Мельников В.І. Теорія замкнутої системи
3.6. червоне зміщення
Червоне зміщення було відкрито Слайфером в 1914 р за спектрами невеликої кількості космічних об'єктів (позагалактичних туманностей). У 1929 р на більш великому матеріалі Хаббл встановив приблизну лінійну залежність його від відстані. Фіолетове зміщення виявлено для найближчих галактик. Червоне зміщення в даний час є основним фактом, що лежить в основі сучасної космології [15, 16, 17, 33, 34, 49, 94]. Червоне зміщення вимірюється однією величиною
де δλ - зміна довжини електромагнітного випромінювання; (- довжина вихідної хвилі. Незалежність Z від λ лежить в основі сучасної інтерпретації метагалактіческом червоного зсуву як узагальненого ефекту Доплера. У системі відліку, супутньої Метагалактиці, цей ефект зводиться до власне подовжньому ефекту Доплера, зумовленого деформацією цієї системи. Обговорення питання про можливість іншого пояснення метагалактіческом червоного зсуву показало, що всі інші фізичні процеси, притягалися для такого пояснення, як гіпотетичні, так і дійсно існуючі, що не Залишкова. Вони або взагалі не можуть привести до червоного зсуву (таке, наприклад, розсіювання фотонів на діраковской тлі електронів або спонтанне розщеплення фотонів), або призводять до занадто слабкому червоному зсуву (таке, наприклад, випромінювання гравітаційних хвиль електромагнітними хвилями), або, нарешті , повинні викликати, крім червоного зсуву, такі побічні явища, які в дійсності відсутні (таке, наприклад, розсіювання фотонів на будь-яких частках). Таким чином, в результаті дискусії дійшли висновку, що поздовжній ефект Доплера (по відношенню до супутньої системі відліку) залишається єдиним відомим фізичним явищем, яким можна пояснити властивості метагалактіческом червоного зсуву.
Доплерово тлумачення червоного зсуву призводить до подання про розширення Метагалактики, саме про взаємну видаленні одиночних галактик і скупчень галактик, тобто про збільшення відстаней між ними, яке, взагалі кажучи, не супроводжується таким же збільшенням розмірів галактик і космічних тіл.
Однак подальша історія подібної інтерпретації та використання її для побудови численних космологічних моделей Всесвіту на основі використання загальної теорії відносності, однорідної і неоднорідної, ізотропної і анізотропної Всесвіту, однорідності і неоднорідності просторово-часового континууму, пропозицій про ті чи інші розподілах маси у Всесвіті і інших вихідних умов, привели до побудови великої кількості різних космологічних моделей Всесвіту.
Основні труднощі, які зіграли явну або не з'явилися-ву роль в появі нових теорії, полягають в наступному [33, 34].
1. Чисельність моделей. По-перше, при будь-якому значенні космологічної постійної рівняння Ейнштейна допускають однорідні ізотропні моделі різних типів, що розрізняються значенням k і (при) характером поведінки з часом. По-друге, для кожного типу рівняння дають континуум рішень. Множинність моделей природна, якщо їх застосовують лише до обмежених областей всесвіту. Але модель Всесвіту як цілого, якщо така модель взагалі принципово можлива (що далеко не очевидно), повинна бути єдина, як єдина і сама Всесвіт.
2. непоясненим емпірична зв'язок метагалактіческіх параметрів з мікрофізичної константами. Саме безрозмірні відносини микрофизических (складених з с. Елементарного заряду е і маси електрона m) величин до Н (постійна Хаббла) і ρ (розподілена щільність матерії у Всесвіті, тобто і) в сучасну епоху по порядку величини (грубо кажучи, близько 10 40) мало відрізняються один від одного і від ставлення електростатичного і гравітаційної сил, що діють між протоном і електроном (тобто, де mp - маса протона (γ - гравітаційна постійна). Наслідком цих двох збігів є і інші, наприклад близькість числа нуклонів в сфері радіусу сН -1 () к. (В моделях, для яких існує алгебраїчна зв'язок між Н і ρ. число незалежних збігів знижується до одного). Для пояснення зазначених збігів однієї лише теорії тяжіння, очевидно, недостатньо.
Можливо, ці збіги відносяться лише до деяких граничних значень метагалактіческіх параметрів і мають суто космогонії. Останнє природно, якщо застосовувати моделі до обмежених областей всесвіту. Але по відношенню до моделі Всесвіту як цілого зазначені збіги набувають іншого, істотно космологічний характер.
