, проверенных эмпирически.

В теории Эйнштейна допускалось, что размеры Вселенной определяются количеством материи, которая в нем содержится. При этом плотность материи, а соответственно и метрические свойства пространства не менялись со временем. Несмотря на смену отдельных своих составляющих частей, мир в целом не менялся. В отличие от этой концепции статического Вселенной советский ученый А. О. Фридман в 1922 г. выдвинул теорию, по которой Вселенная меняется со временем, меняется метрика пространства - времени, а потому меняются и расстояния между любыми объектами. Он построил две равноправные модели безграничного равномерно заполненного веществом Вселенной. Закрытая модель Фридмана подобная поверхности шара, открытая - к седловидной поверхности с постоянной отрицательной кривизной. Кривизна пространства все время меняется, потому что непрерывно меняется плотность вещества. Именно от плотности вещества зависит, какая из двух моделей соответствует современному Вселенной. Выбор между никола ем- нівськими моделями нельзя сделать, исходя только из закона Хаббла (14.30), справедливого для всех моделей и для скоростей υ, малых по сравнению со скоростью света с. Е. Хаббл установил свой закон для скоростей, которые не превышают 0,1 с, т.е. υ = 0,1 с = 3 ∙ 10⁷ м/с, а излучающая галактика удалена на миллиард световых лет.

Изучение последнее время излучений радіогалактик, квазаров, реликтового теплового космического излучения позволяет с наибольшей вероятностью считать, что в настоящее время расширяется и часть метагалактики, в которой находятся наша и ближайшие к ней галактики. В то же время можно предположить, что в бесконечной Вселенной происходит и противоположное явление - совпадение галактик, поэтому разбегание галактик, которое, очевидно, идет вслед за збіганням их, можно считать местным и временным, естественным, а не исключительным явлением, эпизодом в бесконечном развитии безграничного мира. Пульсация видимой Вселенной, его сжатия и разрежения, о чем свидетельствуют научные открытия, является непременной чертой его развития. Этот научный вывод опровергает представление о так называемом начале мира и о его тепловую смерть.