Глава 7. Красное смещение и расширяющаяся Вселенная.
В этой главе мы обсуждаем вопросы сверхгалактической
космологии, теорию большого взрыва и доказательство расширяющейся
Вселенной. Мы иллюстрируем здесь, как ученые строят свои
теоретические модели, которые на самом деле вводят в заблуждение
миллионы людей, наталкивающихся на эти теории в авторитетных книгах
и в популярных изложениях. Тем не менее, мы показываем, что даже
внутри узко определенной области астрофизики новые наблюдения могут
вызывать у этих моделей фундаментальные проблемы и представлять их
просто как систему умозрительных идей. В примере, который мы
рассмотрим позже, эти фундаментальные проблемы обнаруживают
требование радикального пересмотра современного понимания Вселенной
в целом, тем более что это до сих пор не было серъезно сделано в
научных кругах.
Мы начнем с теории большого взрыва. В своем основании эта
теория предпологает, что в начале (или до начала, если хотите) вся
материя во Вселенной была сконцентрирована внутри ничтожно малого
объема бесконечно большой температуры и давления. Затем, согласно
сценарию, она взорвалась с чудовищной силой. Этот взрыв породил
перегретый ионизированный газ, или плазму. Эта плазма однородно
расширялась, пока не остыла до такой степени, что превратилась в
обычный газ. Внутри этого охлаждающегося облака расширяющегося газа
сформировались галактики, и внутри галактик рождались поколения
звезд. Затем вокруг звезд сформировались планеты, такие как наша
Земля.
Но мало людей осознают такой факт, что даже из самых мощных
телескопов невозможно реально увидеть движение галактик от нас.
Картины, которые мы видим - неподвижны, и ученые не претендуют
показать их видимое движение, даже если наблюдения будут
продолжаться веками.
Итак, как же мы реально узнаем, расширяется ли Вселенная? Все
что мы должны рассмотреть - это свет и другие сорта излучений,
которые доходят до нас, пересекая области межзвездного пространства.
Изображения формирующиеся из этих излучений, прямо не показывают
расширения Вселенной, но тонкие особенности излучения убедили
ученых, что это расширение имеет место. Ученые делают первое
предположение, что земные законы физики применимы без изменения
повсюду во Вселенной. Затем они пытаются понять, как процессы,
подчиняющиеся этим законам, порождают наблюдаемый свет.
Чтобы понять, как ученые, используя этот путь для анализа
света, делают вывод, что Вселенная расширяется, давайте заглянем в
историю астрономии и астрофизики. Астрономы, наблюдая небеса, давно
уже заметили, что вдобавок к отдельным звезадам и планетам на небе
существовали много слабо светящихся тел. Они назвали их nebulae. Это
латинское слово, означающее "облако" или "туманность". И позднее, с
развитием их концепции, эти объекты назвали галактиками.
Большей по размеру, чем полная луна, и настолько тусклой, что
еле видна невооруженным глазом, выглядит соседняя галактика
Андромеда. В начале нашего века астрономы обратили мощные новые
телескопы к этой и другим галактикам и обнаружили, что они
представляют собой обширные острова из миллиардов звезд. На дальних
расстояниях были обнаружены целые скопелния галактик.
До открытия звезд в Андромеде думали, что все небесные тела
расположены внутри границ нашей галактики Млечный Путь. Но в связи с
развитием концепции и открытием других, более далеких, галактик все
изменилось. Размеры Вселенной расширились за пределы понимания.
Вплоть до начала нашего века ученые полагали, что основные
объекты во Вселенной неподвижны по отношению друг к другу. Затем в
1913 году американский астроном Весто Мельвин Слифер (Vesto Melvin
Slipher) начал изучать спектры света, приходящего из десятка
известных туманностей и заключил, что они движутся от земли со
скоростями, достигающими миллионы миль в час.
Каким образом Слифер пришел к такому удивительному заключению?
Обычно астрономы использовали спектрографический анализ для
определения химических элементов, присутствующих в звездах. Было
известно, что спектр света связан с определенными элементами,
показывающими характерные образцы линий, которые служат своего рода
визитной карточкой элемента.
Слифер заметил, что в спектрах галактик, которые он изучал,
линии определенных элементов были смещены в направлении красного
конца спектра. Это любопытное явление было названо "красным
смещением". Слифер объяснил красное смещение эффектом Доплера,
откуда можно сделать вывод, что галактики движутся от нас. Это был
первый большой шаг к идее, что вся Вселенная расширяется. (Если бы
линии в спектре сместились бы в направлении к голубому концу
спектра, то это означало бы, что галактики движутся в направлении к
наблюдателю.)
Эффект Доплера часто разъясняют, используя пример с гудком
поезда, который меняет высоту звука, при движении поезда мимо нас.
Это явление впервые научно изучалось в 1842 году австрийским физиком
Христианом Джоанном Доплером (Christian Johann Doppler). Он
предпологал, что интервалы между звуковыми волнами, излученными от
объекта, движущегося в направлении к наблюдателю, сжимаясь,
поднимают высоту тона звука. Подобным образом, интервалы между
звуковыми волнами, достигающими наблюдателя от источника,
движущегося от него, удлиняются, и, таким образом, высота звука
понижается. Сообщалось, что Доплер проверял эту идею, поместив
трубачей на железнодорожной платформе, приводимой в движение
локомотивом. Музыканты с совершенным слухом внимательно слушали,
когда мимо них проезжали трубачи, и они подтвердили анализ Доплера.
Доплер предсказал подобный эффект и для световых волн. Для
света, увеличение в длине волны соответствует смещению в направлени
к красному концу спектра. Поэтому спектральные линии объекта,
перемещающегося от наблюдателя, должны сместиться к красному концу
спектра. Слифер выбрал для интерпретации своего наблюдения галактик
эффект Доплера. Он заметил красное смещение и решил, что галактики
должны удалятся от нас.
Другой шаг, ведущий к убеждению в расширении Вселенной, был
сделан в 1917 году, когда Эйнштейн опубликовал свою теорию
относительности. До Эйнштейна ученые всегда предпологали, что
пространство простирается бесконечно по всем направлениям, и что
геометрия пространства Эвклидова и трехмерна. Но Эйнштейн
предположил, что пространство может иметь другую геометрию -
четырехмерного искривленного замкнутого пространства-времени.
Согласно теории Эйнштейна существует множество форм, которые
может принимать пространство. Одна из них - замкнутое пространство
без границ, похожая на поверхность сферы; другая - отрицательно
искривленное пространство, которое бесконечно простирается во всех
направлениях.
Сам Эйнштейн думал, что Вселенная статична, и он приспособил
свое уравнение для этого. Но почти в то же время, датский астроном
Вильям де Ситтер (Willem de Sitter) нашел решение уравнения
Эйнштейна, которое предсказывало быстрое расширение Вселенной. Такая
геометрия пространства должна изменяться со временем.
7А. Модель Хаббла расширяющейся Вселенной.
Работа де Ситтера вызвала интерес среди астрономов всего мира.
Среди них - Эдвин Хаббл (Edwin Habble). Он присутствовал на
конференции Американского Астрономическго Общества (American
Astronomical Society) в 1914 году, когда Слифер докладывал о своих
оригинальных находках в движении галактик. В 1928 году в знаменитой
обсерватории Маунт Вильсон (Mt. Wilson) Хаббл взялся за работу в
попытке соединить теорию де Ситтера о расширяющейся Вселенной и
наблюдения Слифера удаляющихся галактик.
Хаббл рассуждал примерно так: В расширяющейся Вселенной вы
должны ожидать удаление галактик друг от друга. И, более далекие
галактики будут удалятся друг от друга быстрее. Это должно означать,
что из любой точки, включая Землю, наблюдатель должен видеть, что
все другие галактики удаляются от него, и, в среднем, более далекие
галактики должны двигаться быстрее.
Хаббл думал, что если бы это было верно и наблюдалось на самом
деле, то оказалось бы, что существует пропорциональная зависимость
между расстоянием до галактики и степенью красного смещения в их
спектре. Он наблюдал, что в спектрах большинства галактик имеет
место красное смещение, и галактики на больших расстояниях от нас
имеют большее красное смещение.
Это вызывает неприятный вопрос: Как же Хаббл мог узнать
насколько удалена от нас каждая данная галактика? Это действительно
был очень трудный вопрос для Хаббла и до сих пор остается трудным
для современных астрономов. В конце концов не существует же
измерительной линейки, которая могла бы достичь звезд. Но можно
использовать такую идею: Мы можем начать оценивать расстояния до
ближайших звезд при помощи различных методов. Затем, шаг за шагом,
мы можем построить "лестницу космических расстояний", которая даст
нам оценку расстояний до некоторых галактик. Если мы сможем
оценивать присущую яркость галактик, тогда мы сможем найти отношение
расстояния до неизвестной галактики к расстоянию до известной,
измеряя видимую яркость галактики. Эта зависимость подчиняется
закону обратного корня.
Здесь мы не будем вникать в детали комплексной процедуры,
используемой для обоснования лестницы расстояний. Заметим только,
что эта процедура включает в себя много теоретических интерпретаций,
в которых много сомнительных мест, и, которые подвергались ревизии,
часто в неожиданных местах. Это будет проявляться по мере изложения.
Хаббл, используя свой метод аппроксимации расстояний, обосновал
пропорциональную зависимость, известную сейчас как закон Хаббла,
между велечиной красного смещения и расстоянием до галактики. Он
полагал, что ясно показал то, что наиболее далекие галактики имеют
наибольшие красные смещения и поэтому движутся от нас наиболее
быстро. Он принял это как достаточное доказательство, что Вселенная
расширяется.
С течением времени эта идея так твердо обосновалась, что
астрономы начали применят ее наоборот: Если расстояние
пропорционально красному смещению, то по измеренному красному
смещению можно просто вычислить расстояние до галактик.
Но как мы заметили, расстояния Хаббла определены не прямым
измерением расстояния до галактик. Наоборот, они получены косвенно,
из измерения видимой яркости галактик. Таким образом, модель
расширяющейся Вселенной имеет два потенциальных изъяна: во-первых
яркость небесных объектов может зависеть от других факторов, а не
только от расстояния, и таким образом, расстояния, вычисленные из
видимых яркостей галактик могут быть недействительными. И во-вторых,
возможно, что красное смещение не связана со скоростью.
Фактически, некоторое количество астрономов утверждают, что
некоторые красные смещения не вызваны эффектом Доплера. И до сих пор
стоит вопрос о правильности концепции расширающейся Вселенной.
7В. Аномальные красные смещения: Наблюдения Хэльтона Арпа.
Астрономом, который поставил под сомнение интерпретацию, что
все красные смещения вызваны эффектом Доплера, является Хэльтон Арп
(Halton Arp), который служил в штате Хэйльской обсерватории (Hale
Observatory) на Маунт Паломаре (Mt. Palomar) и сейчас занимается
исследованиями в институте Макса Планка (Max Planck Institute)
вблизи Мюнхена (Munich) в Западной Германии. На Паломаре Арп
наблюдал много примеров протитиворечивых красных смещений, которые
не подчиняются закону Хаббла. Анализируя их он предположил, что
красные смещения в общем случае могут быть вызваны другими,
отличными от эффекта Доплера, механизмами.
Здесь мы должны спросить, почему ученые интерпретируют красные
смещения исключительно эффектом Доплера. Может быть правильно то,
что эффект Доплера вызывает красное смещение, но откуда мы знаем,
что красное смещение вызвано именно эффектом Доплера? Одной из
главных причин такого заключения является то, что согласно
современной физике красное смещение может вызывать, исключая эффекта
Доплера, только мощное гравитационное поле. Если свет движется
против гравитационного поля, то он частично теряет свою энергию и
испытывает красное смещение. Однако, астрономы не находят такое
объяснение приемлимым для звезд и галактик, потому что, чтобы
вызвать наблюдаемое красное красное смещение, гравитационное поле
должно быть неправдоподобно сильным.
Арп сообщает, что он нашел объект с большим красным смещением в
непосредственной близости от другого, имещего малое красное смещение
(AR1-4, RC). Согласно стандартной теории расширяющейся Вселенной,
объект с малым красным смещением должен быть относительно ближе к
нам, а объект с большим красным смещением должен быть дальше. Таким
образом, два объекта, находящиеся близко друг к другу, должны иметь
примерно одинаковые красные смещения.
Однако, Арп приводит следующий пример: Спиральная галактика NGC
7603 связана с соседней галактикой при помощи светящегося моста, и
тем не менее соседняя галактика имеет красное смещение на 8000
километров в секунду больше чем спиральная галактика. Если судить по
разнице их красных смещений, галактики должны быть в значительных
расстояниях друг от друга, определенно, соседняя галактика должна
находиться на 478 миллионов световых лет дальше - уже страно, ведь
две галактики достаточно близки для физического контакта. Сравнения
ради, наша Галактика отстоит от ближайшей соседи, галактики
Андромеды, всего на 2 миллиона световых лет.
Конечно, имеются сторонники стандартной точки зрения, которые
сильно не согласны с интерпретацией Арпа. Например, Джон Н. Бэколл
из Института Прикладных Исследований в Принсетоне (John N. Bahcall,
Princeton's Institute of Advanced Stadies) не поддерживает
предположения, что эти две галактики связаны (RC). Объекты на самом
деле расположены далеко друг от друга, а их видимая близость только
кажущаяся. Так называемый светящийся мост существует, но более
далекая галактика только случайно оказалась сзади моста вдоль нашего
луча зрения.
Для иллюстарции своей критики, Бэколл дает специфическое
опровержение: Он показывает фотографию звезды внутри нашей Галактики
визуально связанной с дальной галактикой посредством светящегося
моста. Связаны ли они реально? Бэколл обращает внимание на то, что
это совершенно невозможно, потому-что звезда и галактика находясь на
одном луче зрения, на самом деле значительно разнесены в
пространстве - звезда принадлежит Млечному Пути, а галактика удалена
на 44 миллиона световых лет.
Тем не менее, Арп отмечает значительную поверхностность в
рассуждениях Бэколла. Галактика, которую он показал, в любом случае
необычна. Светящийся мост к звезде является просто одним из его
обычных спиральных рукавов. Однако в примере Арпа мост является
необычной структурой, не является нормой в таких галактиках.
Вероятность того, что две галактики указанных типов расположаться в
такой конфигурации намного меньше чем вероятность того, что звезда
Млечного Пути встанет на одной линии с обычной галактикой.
Арп нашел много других примеров, которые противоречат
традиционному пониманию красного смещения. Здесь представлен один из
наиболее спорных открытий. Квазар Makarian 205, вблизи спиральной
галактики NGC 4319 визуально связан с галактикой посредством
светящегося моста. Галактика имеет красное смещение 1,800 километров
в секунду, соответствующее расстоянию около 107 миллионам световых
лет. Квазар имеет красное смещение 21,000 километров в секунду,
который должен означать, что он находиться на расстоянии 1.24
миллиардов световых лет. Но Арп предположил, что эти объекты
определенно связаны и это показывает, что стандартная интерпретация
красного смещения ошибочна в этом случае. (Можно заметить, кстати,
тот факт, что астрономы выражают красное смещение в километрах в
секунду. Это показывает их приверженность к идее, которая объясняет
красное смещение эффектом Доплера.)
Критики заявили, что не нашли связующего моста, показанного в
картине Арпа на фотографии NGC 4319. Другие сообщили, что мост
является "поддельным фотографическим эффектом". Но позднее Джек М.
Сулентик из Алабамского университета (Jack M. Sulentic, of the
University of Alabama) сделал обширное фотометрическое исследование
этих двух объектов и заключил, что связующий мост реален (SU).
Другим примером противоречивого красного смещения, замеченный
Арпом, является находка в высшей степени необычной цепи галактик,
называемой, Воронцов-Вельяминов 172, в честь русского
первооткрывателя. В этой цепочке галактик меньший, более компактный
член имеет красное смещение вдвое больше чем другие.
Кроме пары галактик с противоречивыми красными смещениями, Арп
обратил внимание на кое-что даже более страннее - оказывается, что
квазары и галактики могут извергать другие квазары и галактики.
Здесь приводятся несколько примеров: Взрывающаяся галактика NGC 520
имеет явно малое красное смещение. Четыре слабых квазара,
расположенны вдоль прямой линии, движущихся к юго-востоку от
галактики. Арп сказал, что эти слабые квазары единственны в этом
регионе. Может ли быть простой случайностью, что они выстроились
почти в одну линию от галактики? Арп говорит, что такой шанс крайне
мал и предположил, что квазары извергаются из взрывающейся
галактики.
