Закон Хаббла

Закон Хаббла

Закон Хаббла

Станислав Кравченко

В связи с поступающими в мой адрес письмами по поводу публикации статьи “Философия космологии”, в том числе и критического характера, есть необходимость детализации вопроса, касающегося непосредственно эмпирической закономерности, известной как Закон Хаббла. Эта закономерность опирается, как известно, на достаточно давнее астрономическое открытие Хабблом в его наблюдениях 1927-1929 гг зависимости расчетных по наблюдаемому красному смещению лучевых скоростей двух дюжин галактик от оцененного им расстояния до них. Закономерность была линейной и создавала впечатление радиального “разбегания” галактик от единого эпицентра – Земли. Количественным итогом этих наблюдений является сформулированный в 1929 году Хабблом "закон разбегания", согласно которому все галактики (в среднем) удаляются от нас и скорость этого разбегания “v” приблизительно прямо пропорционально расстоянию “r” до рассматриваемой галактики:

1. v=Hr, где

v – радиальная скорость удаления от эпицентра,

H – константа (H~ 50 – 100 км/с/Мпк),

r – удаление наблюдаемого объекта.

В разное время константа – постоянная Хаббла – оценивалась по-разному. В настоящее время ее оценочное значение составляет H ≈ 73.3 ± 0.1 км/с/Мпк.

Закон Хаббла приводит к нескольким, достаточно парадоксальным, но неизбежным, на первый взгляд, следствиям.

Обратная экстраполяция векторов скоростей неотвратимо приводит к понятию “Большого Взрыва” во вполне конкретный момент времени и в конкретной точке пространства.

Конечность максимальной физической скорости (скорости света) делает конечной нашу Вселенную.

2. Rmax=C/H, где

Rmax – максимально возможное расчетное удаление по закону Хаббла,

С – скорость света,

Н – постоянная Хаббла.

Абсолютное большинство наиболее популярных космологических сценариев эволюции Вселенной делалось с оглядкой на эти следствия.

Впрочем, сама постоянная Хаббла (H) таковой не является принципиально. При неизменности во времени модулей векторов “разбегания” она является функцией плотности вещества и изменяется обратно пропорционально времени, прошедшего с момента “Большого Взрыва”. Предположим, что фронтальное движение материи происходит со скоростью, очень близкой к скорости света, в силу чего положение материального фронта “Большого Взрыва” определяется уравнением:

3. Rmax=CТ, где:

С – константа скорости света,

Т- промежуток времени от момента “Большого Взрыва”.

4. H=1/Т

Сам Закон Хаббла во времени будет выглядеть следующим образом:

4. v=Hr=r/T

Не будем вдаваться в достаточно полемические вопросы происхождения красного смещения, действительности “разбегания”, сосредоточимся на самом Законе.

Рис.1. Зависимости Постоянной Хаббла (Н) и пространственного распределения скоростей во времени.

Примем за основу достаточно обоснованный и фундаментальный космологический принцип, согласно которому Вселенная в среднем однородна и изотропна. Под однородностью понимается утверждение, что где бы вы ни оказались во Вселенной, ее крупномасштабная структура выглядела бы одинаково; под изотропией понимается утверждение, что Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях.

Этот принцип необходимо требует, что в силу однородности и изотропности пространства поведение материи в любом месте будет таким же, как и в любом другом. Из этого столь же необходимо следует, что, если и наблюдается явление “разбегания”, то оно должно быть в среднем везде одинаковым и норма приращения скорости на единицу расстояния должна быть везде одной и той же.

На первый взгляд закон Хаббла полностью соответствует космологическому принципу. К сожалению, только на первый взгляд.

Необходим учет по крайней мере двух существенных для понимания условий наблюдения факторов:

Скорость света конечна. Поэтому мы наблюдаем не пространственное распределение красного смещения, а пространственно-временное.

Для наблюдателя арифметическое правило приращения расчетной скорости правомерно лишь для скоростей (расстояний), малых по сравнению со скоростью света (по сравнению с Rmax). Для больших красных смещений необходим учет релятивистских поправок.

Первый фактор приводит к тому, что более удаленные объекты наблюдаются в более ранние эпохи, когда постоянная Хаббла была большей.

Расчет формулы наблюдаемого распределения расчетных скоростей:

Если r- наблюдаемая удаленность космологического объекта, то время, затраченное светом на преодоление этого расстояния:

5. τ=r/C

Тогда объект наблюдается во время, прошедшее с момента “Большого Взрыва”:

6. t=T- τ =T-r/C

Постоянная Хаббла в этот момент была равна:

7. Hr=1/t=1/(T-r/C)

8. v=Hrr=r/(T-r/C)

В этом случае, если ранее без учета конечности скорости света норма приращения расчетной скорости соответствовала космологическому принципу:

9. v=Hr=r/T, откуда

10. dv=Hdr=dr/T, то с учетом конечности скорости распространения света наблюдаемое норма приращения расчетной скорости будет не изотропной:

11. dv= d(r/(T-r/C)dr≠(1/T)dr

Другими словами для наблюдателя при учете конечности скорости распространения света фактически изотропное распределение расчетных скоростей таковым наблюдаться не должно.

Рис. 2. Теоретически фактическое и теоретически наблюдаемое распределение расчетных скоростей “разбегания” для изотропной Вселенной с учетом конечности скорости света.

Наблюдаемое же постоянство нормы приращения расчетных скоростей свидетельствует не в пользу соблюдения космологического принципа в гипотезе “Большого Взрыва”. Возможны 2 варианта:

крайне маловероятное событие “Большого Взрыва” с эпицентром в районе Земли и весьма специфической формой существенно анизотропного расширения, дающее при наблюдении эффект изотропии;

более вероятно, что наблюдаемое красное смещение имеет не доплеровский характер (см. #"84636.files/image003.jpg"> 

Рис.3. Изотропное пространственное распределение скоростей “разбегания” с учетом релятивистских эффектов.

Не надо клясться в верности теории относительности, надо ее на деле применять и понимать ее эффекты. Сие есть не вероисповедание, а научная теория и руководство к действию.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru