Затянувшееся заблуждение

Астрофизика и ее понятия. Затянувшееся заблуждение

Атомы всех элементов излучают свет в виде линейчатого спектра. На рис.1 для примера показан спектр водорода.

Спектры различных элементов уникальны. Если источник света удаляется от нас, то весь набор линий спектра как одно целое сдвигается в область более длинных волн к красному участку спектра (отсюда название "красное смещение"). Чем больше скорость удаляющегося источника, тем больше сдвиг.

В 1912 г. Хаббл открыл явление красного смещения - чем дальше галактика, тем больше смещено её излучение в красную сторону. А в 1929 г. Хаббл сформулировал закон зависимости расстояния до галактики от её красного смещения: расстояние до галактики пропорционально красному смещению её излучения. Хаббл установил свой закон на интервале 4 · 10¹⁹ ≤ r ≤ 4 · 10²⁰ км. Найденная зависимость была чисто эмпирической, никакой теоретической базы Хаббл под неё не подводил.

Полученный Хабблом результат сопоставили с одним из решений общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, а именно с нестационарным решением, найденным математиком А.Фридманом в 1922г. Согласно нестационарному решению Вселенная расширяется. Первоначально идея о расширении Вселенной была встречена с сомнением, в том числе и самим А.Эйнштейном. Но результат, опубликованный Хабблом, сочли доказательством того, что Вселенная действительно расширяется. Чтобы объяснить причину расширения Вселенной, была выдвинута гипотеза Большого взрыва. Согласно этой гипотезе взрыв произошёл в одной точке с бесконечными массой и температурой. Такая точка называется сингулярной. Несмотря на фантастичность этого предположения, научным сообществом оно было принято, поскольку в то время никто не видел иной возможности объяснить закон Хаббла. И позже, много десятилетий никто не задумывался о том, возможно ли какое-то иное объяснение феномена красного смещения. Задуматься над этим заставили новые сведения, появившиеся с усовершенствованием наблюдательной техники. Первый повод для серьёзных раздумий о состоятельности гипотезы о расширении Вселенной дали исследования Х.Арпа. С 1957 года в течение 29 лет Арп проводил исследования необычных (пекулярных) галактик. Он составил "Каталог пекулярных галактик" . В нём собраны фотографии и описания 338 необычных галактик, среди которых много кратных и, что особенно важно, взаимодействующих, соединённых отчётливо видным гравитационным газовым перешейком. Наличие перешейка между двумя галактиками означает, что эти галактики физически связаны и, следовательно, находятся от нас на одинаковом расстоянии. Для примера на рис.2 показана спиральная Галактика NGC7603.

На фотографии помимо галактики NGC7603 отмечены три взаимодействующие с ней объекта - один крупный и два маленьких. Красное смещение самой галактики и каждого из трёх объектов все разные. На рисунке они указаны. Если рассчитать расстояния по закону Хаббла, то окажется, что расстояние до галактики NGC7603 равно 436 миллионов световых лет, а расстояние между галактикой NGC7603 и Объектом 1 составляет почти миллиард световых лет. Но для столь отдалённых друг от друга галактик газовые гравитационные перешейки образоваться не могут. Для сравнения, наша Галактика отстоит от галактики Андромеды всего на 2,9 миллиона световых лет. Однако никаких признаков гравитационного взаимодействия между ними в виде газовых перешейков не наблюдается. В рассматриваемом же случае газовый перешеек отчётливо виден. Это означает, что красные смещения обусловлены не расширением Вселенной, а имеют какую-то другую, некосмологическую природу.

