Противоречия современной космологии - Красное смещение: закон Хаббла

До недавнего времени считалось, что факт постоянного расширения Вселенной установлен твердо. Самые далекие из известных галактик и квазаров имеют такое большое красное смещение, что длины волн всех линий в их спектрах оказываются больше, чем у близких источников, в пять-шесть раз. Если Вселенная расширяется, сегодня мы видим ее не такой, какой она была в прошлом. Миллиарды лет назад галактики располагались значительно ближе друг к другу. Еще раньше отдельных галактик просто не могло существовать, а еще ближе к началу расширения не могло быть даже звезд.

Оценки возраста галактик пока слишком приближенны, чтобы уточнить эти цифры. Но надежно установлено, что самые старые звезды различных галактик имеют примерно одинаковый возраст. Следовательно, большинство звездных систем возникло в тот период, когда плотность вещества во Вселенной была значительно выше современной.

Это привело к мысли, что на начальной стадии все вещество Вселенной имело настолько высокую плотность, что ее даже невозможно себе представить. Идею о расширении Вселенной из сверхплотного состояния ввел в 1927 г. бельгийский астроном Жорж Леметр, а предположение, что первоначальное вещество было очень горячим, впервые высказал Георгий Антонович Гамов в 1946 г. Впоследствии эту гипотезу подтвердило открытие так называемого реликтового излучения. Оно осталось как эхо бурного рождения Вселенной - Большого Взрыва.

Представление о возникновении и эволюции Вселенной является наиболее глубоким следствием современной физики. Свидетельство эволюции есть красное смещение уровней атомов на звездах, измеряемое на земле.

Однако в последние годы классическая космология столкнулась с целым рядом проблем и противоречий. В современной единой теории взаимодействий эти проблемы принято решать первичным расширением Вселенной по экспоненциальному закону (закону "инфляции"). Инфляция, эволюция химического состава Вселенной в радиационной стадии, реликтовое излучение и переход в стадию пыли стали хрестоматийными догмами стандартной космологии.

Сегодняшнюю скорость расширения Вселенной можно определить, измеряя по эффекту Доплера скорости удаления от нас других галактик. Такие измерения можно выполнить очень точно. Но расстояния до других галактик нам плохо известны, потому что их нельзя измерить непосредственно. Мы знаем лишь, что Вселенная расширяется за каждую тысячу миллионов лет на 5-10%.

Современные космологические модели приводят к выводу, что судьба расширяющейся Вселенной зависит только от средней плотности заполняющего ее вещества и от значения постоянной Хаббла. Если средняя плотность равна или ниже некоторой критической плотности, расширение Вселенной будет продолжаться вечно. Если же плотность окажется выше критической, то расширение рано или поздно остановится и сменится сжатием. Красное смещение линий в спектрах галактик обратится в фиолетовое. Критическая плотность мира определяется современным значением постоянной Хаббла Н=10-29 г/см2, или 10-5 атомных единиц массы в каждом кубическом сантиметре. При такой плотности получается, что грамм вещества содержится в кубе со стороной 40 тыс. км, что противоречит здравому смыслу. Определить точно постоянную Хаббла непросто. Галактики могут иметь довольно высокие случайные скорости (до 1000-2000 км/с), никак не связанные с космологическим расширением. Чтобы вычислить постоянную Хаббла приходится измерять красные смещения не близких, а достаточно далеких галактик, расстояние до которых установить очень трудно. Как говорилось выше, современное значение постоянной Хаббла лежит в интервале 60-80 км/(с-Мпк).

Последние данные по измерению зависимости красного смещения от расстояния до Сверхновых звезд, полученные независимо сразу двумя группами астрономов, несколько меняют классические представления.

Ученые пришли к выводу, что Вселенная заполнена т. н. темной энергией, которая получила название темной материи (или темного вещества, или квинтэссенции). Данные получены внутри галактик, но галактики в основном наблюдаются в виде скоплений, и можно сделать вывод о наличии еще большего количества межгалактической темной материи внутри этих скоплений, влияющего на движение галактик. Если сложить массы всех наблюдаемых звезд в нашей и в других галактиках, то даже при самой низкой оценке скорости расширения сумма окажется меньше одной сотой той плотности, которая необходима для того, чтобы расширение Вселенной прекратилось. Темную материю нельзя видеть непосредственно, о ее существовании мы узнаем по тому, как ее гравитационное притяжение влияет на орбиты звезд в галактиках. Американскими учеными постоянно осуществляются попытки "поймать" темную материю, измерить ее плотность. Это задача чрезвычайной сложности, остающаяся на данный момент нерешенной.

Нельзя исключить возможность существования и какой-то другой формы материи, распределенной равномерно по всей Вселенной и еще не зарегистрированной, которая могла бы довести среднюю плотность Вселенной до критического значения, необходимого, чтобы остановить расширение.

Таким образом, несмотря на то, что имеющиеся данные говорят о том, что Вселенная, вероятно, будет расширяться вечно, многие теоретические соображения заставляют думать, что плотность Вселенной с учетом темной материи должна быть равна критической или немного ниже ее. Если же она уже выше то в данный момент начинается сжатие Вселенной.

Единственное, в чем можно быть совершенно уверенным, так это в том, что если сжатие Вселенной все-таки произойдет, то никак не раньше, чем через десять тысяч миллионов лет, ибо по крайней мере столько времени она уже расширяется.

Похожие статьи




Противоречия современной космологии - Красное смещение: закон Хаббла

Предыдущая | Следующая