Баллистическая


Природа красного смещения



жүктеу 8.2 Mb.
бет25/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   99

Природа красного смещения

Обыкновенно смещение спектральных линий рассматривается как следствие движения светила по лучу зрения. Но, вообще говоря, могут существовать и другие причины такого смещения, и мы можем рассматривать всякое смещение линий как следствие двух причин: 1) скорости движения (принцип Доплера) и 2) как следствие неизвестного фактора… Отсюда получается общее выражение для смещения спектральных линий: Δλ=Δ1λ+f(r2λ, где f(r) - пока неизвестная функция расстояния. Итак расстояние светящегося источника оказывает какое-то влияние на световую волну, увеличивая её длину; иными словами, на расстоянии утрачивается некоторое число колебаний.



А.А. Белопольский, "Новые исследования спиральных туманностей" [17, с. 271]

Рис. 54. Аристарх Аполлонович Белопольский (1854 - 1934)

Два рассмотренных приложения общей теории относительности к Космосу - это ничто в сравнении с тем, что она сотворила с нашим представлением о Вселенной. Именно теория относительности привела учёных к мысли, что наша Вселенная нестационарна, непостоянна, а однажды лопнув, взорвавшись, раздувается, словно мыльный пузырь, что якобы подтверждают и красные смещения в спектрах галактик. Именно раздуванием Вселенной Эйнштейн, Фридман, Де Ситтер и другие сторонники теории относительности объясняли открытые Хабблом красные смещения в спектрах галактик, растущие с их удалённостью. Напомним, что в XX в. астрономы выявили у света далёких галактик, разложенного в спектр, странную особенность: все спектральные линии были сдвинуты к красному концу спектра: длина волны λ испущенного света наблюдалась увеличенной до λ'. Причём этот сдвиг z=(λ'-λ)/λ был тем больше, чем дальше от нас находилась соответствующая галактика. "Покраснение" света, то есть уменьшение его видимой частоты по сравнению с действительной f, даётся законом Хаббла f΄/f=1–LH/c, или проще z=LH/c, где L – расстояние до галактики, а H – постоянная Хаббла, равная примерно 55 (км/с)/Мпк. К этому времени нашим замечательным астрофизиком А. Белопольским (Рис. 54) была уже экспериментально доказана применимость эффекта Доплера к свету, в том числе к звёздному. Спектральные линии звёзд и других движущихся объектов смещались пропорциональной их лучевой скорости (Рис. 55). Поэтому сочли, что красное смещение является доплеровским и вызвано разлётом галактик со скоростью v=LH. Значение H показывает, что скорость удаления галактик растёт на 55 км/с на каждый мегапарсек (Мпк).

Рис. 55. Изучение спектров звёзд с помощью спектрографа, разлагающего свет в радужную полоску с тёмными линиями поглощения. По смещению полос находят скорости объектов.

Правда, многие не согласились с таким объяснением смещения. Кстати, и сам Хаббл, как замечательный астроном-наблюдатель, открыв одноимённый закон, говорил в нём исходно не о разбегании галактик со скоростью, нарастающей по мере удаления, а лишь о пропорциональности красного смещения расстоянию до галактик z=LH/c. Но поздней без всякого основания закон Хаббла стали формулировать в виде v=LH [151]. Так, из этой доплеровской трактовки красного смещения было неясно, чем вызван разлёт галактик и пропорциональность их скоростей расстоянию. Поэтому возникло и альтернативное объяснение красного смещения, предложенное в 1930 г. Аристархом Аполлоновичем Белопольским. Он предположил, что сдвиг частоты (красное смещение) вызван не доплер-эффектом от гипотетического разбегания галактик (расширения Вселенной), а предполагаемым эффектом постепенного старения света, теряющего по мере движения энергию [87]. Тогда, чем дальше находится галактика, и чем дольше до нас добирался её свет, тем меньше его энергия и частота f (или ν) - больше красное смещение [17].

Так же считал и Циолковский: "Если они [галактики] и двигаются, то неправильно, в самых разнообразных направлениях и с обыкновенными астрономическими скоростями – в десятки и сотни километров. Как же это примирить с несомненным указанием спектральных линий? Их перемещение указывает на увеличение длины световых волн, идущих от далёких, почти невидимых солнц. Но отчего может происходить это увеличение? Оно может происходить не только от движения небесных тел, но также и от других причин". В качестве вероятной причины этого эффекта Циолковский видел непостоянство скорости света [159, с. 286]. Однако вскоре эта теория, поначалу встретившая активную поддержку со стороны многих учёных, была забыта частью под давлением физиков-релятивистов отрицавшим переменность скорости света и верившим в расширение Вселенной и Большого Взрыва, а частью из-за скорой смерти главных защитников теории старения света: Белопольский умер в 1934 г., а Циолковский - в 1935 г., сразу после издания том же году его работы "Библия и научные тенденции запада", где критиковал теорию расширения Вселенной, Большого Взрыва и отстаивал гипотезу старения света.