3. Наявність сингулярностей ( «особливих станів») на початку розширення (за винятком типів A2 і M2 при λ> 0) і в кінці стиснення (λ - коефіцієнт з рівнянь Ейнштейна). Ці сингулярності в рішеннях є межами інтервалу часу, на якому теорія може бути застосована або має сенс, і можуть вказувати, наприклад, на недостатність теорії тяжіння Ейнштейна при дуже високій щільності (у всякому разі, вище ядерної). У застосуванні до Всесвіту як цілого вони тлумачилися як кордону (початок, кінець) течії часу або існування Всесвіту, що було очевидним чином використано для теологічних висновків. Разом з тим в минулому припускали, що походження хімічних елементів можна пояснити проходженням всесвіту через стану, близькі до особливих. Це припущення сприяло збереженню ідеї розширення від «особливого стану». В даний час походження елементів в грубих рисах пояснюють в теорії еволюції зірок, поза зв'язком з ідеєю «особливого стану».
4. Труднощі зі шкалою часу, тобто невязки між тривалістю епохи розширення Т. з одного боку, і космогонічними оцінками віку різних об'єктів - з іншого. При старою шкалою метагалактіческіх відстаней, прийнятої до 1952 р H0 -1 = 1,8 млрд. Років. Це значення менше оцінок віку земної кори і хімічних елементів, що призводило до суперечності при λ <= 0, когда T
Згодом «довга» шкала була визнана безпідставною і майже всіма залишена. В даний час можна говорити лише про невязке в межах «короткій» шкали (між тривалістю епохи розширення і віком найбільш старих зірок і галактик).
5. Труднощі, які відчувають космогонієй при поясненні походження різних космічних об'єктів в сучасних фізичних умовах. У минулому, зважаючи на ці труднощів, намагалися відносити освіту космічних об'єктів в минулі епохи з іншими фізичними умовами до станів високої щільності в моделях з сингулярностями, до стадії слабо прискореного розширення в моделях типів A2 і М1 (λ> 0) і навіть до епохи одвічного стиснення в моделі типу М2 (λ> 0). Однак згодом було з'ясовано, що існують зірки і галактики різних вікових груп і що процес їх утворення (з дифузійної або щільної матерії), по-видимому, відбувається і в даний час. Труднощі в поясненні їх походження, по суті, стосуються більше космогонії, ніж космології.
6. Деякі ухилення в розподілі і русі галактик від однорідності і изотропии. Виявлення цих відхилень змушує відтісняти застосування постулатів однорідності і изотропии до дедалі більших, менш дослідженим масштабами.
Всі перераховані труднощі, крім останнього, зіграли у відповідний час свою роль в появі нових теорій однорідного ізотропного Всесвіту. Для розвитку теорії анізотропного неоднорідного Всесвіту найбільше значення мають проблема сингулярностей, труднощі зі шкалою часу (в їх сучасній формі) і ухилення від однорідності і изотропии.
Моделі А. Ейнштейна, де Ситтера, А. Фрідмана, Г. Робертсона, Ж. Леметра, А.З. Петрова, Е. Еддінгтона, П. Дірака, Йордану, Мілна, Бонда-Голда, Хойла, Гамова, Альфера, Зельдовича, Дж. Піблс, А. Гута, А. Лінде, Х. Альфена, А. Сахарова та ін. [15 , 31, 33, 49, 82, 85, 94, 113, 115] намагалися усунути вищевказані та інші суперечності, але поступово ставало ясно, що прийнятих при розробці моделей вихідних даних або недостатньо, або вони невірні, або потрібно принципово нова постановка основних питань космології, включаючи саме визначення космології, її основи, і навіть поняття Всесвіту [34].
Одним з таких принципово нових постановок відомих космологічних питань і їх вирішення може з'явитися використання в якості методологічної основи ТЗС і розробленої на її основі моделі узагальненого фізичного процесу (далі модель) (розд. 3.2). Зазначена модель дозволяє інтерпретувати червоне зміщення, як результат деякого гіпотетичного процесу загасання енергії хвилі, пропорційного пройденого відстані.
Відповідно до моделі процес поширення електромагнітних хвиль є рядовим фізичним процесом, описуваних поруч узагальнених параметрів, зокрема, рівнем, інтенсивністю, опором, потужністю і ін.
Інтенсивність будь-якого процесу в узагальнених параметрах (п. 3.2) описується наступним виразом
де I та U - відповідно інтенсивність і рівень процесу; R - опір, яку долає рівнем процесу.
Рівень U включає в себе всі активні, рушійні сили процесу, а опір R об'єднує всі фактори, які гальмують процес. Інтенсивність I набуває сенсу результативності протистояння активних і тор-мозящіх факторів.
Стосовно до процесу переміщення в просторі інтенсивність набуває сенсу швидкості переміщення, рівень - узагальненої рушійної сили F 0. а R 0 - питомої узагальненої сили опору щодо швидкості v. тобто