<< 1. Vvedenie
| Oglavlenie |
3. Paradoks Habbla-Sendidzha >>
2. Global'noe i lokal'noe
Chtoby razobrat'sya v suti dela, obratimsya snachala k teorii. V teorii Fridmana prinimaetsya, chto mir v celom yavlyaetsya odnorodnym, to est' veshestvo v nem raspredeleno ravnomerno po vsemu kosmicheskomu prostranstvu. Tak ono v deistvitel'nosti i est': isklyuchitel'noi vazhnosti kosmologicheskii fakt sostoit v tom, chto galaktiki, ih gruppy i skopleniya raspredeleny vo Vselennoi v srednem ravnomerno. Esli myslenno vydelit' v ob'eme Vselennoi oblasti s razmerom v 300-1000 Mpk (i bolee) i podschitat' v kazhdoi iz nih chislo galaktik, to eto chislo okazhetsya prakticheski odinakovym dlya vseh takih oblastei. (Odin megaparsek [Mpk] = million parsek, odin parsek blizok k trem svetovym godam). Ob'em poperechnikom v 300-1000 Mpk, nachinaya s kotorogo raspredelenie galaktik predstavlyaetsya v srednem ravnomernym, nazyvayut yacheikoi odnorodnosti vo Vselennoi. Rassmatrivaemyi v takom ogromnom kosmologicheskom masshtabe, mir galaktik vyglyadit ochen' prostym - odnorodnym i besstrukturnym.
Teoriya Fridmana otnositsya imenno k etim global'nym masshtabam i rasstoyaniyam v mire. Ona govorit nam, chto odnorodnyi mir ne mozhet byt' v pokoe, on dolzhen rasshiryat'sya, tak chto vse galaktiki i ih sistemy dolzhny razletat'sya v prostranstve. Pri etom skorost' vzaimnogo udaleniya lyubyh kosmicheskih sistem dolzhna byt' pryamo proporcional'na rasstoyaniyu mezhdu nimi. Etot zakon pryamoi proporcional'nosti - neizbezhnoe sledstvie odnorodnosti raspredeleniya veshestva: raz Vselennaya odnorodna, ee rasshirenie neizbezhno dolzhno proishodit' po etomu i tol'ko etomu zakonu.
A teper' posmotrim na dannye nablyudenii. Amerikanskii astronom Vesto Slaifer obnaruzhil v 1917-25 gg., chto tumannosti (seichas my ih nazyvaem galaktikami) ne stoyat na meste, a dvizhutsya, i pritom vse (krome samyh blizkih, takih kak Tumannost' Andromedy) udalyayutsya ot nas i drug ot druga. Dvizheniya galaktik byli obnaruzheny po spektram prihodyashego ot nih sveta. Okazalos', chto spektral'nye linii sveta sdvinuty (po sravneniyu s ih "laboratornym" polozheniem) v storonu bol'shih dlin voln, to est' v storonu krasnogo konca spektra. Eto stavshee vskore znamenitym kosmologicheskoe "krasnoe smeshenie". Sdvig spektral'nyh linii v krasnuyu storonu voznikaet vsegda, kogda rasstoyanie mezhdu istochnikom i priemnikom sveta vozrastaet so vremenem, - takov effekt Dopplera, horosho izuchennyi k tomu vremeni v fizike.
Kogda Habbl pristupil k izucheniyu etogo fenomena, v ego rasporyazhenii imelis' izmerennye Slaiferom skorosti udaleniya galaktik, no rasstoyaniya do nih ne byli eshe opredeleny. Opredelenie rasstoyanii - trudneishaya zadacha v astronomii. Ona gorazdo slozhnee, chem opredelenie skorostei; tak obstoyat dela i seichas, tak bylo i vo vremena Habbla. K 1929-mu godu emu udalos' ocenit' rasstoyaniya dlya treh desyatkov galaktik, i eto nemedlenno privelo ego k zamechatel'nomu otkrytiyu: okazalos', chto skorosti udaleniya galaktik proporcional'ny rasstoyaniyam do nih. Etot fakt nazyvayut s teh por zakonom Habbla. Ego zapisyvayut tak:
Zdes' 
- rasstoyanie do galaktiki, 
- skorost' ee udaleniya
ot nas, a koefficient proporcional'nosti 
nazyvaetsya
postoyannoi Habbla. Eta velichina postoyanna v tom smysle, chto ona
ne zavisit ni ot rasstoyaniya do galaktiki, ni ot napravleniya na
nee na nebe.
Zakon Habbla byl naiden po diagramme skorost'-rasstoyanie (sm. Ris.1, na kotorom vosproizvedena original'naya diagramma 1929 goda), gde kazhdaya galaktika predstavlena tochkoi v sootvetstvii s rasstoyaniem do nee (gorizontal'naya os') i skorost'yu udaleniya ot nas (vertikal'naya os'). Samye bol'shie skorosti dostigayut zdes' 10 tysyach kilometrov v sekundu (na vertikal'noi dolzhno byt' km/s - u Habbla opechatka). Samye malye rasstoyaniya na diagramme sostavlyayut 0,1-0,2 Mpk, a samye bol'shie - 2 Mpk.