Рис. 56. Красное смещение в спектрах галактик как результат вращения их ядер и старения света.

И хотя поборники теории относительности с этой гипотезой расправились, вынудив её уйти в подполье, благодаря БТР она снова обретает мощную огневую поддержку и вступает в строй. Действительно, а что если красное смещение связано не с эффектом Доплера, а с упоминавшимся эффектом Ритца? Ведь ритц-эффект f΄/f=1-Lar/c2, в отличие от доплеровского, как раз даёт зависимость от расстояния L, как в законе Хаббла f΄/f=1-LH/c и в гипотезе старения света. То есть при одном и том же ускорении ar галактик их красное смещение получалось бы тем больше, чем они дальше. Причём, очевидно, это ускорение должно быть направленно от нас (лучевое ускорение положительно) и иметь значение ar=cH. Тогда формула Ритца автоматически перейдёт в закон Хаббла (Рис. 56). Точно так же и для длины волны света, если скорость света c не постоянна, а вопреки Эйнштейну зависит от скорости источника света по классическому закону сложения скоростей, то вращение галактик приведёт к постепенному нарастанию длины волны λ света пропорционально пройденному светом пути L. Ведь ускорение a звёзд, вызванное вращением галактики, ведёт к изменению их лучевой скорости. Соответственно, скорость испущенного ими света будет в каждый последующий момент времени меньше, чем в предыдущий, на величину убавки скорости звёзд. Поэтому волновые фронты, испущенные в разные моменты и имеющие разные скорости, будут всё более расходиться, наращивая по эффекту Ритца длину волны λ'=λ(1+Lar/c2), что при условии ar=cH опять же переходит в хаббловский закон красного смещения λ'=λ(1+LH/c).

На первый взгляд, лучше ничуть не стало: просто вместо скоростей у галактик объявились ускорения, а "разброд" Вселенной остался. Но присмотримся поближе: галактики состоят из миллиардов звёзд, обращающихся вокруг галактического центра O, как было открыто всё тем же Хабблом и задолго до него предсказано Демокритом в его концепции космических вихрей [31]. А где есть вращение, там всегда и центростремительное ускорение a= v2/r (где v - окружная скорость на расстоянии r от центра), направленное в видимой нам части галактик как раз от нас (Рис. 57). Итак, если красное смещение вызвано эффектом Ритца, то создаёт его не разлёт галактик, но их вращение, причём вращательное ускорение a=v2/r должно равняться cH.



Рис. 57. Вращение галактики.

Выходит, по БТР постоянная Хаббла должна иметь значение H=v2/rc. Проверим. Не будем проводить статистический анализ данных о вращении галактик, а воспользуемся обычным в астрономии приближением, положив, что в среднем параметры большинства галактик сходны. Поэтому значения v и r, известные для нашей Галактики, будем считать справедливыми и для всех прочих. Самая яркая часть Галактики, её ядро, имеет радиус r = 2000 пк=0,002 Мпк, скорость v на этом расстоянии - около 180 км/с [142, с. 91], скорость света c=300000 км/с. Подставляя всё в формулу H=v2/rc, имеем H=54 (км/с)/Мпк, что лежит близко к принятому значению постоянной Хаббла H=55 (км/с)/Мпк [142, с. 83]. Значения H, рассчитанные для других v и r, приведены ниже (Таблица 1). Все они лежат в пределах допускаемых значений постоянной Хаббла.


радиус R, пк

скорость V, км/с

H, (км/с)/Мпк

1000

200

133

2000

180

54

10000

250

21

Таблица 1. Сравните рассчитанные по формуле H= V2/Rc значения постоянной Хаббла, найденные в зависимости от V и R, с принятым в астрономии H= 55 (км/с)/Mпк. (значения H, V, R - из [12])

Итак, закон красного смещения оказывается естественным и даже необходимым следствием баллистического принципа, а не вымышленного расширения, как прежде. Но значительно важней другое: впервые найдена формула H=v2/rc, задающая постоянную Хаббла через известные параметры и дающая значения, очень близкие к наблюдаемым. Так может и впрямь ни к чему считать, что галактики разбегаются?