В процессе появления новых наблюдений накапливались противоречия в астрофизической модели Вселенной, основанной на гипотезе Большого взрыва. Чтобы объяснить очередное противоречие, астрофизикам приходилось вводить новые гипотетические сущности: повсеместный взрыв в горячей вселенной, антигравитация, инфляция, тёмная материя, тёмная энергия и др. Тем не менее, длительное время истинность ОТО и идеи Большого взрыва, сомнению не подвергались. Но вот в 1988 г. в Международном Ежегоднике "Наука и человечество" было опубликовано исследование академика А.А. Логунова Новые представления о пространстве, времени и гравитации", в котором указывалось на два тяжёлых физических противоречия в теории Эйнштейна. Первое противоречие заключалось в том, что основополагающие законы сохранения (массы, энергии, импульса и др.) каждый в отдельности в ОТО не выполняются (а должны выполняться). В ОТО постоянное значение могут иметь только комбинации этих величин. Второе противоречие состояло в том, что не выполняется постулат о равенстве гравитационной и инертной масс. Гравитационная масса тела никогда не равна нулю, а для инертной массы в ОТО можно получить любые значения, в том числе нулевые и отрицательные. Наличие таких противоречий в теории означало, что все следствия из этой теории, следует брать под сомнение. Нестационарное решение уравнений ОТО, послужившее основанием для принятия гипотез о расширении Вселенной и Большом взрыве, является как раз одним из таких следствий. Иными словами, вся астрофизическая картина мироздания, построенная на основании ОТО, должна быть пересмотрена заново. Но пересмотра не произошло. Ситуация со сравнительным анализом теорий Логунова и Эйнштейна развивалась так. Сразу же после опубликования работы Логунова был непродолжительный период оживленного её обсуждения. Однако вскоре последовало замалчивание сравнительного анализа теорий. Авторы "Открытого письма к научному сообществу" утверждают, что цель замалчивания любых идей, альтернативных ОТО, самая простая: желание, чтобы финансировались только те космологические исследования, которые выполняются в рамках ОТО и теории Большого взрыва. Такое желание объясняется тем, что тематика почти всех астрофизических школ сложилась именно в этих рамках .

И после выхода работы Логунова наблюдательные факты, противоречащие концепции Большого взрыва, продолжают накапливаться. Несмотря на это новые астрофизические исследования продолжают планировать с позиций Большого взрыва. Вот последние примеры.

Понятие "ускоряющееся расширение Вселенной" было введено для того, чтобы объяснить несовпадение расстояний до далёких галактик, найденных двумя различными методами - по закону Хаббла и по светимости сверхновых I в этих галактиках. Несовпадение расстояний, вычисленных разными методами, возникло вследствие неправильной интерпретации природы красного смещения (см. "Этапы Большого заблуждения". Расстояние, найденное по закону Хаббла, получалось меньшим, чем расстояние, вычисленное по светимости сверхновых. Это привело к ошибочному выводу, что с увеличением расстояния до галактик скорость расширения Вселенной увеличивается.

Все экспериментальные свидетельства в пользу ускоренного расширения Вселенной были получены косвенными методами. Поэтому требовался эксперимент, доказывающий расширение Вселенной прямыми измерениями. Идея эксперимента по измерению ускоряющегося расширения Вселенной была такой. Нужно выбрать какой-нибудь объект с подходящим красным смещением (z < 2,5) и измерять скорость его удаления с помощью эффекта Доплера несколько лет подряд. Если будет зафиксировано увеличение красного смещения, значит, скорость расширения Вселенной возрастает. Для подтверждения проверяемой теории за один год должно быть зафиксировано ускорение не более чем 0,4 (см/с). Измерения следует производить для линий радиоизлучения на длине волны 21 см. Для установления истины потребуется около 10 лет.

Была предпринята попытка измерить искомое ускорение. Радионаблюдения велись в течение 13 лет за десятком объектов, расположенных на красных смещениях от 0,09 до 0,69. Последнее измерение датируется 2012 годом. Получен следующий результат. Наблюдаемые объекты не ускорялись, а напротив, замедлялись со скоростью 5,5±2,2 (м/с)/год. Обратите внимание на размерность полученного замедления: не (см/с)/год, а (м/с)/год). То есть, обнаруженное замедление по модулю на порядок больше предполагаемого ускорения. Казалось бы, полученный результат полностью перечёркивал утверждение об ускорении расширения Вселенной. Но исследователи посчитали, что полученное замедление вместо ускорения не означает крах их идеи. Нужно просто увеличить точность измерений на три порядка.

Увеличить точность эксперимента в 1000 раз за короткий промежуток времени - это из области фантастики. Поэтому у авторов идеи возник замысел подключиться к другому готовящемуся астрофизическому эксперименту. Это проект по изучению пространственного распределения водорода во Вселенной. Возможно, что авторам идеи удастся внедриться в этот проект. Тогда будем ожидать очередного отрицательного результата. Но зато рекордно дорогостоящего.

В предыдущих статьях теория о расширении Вселенной после Большого взрыва названа "Большое заблуждение". Это очень затянувшееся научное заблуждение - ему почти уже сто лет.

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 1-3 октября 2014 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'