Ris.1. Diagramma skorost'-rasstoyanie iz raboty Habbla 1929 goda. |
Kak pozdnee (v 1958 g., to est' cherez 30 let) vyyasnil Alan Sendidzh, uchenik i nekogda sotrudnik Habbla, na samom dele vse rasstoyaniya na diagramme raz v desyat' bol'she, chem dumal Habbl. Eto uzhe byla ne opechatka, a oshibka: Habbl sil'no nedoocenil rasstoyaniya do svoih galaktik. No k schast'yu, eto byla sistematicheskaya oshibka, to est' ona byla odinakova dlya vseh galaktik. V rezul'tate s ee ispravleniem zakon Habbla ne byl otmenen, a ostalsya polnost'yu v sile. Tak chto zakon rasshireniya byl v deistvitel'nosti obnaruzhen Habblom na rasstoyaniyah ot 1-2 Mpk i do 20 Mpk.
Porazitel'noe soglasie pryamyh astronomicheskih nablyudenii s ves'ma abstraktnoi (kak pochti vsem ponachalu kazalos') teoriei rasshiryayusheisya Vselennoi proizvelo na vseh sil'noe vpechatlenie v 1920-30-e gody. Deistvitel'no, ne tol'ko sam fakt rasshireniya, predskazannyi teoriei Fridmana, no i vazhneishaya zakonomernost' etogo yavleniya - proporcional'nost' skorosti rasstoyaniyu - byli dokazany v nablyudeniyah. Ne udivitel'no, chto srazu i edinodushno bylo resheno: Habbl otkryl to, chto i bylo predskazano teoriei Fridmana. Sam Fridman do otkrytiya Habbla ne dozhil, on umer v 1925 g. No vse fiziki i astronomy teh let, sredi nih i Einshtein, tverdo stali na etu tochku zreniya. A za nimi ee prinyali i kosmologi dal'neishih pokolenii (vklyuchaya i avtora etih strok).
No vspomnim, chto teoriya Fridmana - eto teoriya samyh bol'shih
masshtabov, prevyshayushih razmer kosmicheskoi yacheiki odnorodnosti.
Nablyudeniya zhe Slaifera i Habbla otnosyatsya k malym masshtabam, k
rasstoyaniyam i ob'emam, lezhashim gluboko vnutri yacheiki
odnorodnosti: naimen'shie rasstoyaniya v nablyudeniyah Habbla (
Mpk) v 300-1000 raz men'she razmera yacheiki odnorodnosti
(300-1000 Mpk). K stol' malym masshtabam teoriya Fridmana
neprimenima: v blizhnei Vselennoi net odnorodnosti. A k global'noi
fridmanovskoi kosmologii nablyudeniya Habbla ne imeyut otnosheniya:
rasstoyaniya u nego slishkom maly.
Vyhodit, chto oblast' primenimosti teorii ne perekryvaetsya s oblast'yu nablyudenii. Global'nuyu teoriyu i lokal'nye nablyudeniya sravnivat' i sopostavlyat' nel'zya - oni govoryat o raznyh veshah.
V deistvitel'nosti nablyudatel'noe podtverzhdenie teorii Fridmana prishlo ne vo vremena Slaifera i Habbla, a gorazdo pozzhe, 30-40 let spustya, kogda nablyudeniyam stali dostupny rasstoyaniya, vyhodyashie za razmery kosmicheskoi yacheiki odnorodnosti (sm. ob etom v knige Yu.N. Efremova "V glub' Vselennoi", URSS, 2003). I deistvitel'no: na global'nyh rasstoyaniyah, dostigayushih tysyach megaparsek, galaktiki, ih gruppy i skopleniya na samom dele udalyayutsya ot nas i drug ot druga i pritom po zakonu pryamoi proporcional'nosti skorosti rasstoyaniyu. Zakon Habbla spravedliv ne tol'ko v malyh masshtabah, gde on byl vpervye eksperimental'no obnaruzhen, no i v samyh bol'shih masshtabah tozhe (ris.2), – v polnom sootvetstvii s Fridmanovskoi teoriei. Na etom novom etape razvitiya nablyudatel'noi kosmologii vedushuyu rol' snova sygral Sendidzh.
Ris.2. Sovremennaya diagramma skorost'-rasstoyanie, poluchennaya po dannym o sverhnovyh. Malen'kii kvadrat v nachale koordinat – oblast', sootvetstvuyushaya original'noi habblovskoi diagramme (ris.1). |
Teoriya odnorodnoi rasshiryayusheisya Vselennoi vyderzhala proverku ne tol'ko v nablyudeniyah dalekih galaktik, no i v nablyudeniyah reliktovogo izlucheniya, kotoroe okazalos' odnorodnym po prostranstvu s tochnost'yu do tysyachnyh dolei procenta. Eta porazitel'naya dlya kosmologii tochnost' dostignuta v nablyudeniyah 1992-2003 gg. Takova kolichestvennaya mera global'noi odnorodnosti mira, a zaodno i ukazanie na to, s kakoi tochnost'yu spravedlivo predpolozhenie, lezhashee v osnove teorii Fridmana. Mir odnoroden v samyh bol'shih masshtabah, no eto ne absolyutnaya, ne ideal'naya odnorodnost'. V real'nom mire odnorodnost' narushena, no ochen' slabo. Tak chto teoriya Fridmana - prekrasnoe pervoe priblizhenie k global'noi kosmologicheskoi real'nosti.
S global'noi kosmologiei vse yasno i vse v poryadke. No kak byt' s otkrytiem Habbla? Chto ono oznachaet? Kakov ego nastoyashii smysl? Chtoby eto ponyat', nuzhno prezhde vsego razobrat'sya v tom, chto zhe v deistvitel'nosti predstavlyaet soboi blizhnyaya Vselennaya, kotoruyu nablyudal Habbl.
<< 1. Vvedenie | Oglavlenie | 3. Paradoks Habbla-Sendidzha >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - temnaya energiya
Publikacii so slovami: Kosmologiya - temnaya energiya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