Понятно, почему смещение именно красное, а не синее: нам всегда видна ближняя часть ядер галактик, а ускорение там направленно от нас. Обратной стороны ядра, где ускорение направлено к нам (и смещение синее), мы не видим из-за непрозрачной сердцевины ядра, заполненной межзвёздными облаками газа и пыли (даже сквозь ядро нашей Галактики в оптическом диапазоне ничего не видно). Поэтому синего смещения мы не видим, хотя оно и существует. А поскольку ядра галактик обычно сферичны и ускорение в любой их точке (даже на полюсах ядра) направлено к центру тяготения, то независимо от наклона галактики к лучу зрения, ускорение в ближайшей к нам (и потому наиболее яркой, не затемнённой) части ядра будет всегда направлено от нас. Так что красное смещение галактик почти не зависит от их наклона.

Итак, БТР по-своему подтверждает гипотезу старения света и снимает все возражения против неё. Так, полагали, что при старении света величина f΄/f зависела бы не только от расстояния, но и от частоты f. Кроме того наблюдения удалённых галактик показали, что пропорционально частоте в них изменена и длительность процессов. Старение же света, как считали, должно менять лишь частоту, не затрагивая масштаба времени T΄/T. На самом же деле ритц-эффект, как следует из его формулы, должен проявляться совершенно аналогично доплеровскому – одинаково на всех частотах, и с соответствующим преобразованием масштаба времени T΄=T(1+Lar/c2). А потому ничто не запрещает считать, что красное смещение вызвано вовсе не безумной гонкой галактик, а лишь плавным их кружением в классическом "вальсе" (Рис. 58).

Рис. 58. Красное смещение в спектрах ядер далёких галактик как следствие вызванного их вращательным ускорением эффекта Ритца.

Если нет "разбегания", то закон Хаббла будет верен лишь в отношении галактик, да и то не всех. К другим объектам Вселенной он не применим, или, по крайней мере, для разных их типов должны приниматься свои значения H=v2/rc: ведь размеры и вращение у разных групп объектов сильно разнятся. Хотя в среднем ускорения в разных галактиках близки, они всё же не совпадают и потому величина H=a/c для них различна. Видимо, именно в этом причина колебаний учёных в выборе постоянной Хаббла: разные оценки дают сильно несхожие её значения. И до сих пор можно считать, что H заключено где-то между 50 и 100 км/с/Мпк. А принятое значение H=75 км/с/Мпк – это по большей части результат договорённости, а не точного измерения. Тем самым эффект Ритца решает многие парадоксы и несоответствия красного смещения, например различные красные смещения для одинаково удалённых объектов. Так, Гальтоном Арпом было выявлено множество парных, физически связанных галактик, компоненты которых должны находиться на одинаковом удалении от нас и иметь по закону Хаббла одинаковые красные смещения, которые на деле сильно разнятся [52, 87, 155]. Современная космология объяснить этого не может, тогда как с позиций эффекта Ритца этого и следовало ожидать: красные смещения зависят не только от удалённости L, но и от типа объекта, от его вращательного ускорения ar.

Столь же просто эффект Ритца объясняет и другие парадоксы красного смещения. Впрочем, были возражения и против трактовки красного смещения с позиций эффекта Ритца. Так, звёзды обращаются не только вокруг центра галактики, но и вокруг своей оси и по орбитам, обладая при этом ускорениями много большими галактических. Соответственно больше вышли бы и красные смещения, и постоянная Хаббла. Но надо учесть, что все галактики погружены в облака очень разреженного межзвёздного газа, крутящиеся вместе с галактиками. Переизлучение света газом и приводит к тому, что существенным (влияющим на скорость идущего к нам света) оказывается только общее движение звёзд вместе с галактикой, тогда как их индивидуальные скорости, переданные свету, гасятся, нивелируются газом и становятся несущественны.

Впрочем, судя по всему, остаются ничтожные следы этих скоростей. Ведь гашение никогда не бывает полным, абсолютным, оно лишь затушёвывает, ослабляет влияние скорости источника на скорость света в очень большое, но всё же конечное число раз b. Поэтому в частности обнаружен эффект аналогичный покраснению спектров далёких галактик, но внутри нашей галактики, для отдельных звёзд. Это явление открыто всё тем же А. Белопольским и проассоциировано им с красным смещением галактик [17, с. 268]. Белопольский обнаружил, что звёзды нашей Галактики также имеют тенденцию к сдвигу спектральных линий в красную сторону, тем более сильному, чем дальше от нас эти звёзды расположены. То есть имеет место тоже своего рода закон красного смещения, но с заметно большей постоянной Хаббла, превышающей известную примерно в 50 раз. Это связано с тем, что ускорения звёзд, как говорилось, заметно больше галактических. Если ускорение ar, вызванное вращением звёзд вокруг центров галактик, составляет порядка 10-9 м/с2, то ускорение, связанное с вращением звёзд и движением их атомов в поле тяготения звезды, уже порядка 1 м/с2, то есть на 9 порядков больше.

