события, по ним нельзя было бы спрогнозировать будущее, так как в точке

большого взрыва возможности предсказания свелись бы к нулю. Точно так же,

зная только то, что произошло после большого взрыва (а мы знаем только

это), мы не сможем узнать, что происходило до него. События, которые

произошли до большого взрыва, не могут иметь никаких последствий,

касающихся нас, и поэтому не должны фигурировать в научной модели

Вселенной. Следовательно, нужно исключить их из модели и считать началом

отсчета времени момент большого взрыва.

Мысль о том, что у времени было начало, многим не нравится,

возможно, тем, что в ней есть намек на вмешательство божественных сил. (В

то же время за модель большого взрыва ухватилась католическая церковь и в

1951 г. официально провозгласила, что модель большого взрыва согласуется с

Библией.) В связи с этим известно несколько попыток обойтись без большого

взрыва. Наибольшую поддержку получила модель стационарной Вселенной. Ее

авторами (1948) были X. Бонди и Т. Гоулд, бежавшие из оккупированной

нацистами Австрии, и англичанин Ф. Хойл, который во время войны работал с

ними над проблемой радиолокации. Их идея состояла в том, что по мере

разбегания галактик на освободившихся местах из нового непрерывно

рождающегося вещества все время образуются новые галактики. Следовательно,

Вселенная должна выглядеть примерно одинаково во все моменты времени и во

всех точках пространства. Конечно, для непрерывного «творения» вещества

требовалась некоторая модификация теории относительности, но нужная

скорость творения оказывалась столь малой (одна частица на кубический

километр в год), что не возникало никаких противоречий с экспериментом.

Стационарная модель — это пример хорошей научной теории: она простая и дает

определенные предсказания, которые можно проверять путем наблюдений. Одно

из ее предсказаний таково: должно быть постоянным число галактик и других

аналогичных объектов в любом заданном объеме пространства независимо от

того, когда и где во Вселенной производятся наблюдения. В конце 50-х —

начале 60-х годов астрономы из Кембриджского университета под руководством

М. Райла (который во время войны вместе с Бонди, Гоулдом и Хойлом тоже

занимался разработкой радиолокации) составили каталог источников радиоволн,

приходящих из внешнего пространства. Эта кембриджская группа показала, что

большая часть этих радиоисточников должна находиться вне нашей Галактики

(многие источники можно было отождествить даже с другими галактиками) и,

кроме того, что слабых источников гораздо больше, чем сильных. Слабые

источники интерпретировались как более удаленные, а сильные — как те, что

находятся ближе. Далее, оказалось, что число обычных источников в единице

объема в удаленных областях больше, чем вблизи. Это могло означать, что мы

находимся в центре огромной области Вселенной, в которой меньше источников,

чем в других местах. Но возможно было и другое объяснение: в прошлом, когда

радиоволны начали свой путь к нам, источников было больше, чем сейчас. Оба

эти объяснения противоречат предсказаниям теории стационарной Вселенной.

Кроме того, микроволновое излучение, обнаруженное в 1965 г. Пензиасом и

Вильсоном, тоже указывало на большую плотность Вселенной в прошлом, и

поэтому от модели стационарной Вселенной пришлось отказаться.

В 1963 г. два советских физика, Е. М. Лифшиц и И. М. Халатников,

сделали еще одну попытку исключить большой взрыв, а с ним и начало времени.

Лифшиц и Халатников высказали предположение, что большой взрыв —

особенность лишь моделей Фридмана, которые, в конце концов, дают лишь

приближенное описание реальной Вселенной. Не исключено, что из всех

моделей, в какой-то мере описывающих существующую Вселенную, сингулярность

в точке большого взрыва возникает только в моделях Фридмана. Согласно

Фридману, все галактики удаляются в прямом направлении друг от друга, и

поэтому нет ничего удивительного в том, что когда-то в прошлом все они

находились в одном месте. Однако в реально существующей Вселенной галактики

никогда не расходятся точно по прямой: обычно у них есть еще и небольшие

составляющие скорости, направленные под углом. Поэтому на самом деле

галактикам не нужно находиться точно в одном месте — достаточно, чтобы они

были расположены очень близко друг к другу. Тогда нынешняя расширяющаяся

Вселенная могла возникнуть не в сингулярной точке большого взрыва, а на

какой-нибудь более ранней фазе сжатия; может быть, при сжатии Вселенной

столкнулись друг с другом не все частицы. Какая-то доля их могла пролететь

мимо друг друга и снова разойтись в разные стороны, в результате чего и

происходит наблюдаемое сейчас расширение Вселенной. Как тогда определить,

был ли началом Вселенной большой взрыв? Лифшиц и Халатников занялись

изучением моделей, которые в общих чертах были бы похожи на модели

Фридмана, но отличались от фридмановских тем, что в них учитывались

нерегулярности и случайный характер реальных скоростей галактик во

Вселенной. В результате Лифшиц и Халатников показали, что в таких моделях

большой взрыв мог быть началом Вселенной даже в том случае, если галактики

не всегда разбегаются по прямой, но это могло выполняться лишь для очень

ограниченного круга моделей, в которых движение галактик происходит

определенным образом. Поскольку же моделей фридмановского типа, не

содержащих большой взрыв, бесконечно больше, чем тех, которые содержат

такую сингулярность, Лифшиц и Халатников утверждали, что на самом деле

большого взрыва не было. Однако позднее они нашли гораздо более общий класс

моделей фридмановского типа, которые содержат сингулярности и в которых

вовсе не требуется, чтобы галактики двигались каким-то особым образом.