Достаточно интересно, что квазары имеют красное смещение
намного больше, чем галактика, которая, кажется, является их
родителем. Примечательно, что согласно стандартной теории красного
смещения, квазары должны быть намного дальше чем галактика. Арп
интерпритирует этот и другие сходные примеры предпологая, что только
что извергнутые квазары рождаются с большими красным смещениями, и
постепенно, их красные смещения уменьшаются с течением времени.
Некоторые ученые задают вопрос, реально ли для галактики
извергать другие массивные объекты, такие как, галактики или
квазары. В ответ Арп указывает на поразительную фотографию
гигантской галактики М87, извергающую струю материи. Когда мы
рассматриваем эллиптические галактики в регионе вокруг галактики М87
(тоже эллиптического типа), мы видим, что они все падают в
направлении извергаемой струи материи. Астрономы предпологают, как и
Арп, что эти галактики извергнуты из М87.
Как может одна галактика испускать другую галактику? Если
галактика является "островной вселенной", состоящей из обширного
агрегата звезд и газа, как она может испускать другую галактику,
являющейся таким же агрегатом из звезд и газа?
Вполне вероятно, что радиоастрономия может дать ключ. В
последнее время радиоастрономы уверяют, что обширные области
радиоэмиссии могут быть извергнуты из галактик. Эти эмиссионные
области существуют в парах с каждой стороны некоторых галактик. Для
объяснения этого, астрономы постулируют существованяе гигантских
вращяющихся черных дыр в центре галактики, которые пожирают
ближайшие звезды и выплевывают материю в обоих направлениях вдоль
оси вращения. Тем не менее, если анализ Арпа верен, он не только
объясняет области эмиссионного излучения, которые могут состоять из
тонкого газа, но и такой факт, что внутренность галактики или
предшественники галактик могут вылетать.
Возвращаясь к красным смещениям таких вылетающих галактик и
квазаров, Арп нашел следующее: Извергнутые объекты обладают намного
большим красным смещением чем их родитель, хотя и находяться в
непосредственной близости от него. Арп объясняет это только тем, что
их красные смещения не вызваны эффектом Доплера. Так что астрономы
измеряют не скорость с которым объект удаляется. Скорее всего
красной смещение связано с реальным физическим состоянием объекта.
Однако настоящие законы физики не дают ответ на вопрос, что за
состояние это может быть. До сих пор думают, что галактика состоит
из отдельных звезд плюс облаков газа и пыли. Какие же качества она
может иметь, чтобы в результате получить красное смещение, вызванное
не эффектом Доплера или гравитацией? Это не может быть объяснено в
терминах известных физических законов.
Кажется это требует новую физику. Но это открывает целую
коробку Пандоры, потому что современная космология основана на
предположении, что все что мы видим может быть объяснена известными
законами физики. Если физические законы фундаментально изменяться,
тогда все модели, основанные на них будут поставлены под вопрос.
Конечно, находки Арпа очень спорны, и многие астрономы
сомневаются, что такая связь между галактиками и квазарами может
быть действительно реальна. Но это всего лишь одна линия
доказательства, предпологающая, что стандартная интерпретация
красного смещения галактик может быть изменена.
7.С. Постоянная Хаббла и стареющий свет.
Другая линия доказательства включает в себя постоянную Хаббла,
которая является ядром модели расширяющейся Вселенной. Как мы
видели, согласно модели большого взрыва, чем дальше находиться
галактика, тем быстрее она движется. Согласно закону Хаббла скорость
удаления галактик должна равняться расстоянию до него, умноженному
на число, называемой постоянной Хаббла. Астрономы, используя этот
закон, получают возможность вычислить расстояние до галактик просто
из красного смещения. Найдите красное смещение и разделите на
постоянную Хаббла, и вы получите расстояние.
Также по постоянной Хаббла астрономы получают размеры
Вселенной. Они могут измерить красное смещение до наиболее далеких
объектов и использовать постоянную Хаббла для определения их
расстояния. Поэтому, постоянная Хаббла является крайне важным
числом. Например, если вы удвоите постоянную, вы также удвоите
оцениваемый размер Вселенной. Очевидно, что точная велечина
постоянной Хаббла необходима для определения размера Вселенной с
любой степенью точности.
Однако, в разные годы разные ученые получали много различных
велечин постоянной Хаббла. Эта постоянная выражается в километрах в
секунду на мегапарсек. (Мегапарсек - это единица космических
расстояний, равная 3.3 миллионам световых лет.) В 1929 году велечина
постоянной Хаббла была 500. В 1931 году она была равна 550. В 1936
году она была равна 520 или 526. В 1950 году она была дана как 260,
т.е. значительно упала. В 1956 году она упала до 176 или 180. В 1958
году она упала еще дальше вниз, до 75, но в 1968 году она
подпрыгнула обратно до 98. В 1972 году она, по большому счету,
простиралась от 50 вплоть до 130. Сегодня, постоянную Хаббла приняли
как 55. Все это изменение привело одного астронома сказать, что,
возможно, постоянную Хаббла лучше назвать переменной Хаббла.
Конечно, эти изменения в течении десятилетий можно объяснить
тем, что ученые улучшали свои методы и повышали качество вычислений.
Но даже в этом случае, кажется, что не все здесь верно.
Это привело нас к работе французского астрофизика из института
Генри Пуанкаре (Institute Henri Poincare) Жана Пьера Вигера (Jean
Pierre Vigier) (VG1-5). Вигер обращает внимание, что даже сейчас
различные наблюдатели получают различные велечины для постоянной
Хаббла. Тамманн (Tammann) и Сандадж (Sandage) дают 55 плюс или минус
5. Абель (Abell) и Эстмонд (Eastmond) приходят к 47 плюс или минус
5. Затем ван ден Берг (van den Bergh) вычислил велечину между 93 и
111. Хэйдманн (Heidmann) для своей картины дал 100. Де Ваукулеурс
(de Vaucouleurs) пришел к 100 плюс или минус 10.
Если Вселенная расширяется согласно закону пропорциональности
равномерно, как может быть, что так много наблюдателей получают так
много различных велечин для скорости расширения?
Вигер заметил, что когда астрономы измеряют в различных
направлениях, они находят различные скорости расширения. Затем он
обратил внимание на что-то даже более страннее: Небо может быть
разделено на два набора направлений. Первым является набор
направлений, в котором множество галактик лежат впереди более
далеких галактик. Вторым является набор направлений, в котором
далекие галактики находяться без галактик переднего фона. Назовем
первый набор "областью А", и второй набор "областью Б."
Вигер нашел, что если вы ограничите себя дальными галактиками в
области А и вычислите постоянную Хаббла, то получите одну велечину,
а в области Б вы получите совершенно другую велечину. Здесь
предпологается, что скорость расширения меняется в зависимости от
того, где мы измеряем дальние галактики, там где есть галактики
переднего фона или там где их нет. Если Вселенная расширяется то,
что может заставить эти галактики переднего фона влиять на скорость
расширения? Вигер предположил, что фактически, измеренные красные
смещения дальних галактик не вызваны расширением Вселенной вообще.
Скорее, они вызваны совершенно другим эффектом, так называемым
механизмом старения света.
Согласно Вигеру, когда свет проходит сквозь пространство, ее
спектр испытывает красное смещение просто после прохождения
определенного расстояния. Это происходит в согласии с физическими
законами, точно подобно другим явлениям. Существует закон требующий,
что когда свет движется в пространстве, он испытывает красное
смещение, Однако, этот эффект так мал, что не может просто
измеряться в земных лабороториях, но когда свет проходит обширные
расстояния между галактиками, эффект начинает проявляться.
Этот эффект называется гипотезой старения света, потому что
свет теряет свою энергию, пересекая пространство. И чем больше свет
стареет, тем краснее он становиться. Поэтому красное смещение
пропорционально расстоянию, а не скорости объекта. Вигер обрисовал
Вселенную как не расширяющуяся. Все галактики более или менее
стационарны. Красное смещение - это не эффект Доплера; ничего не
надо делать со скоростью источника света. Красное смещение вызвано
внутренним свойством самого света, т.е. свет становиться старее
после прохождения достаточно длинной дистанции.
Большинство астрономов отвергает идею старения сета. Словами
Джозефа Силка (Joseph Silk) из Калифорнийского университета в Беркли
(the University of California at Berkley), "Космология стареющего
света неудовлетворительна, потому что она вводит новый закон физики"
(SK).
Но Вигер представил свою теорию старения света способом,
который не требует радикально новую физику. Он предположил, что
существет некий сорт частиц в межгалактическом пространстве, которая
взаимодействует со светом, таким способом, что эти частицы отбирают
энергию света. В громадном большинстве массивных объектов этих
частиц больше чем других. Используя эту идею, Вигер объяснил
различные красные смещения для областей А и Б следующим способом:
Свет проходя через галактики переднего фона встречает больше этих
частиц и поэтому, теряет больше энергии, чем свет не проходящий
через область галактик переднего фона. Таким образом, свет
пересекающий области галактик переднего фона, испытывает большее
красное смещение и это приводит к различным велечинам для постоянной
Хаббла.
Вигер также сослался на дополнительное доказательство для
нескоростных красных смещений. Например, если измерить свет от
звезды, проходящего близко к Солнцу, то он покажет большее красное
смещение, чем если бы звезду наблюдали в другой области неба. Такие
измерения могут проводиться только во время полного солнечного
затмения, когда звезды, близкие к солнечному диску, станут видимы в
темноте.
Короче говоря, Вигер объяснил красные смещения в терминах
нерасширяющейся Вселенной, в котором поведение света чем-то отлично
от нормально предпологаемого поведения. Вигер претендует на то, что
его модель аппроксимирут астрономические данные лучше чем
стандартная модель расширяющейся Вселенной, которая не может
объяснить широкого различия велечин, полученных для постоянной
Хаббла. Согласно Вигеру, нескоростные красные смещения могут быть
глобальной особенностью Вселенной. Вселенная очень хорошо может быть
статичной, и, таким образом, здесь нет необходимости в теории
большого взрыва.
7.D. Квазары
Теория расширяющейся Вселенной также подверглась сомнению при
изучении квазаров, или квази-звездных радиоисточников. Квазары
выглядят как звезды, однако, имеют очень большие красные смещения,
и, таким образом, они рассматриваются как наиболее удаленные объекты
во Вселенной, более далекие чем наиболее удаленные галактики. Мы уже
показали, что Хальтон Арп рассматривал некоторые квазары как
космологически близкими к нам, хотя они и имеют большие красные
смещения. Арп также заметил, что многие квазары расположены в таких
областях неба, где находяться большие группы относительно близких
галактик. Арп предпологал, что квазары могут быть в некотором образе
связаны с этими местными галактиками, и поэтому, находяться на таких
же расстояниях.
Это вызывает вопрос: Если некоторые квазары действительно
находяться близко к нам и имеют большие нескоростные красные
смещения, то почему бы это не так и для всех квазаров. Фактически
долго наблюдалось, что имеются серьезные трудности с идеей, что
квазары находятся на космологических расстояниях, т.е., что они
находятся на расстояниях, полученных с использованием постоянной
Хаббла к их чрезвычайно большим красным смещениям.
Большой проблемой является то, что квазары очень яркие. Если
они действительно очень далеки от нас, то это означает, что многие
квазары излучают в сотни раз больше энергии чем наиярчайшие
галактики, которые содержат сотни миллиардов звезд. Если бы квазары
были такими же большими как галактики, то это могло быть не так
странно. Но если учесть, что квазары могут изменять интенсивность
света в таких коротких периодах как дни, то эти наблюдения убеждают
астрономов, что квазары являются очень маленькими объектами по
сравнению с галактиками. Никто не может понять, как такие маленькие
объекты, в конце концов, представляемые известными физическими
законами, могут вырабатывать так много энергии.
Одна интересная интерпретация квазаров предложена физиком
Оттавского университета в Канаде (University of Ottawa in Canada)
Йетом Варшнием (Yet P. Varshni) (VR1-3). Он поддержал концепцию
Арпа, что квазары имеют нескоростные красные смещения, принимая это
как доказательство некоторой системы в распределении красных
смещений.
Обычно мы должны ожидать, что небесные объекты подобные
квазарам имеют широкий набор красных смещений без видимой системы.
Но Варшни заметил, что эти красные смещения имеют тенденцию
собираться в хорошо определенные группы. Каждую группу красных
смещений представляют квазары, из разных участков неба, и очень мало
квазаров имеют красные смещения, которые не входят в эти группы.
Похожее явление было также замечено астрономом Джеффрием Бурбиджом
(Geoffrey Burbidge), который наблюдал, что неожиданно большой
процент квазаров имеют красные смещения, группирующиеся близко к
1.95 (BR1). (Красное смещение 1.95 дано в терминах смещения в длине
волны; она равна примерно 238160 км/с, или 79 процентов скорости
света.)
Эта кластеризация красных смещений очень трудна для объяснения.
Давайте применим стандартную космологическую интерпретацию
расстояний до квазаров. Все квазары с одинаковым красным смещением
должны иметь одинаковые расстояния. Таким образом, все квазары с
красным смещением 1.95 должны находиться примерно на сферической
оболочке с радиусом, соответствующему данному красному смещению.
Такое же рассуждение верно и для других групп красных смещений,
каждая из которых включает квазары в широком диапазоне направлений.
Это значит, что квазары расположены на серии сферических оболочек с
центром на Земле.
Этот вывод неприемлем для современной космологической мысли,
потому что помещает Землю в сферически центральную позицию во
Вселенной. Существует только один центр для ряда концентрических
оболочек. Это выглядит так, что Земля должна находиться в центре
Вселенной.
Вероятность того, что это устройство из оболочек реальна,
ничтожна мала, и Варшни сообщает, что вывод, что Земля действительно
находиться в центре концентрических оболочек из квазаров неприемлем.
Поэтому красные смещения квазаров должны зависеть от какого то
другого эффекта, отличного от эффекта Доплера, описанного в модели
расширяющейся Вселенной. Если красные смещения не вызваны эффектом
Доплера, то они не представляют расстояния, и если они не
представляют расстояния, то нет необходимости в предположении, что
квазары расположены в оболочках.
Варшни полагал, что квазары генирируют свет необычным способом,
способом, который в конечном итоге проявляется как эффект Доплера.
Согласно Варшни, эффект лазера в квазарах дает свет с другими
внутренними характеристиками, не связанный со скоростью. Варшни
полагал, что ученые путают спектральных линии в этом типе света со
смещенными линиями под действием эффекта Доплера в обычном
ионизированном газе. Итак, Согласно Варшни, квазары находяться
близко, и идея, что они расположены далеко, основана на ошибочной
интерпретации их света, генерированного лазером, как обычный свет,
подверженного эффекту Доплера.
Теория Варшни может или не может быть верной, но его
наблюдения, показывающие, что спекртальные линии квазаров собираются
в определенные группы, делает вызов стандартной теории космических
расстояний и, в конце концов, теории квазаров. Если смещение
спектральных линий объяснить эффектом Доплера и применить
стандартную теорию, то получится неприемлемый результат, что Земля
находиться в центре Вселенной. Если это будет принято, ученые должны
будут возвратиться к идее, которая последовательно отвергалась еще с
времен Галилея и Коперника.
7.Е. Квантованные красные смещения
Наблюдения Йета Варшни (Yet Varshni) представляют только один
из ряда странных примеров, которые, кажется, представляют опасность
хорошо исследованным современным астрономическим данным. Другой
интересный пример описан астрономом Стевардской (Steward)
обсерватории Аризонского университета в Туксоне (University of
Arizona at Tuckson) Вильямом Г. Тиффтом (William G. Tifft).
Возможно, что его выводы являются наболее беспокоящими для модели
расширяющейся Вселенной.
Тиффт наблюдал, что красные смещения, связанные с галактиками,
квантованы. Это значит, что измеренные велечины красных смещений не
являются любыми числами, а, скорее, кратны определенному базисному
числу около 72 километров в секунду. В общем его исследования
показывают, что красные смещения галактик группируются около
значений 72 км/с, 144 км/с, 216 км/с, 288 км/с и т.д.