Впрочем, как говорилось, заметная часть этих движений, переданных свету, гасится средой и потому отличие коэффициентов в законах красного смещения для звёзд и галактик составляет лишь два порядка. Таким образом, если свет движется в среде, в эффекте Ритца надо учесть коэффициент b гашения средой отклонений от скорости света. Тогда формула Ритца запишется уже в виде f΄/f=1-La/bc2, где коэффициент b порой тоже содержит зависимость от L, как показал Фокс, экспоненциальную. Поэтому влияние индивидуальных движений и удалённостей звёзд на их красное смещение по эффекту Ритца можно обнаружить лишь внутри нашей Галактики, да и то в сильно ослабленном виде. Это ослабление надо учитывать и в других проявлениях эффекта Ритца для звёзд (скажем, при объяснении переменных звёзд, цефеид, где эффект Ритца часто проявляется в гораздо меньшей степени, чем следовало ожидать). Лишь когда свет покинул мало-мальски плотные слои межзвёздного газа и распространяется в почти идеальном вакууме, становится справедлива исходная формула Ритца f΄/f=1-La/c2, и красное смещение растёт в согласии с законом Хаббла.

Таким образом, в других галактиках мы наблюдаем явления (движения звёзд, вспышки цефеид, сверхновых) в том же виде, как если б они происходили в нашей, с той только разницей, что все спектры смещены в красную сторону за счёт общего, галактического движения звёзд. Так же и в звёздных атмосферах беспорядочные движения отдельных атомов оказываются несущественны (§ 2.9.). Атмосфера звезды сглаживает различия в скорости света, испущенного разными излучателями. Во всех случаях существенно только общее движение источников света. Связано это с тем, что свет, проходя через газовые среды и атмосферы, постепенно переизлучается, рассеивается их атомами со скоростью равной c уже относительно среды. Скорость света от подвижного источника постепенно приводится средой к скорости c относительно среды (§ 1.13.). Как показал Дж. Фокс в 1965 г., происходит это тем эффективней, чем плотней среда и чем толще пройденный светом слой вещества [2]. И хотя межзвёздный газ в галактиках крайне разрежен, огромная протяжённость галактик и облаков газа всё же приводит скорость света к c. Для электромагнитных волн разного диапазона толщина переизлучающего слоя различна. Вероятно, именно в этом причина некоторых различий красных смещений, найденных для одной и той же галактики оптически и радиоастрономически, что невозможно по хаббловской теории расширения [87].

Рис. 59. Вращение галактики создаёт ускорение звёзд a, направленное вдоль луча зрения r, приводя по эффекту Ритца к покраснению света.

Наличием газовых атмосфер, окружающих галактики, можно объяснить и то, что эффект Ритца не приводит к заметному уширению спектральных линий далёких галактик. А ведь ритц-эффект сдвига частоты пропорционален лучевому ускорению, и если рассмотреть яркое сферическое ядро галактики, то по центру лучевая составляющая центростремительного ускорения будет максимальной, а на краях – нулевой (Рис. 59). Соответственно одни звёзды дадут сильный сдвиг в красную сторону, другие – почти нулевой, а третьи – промежуточный. Это вело бы к сильному размыву, уширению линий, отсутствующему у галактик. Но вспомним, что индивидуальные движения звёзд в галактиках мало влияют на скорость идущего от них света: свет переизлучается облаками газа, кружащими возле галактик, и именно относительно газа имеет скорость c, а значит именно его ускорение даёт сдвиг частоты по эффекту Ритца. Если ж учесть, что радиус R таких облаков в несколько раз превосходит радиус r ядер галактик, то в той части облака, на которую проецируется изображение галактики и её ядра (на Рис. 60 заштрихована), разница лучевых ускорений окажется ничтожна, а значит почти совпадут и красные сдвиги. Если отношение радиусов R/r=n, то относительная разница лучевых ускорений составит 1/2n2. При отношении n=3 разница лучевых ускорений составит лишь 6 % от их величины, а при n=10 – вообще 0,5 %. Соответственно и уширение линий ничтожно. Даже для галактик, убегающих от нас, как считают, со скоростью в с/5= 60000 км/с, это уширение линий на 0,5 % будет соответствовать разбросу скоростей звёзд в 300 км/с, что сравнимо с реально наблюдаемым доплеровским уширением линий от обращения звёзд. А для галактик не столь отдалённых это уширение и вовсе незаметно.