Поэтому в 1970 г. Лифшиц и Халатников отказались от своей теории.

Тем не менее, их работа имела очень важное значение, ибо показала, что если

верна общая теория относительности, то Вселенная могла иметь особую точку,

большой взрыв. Но эта работа не давала ответа на главный вопрос: следует ли

из общей теории относительности, что у Вселенной должно было быть начало

времени — большой взрыв? Ответ на этот вопрос был получен при совершенно

другом подходе, предложенном в 1965 г. английским математиком и физиком

Роджером Пенроузом. Исходя из поведения световых конусов в общей теории

относительности и того, что гравитационные силы всегда являются силами

притяжения, Пенроуз показал, что когда звезда сжимается под действием

собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность

которой, в конце концов, сжимается до нуля. А раз поверхность этой области

сжимается до нуля, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все

вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и

кривизна пространства-времени станут бесконечными. Иными словами, возникнет

сингулярность в некой области пространства-времени, называемая черной

дырой.

Несмотря на то, что теорема Пенроуза относилась, на первый

взгляд, только к звездам, С. Хокинг, автор книги «От Большого Взрыва до

черных дыр», прочитав в 1965 г. о теореме Пенроуза, согласно которой любое

тело в процессе гравитационного коллапса должно в конце концов сжаться в

сингулярную точку, понял, что если в этой теореме изменить направление

времени на обратное, так чтобы сжатие перешло в расширение, то эта теорема

тоже будет верна, коль скоро Вселенная сейчас хотя бы грубо приближенно

описывается в крупном масштабе моделью Фридмана. По соображениям

технического характера в теорему Пенроуза "оыло введено в качестве условия

требование, чтобы Вселенная была бесконечна в пространстве. Поэтому на

основании этой теоремы Хокинг мог доказать лишь, что сингулярность должна

существовать, если расширение Вселенной происходит достаточно быстро, чтобы

не началось повторное сжатие (ибо только такие фридмановские модели

бесконечны в пространстве). Потом Хокинг несколько лет разрабатывал новый

математический аппарат, который позволил бы устранить это и другие

технические условия из теоремы о необходимости сингулярности. В итоге в

1970 г. Хокинг с Пенроузом написали совместную статью, в которой наконец

доказали, что сингулярная точка большого взрыва должна существовать,

опираясь только на то. что верна общая теория относительности и что во

Вселенной содержится столько вещества, сколько мы видим.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ — увеличение длин волн линий в спектре источника

(смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями

эталонных спектров. Количественно красное смещение характеризуется обычно

величиной ?=(?прин — ?исп)/?исп, где ?исп и ?прин - соответственно длина

волны, испущенной источником, и длина волны, принятой наблюдателем

(приёмником излучения). Известны два механизма, приводящих к появлению

красного смещения.

Красное смещение, обусловленное эффектом Доплера, возникает в том

случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к

увеличению расстояния между ними. В релятивистском случае, когда скорость

движения источника сравнима со скоростью света, красное смещение может

возникнуть и в том случае, если расстояние между движущимся источником и

приёмником не изменяется (т. н. поперечный эффект Доплера). Красное

смещение, возникающее при этом, интерпретируется как результат

релятивистского «замедления» времени на источнике по отношению к

наблюдателю.

Гравитационное красное смещение возникает, когда приёмник света

находится в области с меньшим (по модулю) гравитационным потенциалом ?, чем

источник. В классической интерпретации этого эффекта фотоны теряют часть

энергии (энергии фотона ? = h?0) на преодоление сил гравитации. В

результате характеризующая фотон частота ? уменьшается, а длина волны

излучения ? = c/? растёт: ?= ?0(l + (?1 – ?2)/с2), где ?1 и ?2 –

гравитационные потенциалы в местах генерации и приёма излучения. Примером

гравитационного красного смещения может служить наблюдаемое смещение линий

в спектрах плотных звёзд — белых карликов.

Наибольшие красные смещения наблюдаются в спектрах далёких

внегалактических объектов — галактик и квазаров — и интерпретируются как

следствие расширения Вселенной. Величина z в первом приближении прямо

пропорциональна лучевой скорости объектов, которая для внегалактических

объектов пропорциональна расстоянию r. Зависимость z от r часто называют

законом Хаббла:

cz = Hr, а величину H - постоянной Хаббла. Закон Хаббла обычно используется

для определения расстояний до внегалактических объектов по их красному

смещению, если последнее достаточно велико (10-3

смещение для наиболее далёких из известных галактик составляют ~ 1, а для

ряда квазаров превышают 3,5.

Список использованной литературы:

С. Хокинг «От Большого Взрыва до черных дыр»

Физика космоса: маленькая энциклопедия.

Страницы: 1, 2, 3