Давайте рассмотрим пару галактик близко расположенных в
пространстве. Согласно теории тяготения Ньютона, эти галактики будут
притягиваться друг к другу силой гравитации. Таким образом, они
будут обращаться одна вокруг другой, падать вместе или удалятся друг
от друга, и, это относительное движение должно выявляться измерением
красного смещения.
Тиффт исследовал относительные красные смещения многих пар
галактик. Эта велечина, измеренная вдоль луча зрения, согласно
стандартной теории, будет представлять не скорость удаления пары от
Земли, а скорость орбитального движения галактики вокруг другой.
Короче говоря, скорость вычисляется следующим образом: Наблюдатель
измеряет красное смещение каждой галактики в паре. Например, одна
галактика может иметь красное смещение 7500 км/с, а другая - 7000
км/с. Это значит, что в это время одна галактика движется
относительно другой со скоростью 500 км/с вдоль луча зрения. Но,
т.к. эта скорость есть следствие орбитального движения, то она может
измениться в другое время в зависимости от расположения галактик.
Например, когда галактики движутся перпендикулярно лучу зрения,
относительное движение будет нулевым, и, следовательно, галактики
будут иметь точно одинаковые красные смещения.
Итак, если две галактики действительно движутся по орбите, то
их относительные красные смещения будут плавно изменяться внутри
определенного диапазона велечин. Конечно, невозможно измерить такое
изменение для одиночной пары галактик. Наблюдения не смогут
предоставить какое-либо видимое движение или изменение красных
смещений в течении времени жизни набюдателя. Поэтому необходимо
наблюдать сотни пар галактик и вычислять их относительное красное
смещение. Если мы сделаем это, мы должны ожидать примерно
непрерывный набор велечин, потому что мы должны поймать галактики
находящимися на различных орбитальных положениях относительно нашего
луча зрения.
Но Тиффт нашел, что это не так. Красные смещения группируются
около велечин, кратных некоторой базисной велечине - 72 километров в
секунду. По Тиффту это означает, что измеренные красные смещения
являются нескоростными красными смещениями и галактики в каждой
паре, на самом деле, не обращаются одна вокруг другой. Можно
предположить, что, возможно, красные смещения вызваны не Доплер
эффектом, а чем-то другим, но, несомненно, галактики все же должны
вращаться друг относительно друга. Однако, в дополнении к этому,
Тиффт обратил внимание, что если даже красные смещения вызывает не
относительная скорость, то все равно орбитальное движение должно
вызывать гладкое распределение доплеровских красных смещений. Но это
не то, что он нашел.
Находка Тиффта применима не только к движениям галактик в
парах, но и к целым группам галактик. Здесь существует два вопроса
на которые современная физика не может ответить. Первый вопрос: Как
галактики могут иметь нескоростные красные смещения? Тиффт полагал,
что это вызвано природой самих галактик. Галактики излучают свет,
который подвержен красному смещению из-за внутренних свойств,
вызванных некоторыми еще неизвестными законами природы. Второй
вопрос: Если красные смещения возникают не благодаря движению, тогда
что является движением галактик? Если они обращаются по орбите, то
должны иметь непрерывные велечины доплеровских смещений, какими бы
внутренними свойствами галактики не обладали. Может быть это
означает что галактики не обращаются по орбите? Тогда, согласно
законам гравитации Ньютона или Эйнштейна, галактики должны падать
друг на друга или удаляться. Они и в этом случае должны двигаться
друг относительно друга, но наблюдения указывают что нет. Поэтому,
согласно Тиффту, необходимы новые принципы гравитации.
Было уже доказано, что может интерпритироваться как указание,
то, что законы Ньютона должны быть изменены, особенно в отношении
галактик. Многие годы ученые были в большом затруднении в обьяснении
динамики движения галактик в терминах закона гравитации. Например,
можно наблюдать, что определенные галактики, оказываются, движутся в
скоплениях, но если исходить из динамики масс и законов гравитации,
такое движение невозможно. Согласно орбите, полученной из
предпологаемых скоростей, галактики должны быть намного более
массивными. Для объяснения отсуствующей массы не принеся в жертву
законы гравитации, астрономы предпологают существование громадной
невидимой темной материи. Некоторые говорят, что 90% массы Вселенной
невидима.
Но другим путем решения проблемы динамики движения галактик
является то, что законам гравитации необходима ревизия, и Тиффт
предположил это, основываясь на своем исследовании. С новыми
законами гравитации необходимость скрытой массы исчезнет. Тиффт прав
или нет? Сейчас на это невозможно ответить. Но его идеи показывают
как ученые получают теории, оперируя с очень ограниченными данными,
в попытке постижения Вселенной, попадая во все виды противоречий.
До сих пор мы обсуждали пары и группы галактик. Мы видели как
их красные смещения, представляющие относительное движение друг
друга вдоль луча зрения наблюдателя должны гладко изменяться в
широком диапазоне велечин. Но Тиффт нашел, что велечины красных
смещений кратны некоторой постоянной велечине (т.е. квантованы) и,
таким образом, он заключил, что они не испытывают никакого движения
друг относительно друга.
Но что можно сказать насчет абсолютного движения галактик вдоль
луча зрения? Может быть галактики относительно нас также не
движутся, т.е., они не удаляются от нас, как требут модель
расширяющейся Вселенной?
Тиффт полагает, что они не движутся. Если бы галактики
перемещались из-за расширения Вселенной, то их красные смещения
охватавали бы широкий диапазон велечин, покрывая все возможные
промежуточные велечины. Но Тиффт получил, что их красные смещения
также квантованы. Обычные наблюдения не показывают это, но Тиффт
обращает внимание, что когда вычитается солнечное движение,
квантование красных смещений становиться безошибочно ясно. Красные
смещения не гладко изменяются, а становяться кратными некоторой
постоянной велечине.