Рис. 60. Переизлучение вращающимся облаком газа света ядер даёт сдвиг линий без их уширения.

Наличием газовых облаков, объемлющих галактики и кружащих вместе с ними, легко объяснить и то, что смещение именно красное и не зависит от наклона галактики. Свет от галактики идёт и переизлучается через центральную, ближнюю к нам часть облака, в которой ускорения направлены строго от нас, что и ведёт к снижению частоты света. Облака газа простираются от галактик довольно далеко, но они всё более разрежаются, и потому реально переизлучать способна лишь ближняя часть облака некого радиуса R. То есть переизлучение идёт с поверхности сферы, вне которой плотностью облака можно условно пренебречь.

Впрочем, следы неравных ускорений звёзд всё же остаются. Так, у иных галактик некоторые линии излучения и поглощения дают разные красные смещения, не объяснённые космологией [87]. Объяснить их можно наличием просветов в межзвёздных облаках и тем, что части галактик и их спутники лежат вне облака, а ритц-эффект вызван их собственными ускорениями. Заметим, что облака газа влияют на сдвиг частот лишь от эффекта Ритца, но не Доплера, поскольку доплер-эффект зависит только от лучевой скорости источника, и переизлучение не меняет сдвига частоты. А ритц-эффект зависит как от лучевого ускорения ar, так и от удалённости L. Это проявляется и при поглощении света. Так, если линию поглощения даёт не галактика, а облако газа где-то на пути к ней, то красное смещение линии будет пропорционально расстоянию до облака, ибо только с этого расстояния начнёт расти сдвиг линии поглощения. Такие линии поглощения межгалактического газа с промежуточными смещениями действительно найдены. Также межгалактический газ, несмотря на разреженность, может частично гасить изменения в скорости света, снижая найденную для сверхдальних галактик постоянную Хаббла. Такой эффект, поставивший в тупик космологию, действительно выявлен. Но космологи не нашли ничего лучше, как счесть Вселенную мало того что расширяющейся, так ещё и ускоренно, за счёт выдуманной ими тёмной энергии.

Примечательно, что открытый Ритцем эффект уже в 1908 г. позволял предсказать существование и величину красного смещения в космосе задолго до того как оно было открыто Хабблом. Значит, правы оказались как раз А. Белопольский и К.Э. Циолковский, а не армии астрономов-теоретиков. Вообще удивительно, что многие до сих пор игнорируют научные идеи Циолковского, хотя именно он проложил путь в Космос, заложил фундамент космонавтики и ракетной техники. Развитые Циолковским оригинальные мысли о строении материи, света, иерархии и развитии Космоса [159] до сих пор отвергают и замалчивают, ввиду их расхождения с принятой моделью мира. И всё же именно они, как видим, находят ныне подтверждение на базе космических наблюдений последних лет и баллистической теории. Взгляды Циолковского интересны уже потому, что в реальном, практическом плане он сделал для человечества неизмеримо больше, чем армии теоретиков, придумавших абстрактную модель мира.

Точно так же и Белопольский, больше чем кто-либо другой сделавший для практического развития спектроскопических методов исследований в астрономии, совершивший огромное число важных астрономических открытий не был понят современниками и многие его астрофизические теории, в том числе в отношении красного смещения и цефеид были незаслуженно отвергнуты и забыты. Лишь сейчас, спустя почти век, эти идеи постепенно обретают признание, поскольку обретают строгое обоснование на базе БТР. Итак, забытые идеи Белопольского обретают новую жизнь, если принять введённые Ритцем эффект и принцип сложения скорости света и источника. Подобно своему древнегреческому тёзке, Аристарху Самосскому, понявшему, что Земля обращается вокруг Солнца (а не наоборот), Аристарх Аполлонович Белопольский на основе наблюдений пришёл к своему, сильно отличному от общепринятого видению космоса, так же нашедшему обоснование лишь много позднее. Это характеризует Белопольского как гениального провидца и пионера астрофизики, сумевшего в своё время увидеть не только значение спектральных приборов, но и замечательное будущее этой науки. Так же и Ритц открыв одноимённый эффект по сути предсказал пропорциональное расстоянию красное смещение далёких космических объектов задолго до того как оно было открыто Э. Хабблом.





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет