1. Трудности господствующих космологических теорий

ВВЕДЕНИЕ

Для облегчения чтения этой статьи, введём некоторые предварительные пояснения.

1. Красное смещение. Рисунок 1 иллюстрирует эффект Доплера.

Рис. 1 Увеличить до 9Кб

Атомы всех элементов излучают свет в виде линейчатого спектра. Спектры элементов уникальны. Если источник света удаляется от нас, то весь набор линий как одно целое сдвигается в область более длинных волн к красному участку спектра. Чем больше скорость удаляющегося источника, тем больше сдвиг. В этом и состоит оптический эффект Доплера. Так как весь набор линий сдвигается к красному участку спектра, то для краткости говорят, что линии краснеют. Так возник термин "красное смещение".

2. Закон Хаббла.

На рис.2 показана оригинальная диаграмма зависимости скорости удаления галактик от расстояния до них, построенная Хабблом в 1929 г. для трёх десятков ближайших галактик. Скорость удаления галактики определялась по красному смещению. Усреднённое значение скорости в зависимости от расстояния изображено пунктирной линией. Верхняя пунктирная линия получена Хабблом, а линия, расположенная ниже, - более позднее уточнение.

Рис. 2 Увеличить до 18Кб

На основании этой диаграммы была получена прямая пропорциональная зависимость между красным смещением линий в спектре галактики и расстоянием до неё, которая в общем виде записывается так:

где c - скорость света, z - красное смещение, r - расстояние. Коэффициент пропорциональности H был назван постоянной Хаббла. Хаббл определил ее значение как ~50 км сек^-1 Мпк^-1. На сегодняшний день H оценивается как равная примерно 70 км/(с·Мпк) (километров в секунду на мегапарсек; 1 Мпк приблизительно равен 3,3 миллионам световых лет).

3. Звёзды, по которым определяют расстояние до галактик.

Цефеиды. Цефеиды - это гигантские пульсирующие звёзды. Они в 10³-10⁵ раз ярче Солнца. При пульсации светимость звезды изменяется в 2-6 раза. Период пульсации 1-200 суток. Между периодом пульсации и светимостью звезды существует строгая зависимость. Поэтому сопоставив период пульсации цефеиды с видимым её блеском определяют расстояние до звезды, а значит и до галактики к которой она принадлежит. За это свойство цефеиды прозвали маяками Вселенной.

Сверхновые I типа. Сверхновые звёзды - это звёзды, светимость которых при вспышке превышает светимость Солнца в десятки и сотни тысяч раз. Вспыхнувшая звезда достигает максимума светимости в течение нескольких суток, затем в течение нескольких суток светимость её максимальна, а потом резко убывает. Отмечены случаи, когда светимость сверхновой в несколько раз превышала суммарную светимость материнской галактики. На рис.3 типичная кривая блеска сверхновой звезды I типа.

Рис. 3 Увеличить до 2Кб

Сверхновые звёзды бывают двух типов. Определение расстояния до галактики со вспыхнувшей сверхновой можно произвести по сверхновым I типа. По спектру сверхновой I определяют её светимость. Сравнение светимости звезды с видимой её величиной сразу же даёт расстояние до сверхновой, а значит и до галактики, в которой она находится.

Замечание. По цефеидам определяют расстояние до сравнительно близких галактик, в которых ещё можно различить отдельные звёзды. По сверхновой I можно определить расстояние до любой галактики, в том числе и до чрезвычайно удалённой.

История возникновения гипотезы Расширяющейся Вселенной и теории Большого Взрыва такова.

В 1912 году Хаббл открыл явление красного смещения излучения галактик. В 1916 г. была создана общая теория относительности (ОТО). В 1922 г. А.Фридман нашел нестационарное решение уравнений Эйнштейна, согласно которому Вселенная может расширяться и при её расширении должно наблюдаться красное смещение, пропорциональное расстоянию. В 1929 Хаббл на основании астрономических наблюдений сформулировал эмпирически найденную зависимость красного смещения от расстояния до галактики z = Hr/c, которая стала интерпретироваться как свидетельство расширения Вселенной. После этого немедленно возникла проблема начала расширения. Экстраполяция расширения назад приводит к выводу, что миллиарды лет назад все вещество Вселенной было сосредоточено в точечном объеме. В итоге была разработана теория Большого Взрыва.

В результате создания ОТО человечество получило более совершенную теорию гравитации, сумевшую предсказать или объяснить явления, не следовавшие из Ньютоновской теории тяготения (гравитационное смещение частоты фотона при его движении в поле гравитации, отклонение луча света вблизи масс, смещение перигелия планет). ОТО предсказывает ещё несколько явлений, которые, однако, пока не проверены экспериментом или наблюдениями (существование гравитационных волн, существование чёрных дыр, нестационарность Вселенной и др.). Но при разработке теории Большого Взрыва произошла несправедливая экстраполяция выводов ОТО на условия, отличающиеся на много порядков от условий, при которых наблюдались свойства сил тяготения, положенные в основу создания ОТО. Однако возможность экстраполировать выводы теории, установленной для плотностей вещества в пределах 1 ≤ ρ ≤ 13 г/см³, до плотностей ρ =10⁹⁴ г/см³, вызывает сомнение.

Всякая теория может быть с уверенностью истинной только в узких пределах варьирования значения величин, для которых она проверена наблюдениями и экспериментом. Что можно получить, бездумно экстраполируя теорию за пределы проверенного, схематически иллюстрирует рис. 4

Рис. 4 Увеличить до 14Кб

Поэтому следовало ожидать, что теория Большого Взрыва столкнётся с трудностями при объяснении наблюдательных данных. И трудности возникли. Для разрешения каждой возникшей трудности авторы гипотезы Большого Взрыва вводили гипотезу ad hoc (гипотеза ad hoc - гипотеза, предназначенная для объяснения отдельных, специальных явлений, которые невозможно объяснить в рамках данной теории). При этом постулировались свойства материи до того момента не наблюдавшиеся.