Давайте рассмотрим эту проблему ближе. Если красные смещения
квантованы, как говорит Тиффт, тогда Солнце из-за своего движения
добавляет Доплер эффект к этим квантованным красным смещениям. То,
что добавляется, будет зависеть от угла между направлением движения
далекой галактики и направлением движения Солнца. Если галактика
движется перпендикулярно движению Солнца, солнечное движение ничего
не добавить, На 0 это будет отрицательное красное смещение (т.е.
голубое смещение), кторый будет вычитаться. На 180 оно будет
добавлять положительное красное смещение. В промежуточных положениях
оно будет добавлять другие велечины. И добавляя эти велечины,
движение Солнца уничтожит квантованную природу красных смещений.
Для обнаружения квантования нужно вычесть красное смещение,
возникающее из-за движения Солнца из наблюденных велечин красных
смещений. Тиффт сказал, что он проделал это и получил, что галактики
имеют красные смещения кратные 72 километрам в секунду. Таким
образом он заключил, что эти красные смещения нескоростные, и он
получил статичную Вселенную.
Заканчивая свою работу Тиффт дает следующее примечание в
Астрофизическом Журнале:
Полный набор концепций (рассматриваемых в этой статье)
являются внутренне самосогласующимся и не позволяют даже делать
прогнозы с условным взглядом. Эти прогнозы подверждаются
фактически во всех случаях и предлагают альтернативные
обьясения некоторым очень загадочным астрофизическим проблемам:
поблеме расхождения масс для галактик и особенностей вращения
звезд, здесь указаны имена только двух из большинства. Одна из
наиболее важных космологических концепций, базрующиихся на
"расширяющейся" Вселенной, концепция происхождения и эволюции
галактик путем коллапса также не способна противостоять
критике, хотя она специально не обсуждаются в этой статье.
Обозревая все заключения, которые неизбежно следуют из гипотезы
дискретных красных смещений, не является неожиданностью, что
идея получила исключительное сопротивление. Однако, набор
концепций близко связывает значительные корреляции,
затрагивающие большое количество существующих данных.
Показывается, что концепция дискретных красных смещений,
несовместимая с "расширяющейся Вселенной" или даже с общей
теорией относительности или квантовой электродинамикой, не
будет устранять или объяснять эти корреляций! [TF5, p. 390]
Как мы можем видеть из этого отрывка, выводы Тиффта не получили
благоприятное восприятие в кругах астрономов и астрофизиков. В самом
деле, они больше встретились с барьером холодного молчания. Тем не
менее, Хэльтон Арп независимо подтвердил некоторые находки Тиффта и
они, в свою очередь, придали больший вес к аномальным наблюдениям
Арпа.
В одном наблюдений Арпа в группе галактик один член ярче и
больше остальных. Эта галактика имеет меньшее красное смещение чем
его меньшие соседние галактики. Арп предположил, что все эти
галактики находяться примерно в одной области, в примерно одинаковых
расстояниях от нас; поэтому красное смещение не дает эффект скорости
и расстояния, а показывает что-то другое.
Давайте внимательно рассмотрим причины, которые ведут Арпа к
такому выводу. Одной возможностью является то, что большая, яркая
галактика находиться близко и только случайно проекцируется на
галактики заднего фона, которые меньше и слабее, потому что далекие.
Эти галактики должны иметь большие красные смещения из-за расширения
Вселенной.
Тем не менее Арп полагает, что это объяснение проглядывает тот
факт, что скопления галактик хорошо определены и такие хорошо
определенные скопления покрывают маленький процент неба. Поэтому
неправдоподобно, чтобы только случайно на яркую галактику переднего
фона спроекцировались много таких скоплений.
Как мы уже обратили внимание, Арп полагал, что галактики могут
быть извергнуты из родительской галактики. Что если относительные
красные смещения более меньших галактик существует благодоря их
извержению из большей родительской галактики в направлении от нас?
Проблема здесь в том, что в этом случае мы должны также ожидать
извержение некоторых таких галактик в нашем направлении. Напротив
наблюдений Арпа, они будут показывать относительное голубое
смещение.
Однако здесь приводится окончательный аргумент Арпа: Не только
эти меньшие галактики имеют положительные красные смещения
относительно их родительских галактик, но эти красные смещения
квантованы, как раз случай Тиффта показывает, что они должны быть в
его исследованиях. Арп нашел пики на 70, 140 и на 210 км/с; это
хорошо согласуется с квантованием на числах кратных 72 км/с. Как мы
видели, это значить, что природа красных смещений нескоростная. И
факт, что касается доминирующей галактики в группе, что существует
квантование, показывает существование некоторых физических связей.
Почему должно существовать квантование, если эта связь просто
случайна? Этот факт говорит о том, что такая связь реальна.
Здесь мы имеем пример, в котором мы видим слабые галактики с
большими красными смещениями близко к яркой галактике с меньшим
красным смещением, хотя стандартная космологическая теория говорит,
что они должны быть значительно дальше. Это порождает вопрос не
только насчет интерпритаций красных смещений, но, также, и о полной
процедуре вычисления расстояний согласно яркости.
Один из пиков Арпа для красных смещений различных групп
галактик находиться в диапазоне 138 - 144 километров в секунду. Этот
крайне узкий диапазон очень важен. Если эти группы вовлечены в
орбитальное движение, то мы должны ожидать найти их на различных
точках их орбиты - некоторые галактики должны быть ...
--------------------------------------------------------------------
Сайт управляется системой
uCoz