1) Трудность первая.

Большой Взрыв приводит к разлёту материи с постоянной скоростью. Исходя из этого предположения не удавалось обяснить наблюдаемые скорости разбегания галактик. Вводится первая гипотеза ad hoc: в момент времени10^-45 секунды начинается расширение Вселенной со всё нарастающей скоростью под действием антигравитации. Расширение сопровождается рождением материи. Расширение под действием антигравитации, сопровождаемое рождением материи, заканчивается в 10^-37 секунды. За это время образовалась вся материя Вселенной. Описанному явлению было присвоено название инфляция (вспучивание) Приведём высказывание одного из тех, кто стоял у истоков теории инфляционной эволюции Вселенной - доктора физико-математических наук, заведующего кафедрой космологии Мюнхенского университета Вячеслава Федоровича Муханова: "Согласно инфляционной теории, Вселенная в какой-то момент вступила в стадию, когда гравитация действовала, как антигравитация, и вместо того, что тормозить расширение Вселенной, она наоборот ускоряла ее расширение. После окончания инфляции Вселенная начинает расширяться нормальным образом."

2) Трудность вторая.

Инфляция породила слишком быстрый разлёт материи. Обычной массы для его сдерживания не хватало. Вводится вторая гипотеза ad hoc: помимо обычной наблюдаемой материи присутствует невидимая тёмная материя. Темная материя не излучает фотоны ни в каком диапазоне электромагнитного спектра и значит никакими наблюдениями не может быть обнаружена. Природа невидимой тёмной материи до сих пор остается загадкой.

3) Трудность третья.

Были сопоставлены расстояния до далёких галактик, найденные по закону Хаббла и по сверхновым I типа. Расстояние по сверхновым оказалось значительно больше. Вводится третья гипотеза ad hoc: кроме обычной материи и тёмной материи вовселенной присутствует антигравитирующая субстанция - тёмная энергия. Физическая природа темной энергии остается пока что неизвестной.

Кроме указанных гипотез вводились и другие новые сущности: гипотетическое поле, которое было названо "инфлатонным" (от слова "инфляция"); фундаментальное скалярное поле; квинтэссенция и др.

4) Трудность четвёртая: (данный пункт стал не актуален после уточнения дистанции до звезды HD 140283)

Вселенная моложе входящих в неё звезд. Возраст Вселенной, оцененный исходя из модели расширяющейся Вселенной, составляет в настоящее время 13.7 ± 0.2 миллиардов лет. Возраст самых старых звёзд, основанный на их радиоактивной датировке, составляет 15-18 миллиардов лет. Объяснения этому феномену пока нет.

В 2013 году после уточнения расстояния до звезды HD 140283 (звезда Мафусаила) космической обсерваторией Планк, рассчитанный возраст оказался уже меньше возраста вселенной. И данный пункт потерял свою актуальность.

5) Трудность пятая:

есть наблюдения галактик, красное смещение которых в принципе невозможно объяснить, исходя из модели расширяющейся Вселенной. Известны исследования Хальтона Арпа (Halton C. Arp), в которых приводятся космические объекты - галактики и квазары, имеющие различные красные смещения, но при этом визуально расположенные в непосредственной близости и даже взаимодействующие. На рис. 5 спиральная Галактика NGC7603 (z=0.029) связана с соседней галактикой (z=0.059) при помощи светящегося моста, из чего следует, что обе галактики физически связаны и, следовательно, находятся от нас на одном и том же расстоянии. Если же судить по разнице их красных смещений, то соседняя к NGC7603 галактика должна находиться на 436 миллионов световых лет дальше неё. Для сравнения: наша Галактика отстоит от ближайшей галактики М31 ("Туманность Андромеды"), всего на 2,9 миллиона световых лет. Понятно, что красные смещения z=0.029 и z=0.059 двух соседок никак невозможно объяснить расширением Вселенной по закону Хаббла z = Hr/c, так как расстояние r до обеих галактик должно быть одинаковым (по космическим меркам).

На рис. 6 приведены ещё две взаимосвязанные радиогалактики с z=0.34 и z=0.75.

Рис. 5 Увеличить до 27Кб

Рис. 6 Увеличить до 27Кб

Арпом составлен "Каталог пекулярных (особых) галактик" (теперь он называется "Каталог Арпа" или "Атлас пекулярных галактик Арпа"), содержащий большое количество подобных примеров.

В заключение разрешите привести известную шутку физиков о себе. Физики проверяют, являются ли числа простыми (простым называется целое число, если оно без остатка делится только на единицу и на самого себя). Итак, начнём.

1 - простое;
2 - простое;
3 - простое;
4 - не простое, делится ещё на 2. Но посмотрим дальше;
5 - простое.

• Достаточно. Вывод: все числа простые, 4 - ошибка эксперимента.

Так вот, чтобы гипотезы Расширяющейся Вселенной и теории Большого Взрыва были справедливыми, следует все взаимодействующие галактики с разными красными смещениями признать ошибкой эксперимента (ошибкой Природы?).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Очевидные несоответствия теории Большого Взрыва побуждают астрономов и физиков разрабатывать теорию Стационарной Вселенной. Но так как красное смещение z и открытая Хабблом закономерность:

объективны, их следует объяснить, оставаясь в рамках модели Стационарной Вселенной. В (1) r при этом следует понимать как расстояние, определённое по цефеидам, сверхновым I или другим независимым от гипотезы Расширяющейся Вселенной способом.

Авторство, источник и публикация:
1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта ноябрь 2008
3. Автор статьи Л.М. Топтунова для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела