Новая занимательная астрономия - Страница 35

Главная идея этой теории состоит в том, что Метагалактика возникла около 15–20 миллиардов лет назад в результате грандиозного космического взрыва компактного сгустка сверхплотной материи.

Несколько слов о том, как родилась эта теория.

Одним из самых эффективных методов изучения Вселенной является построение различных теоретических моделей, т. е. упрощенных теоретических схем мироздания. Длительное время в космологии изучались так называемые однородные изотропные модели. Что это значит?

Вообразим, что мы разбили Вселенную на множество «элементарных» областей и что каждая из них содержит большое количество галактик. Тогда однородность и изотропия означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы во всех достаточно больших областях и по всем направлениям.

Первую модели однородной изотропной Вселенной предложил А. Эйнштейн. Она описывала так называемую стационарную Вселенную, т. е. такую Вселенную, которая с течением времени не только не меняется в общих чертах, но в которой вообще нет каких-либо движений достаточно крупного масштаба.

Однако в 1922 г. талантливый ленинградский ученый А. А. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна допускают также множество нестационарных, а именно расширяющихся и сжимающихся, однородных изотропных моделей.

Позднее выяснилось, что и статическая модель Эйнштейна неизбежно переходит в нестационарную. Но это означало, что однородная изотропная Вселенная обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.

Еще до этого американский астроном Слайфер обнаружил красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником света и приемником увеличивается.

Рис. 14. Схема расширения Метагалактики. Красное смещение спектральных линий возрастает с расстоянием.

Уже после работ Фридмана американский астроном Хаббл окончательно доказал, что чем дальше расположена от нас галактика, тем больше сдвиг линий в ее спектре Мало того, обнаружилась прямая пропорциональная зависимость между расстояниями и величиной красного смещения. С точки зрения принципа Доплера это означает, что все галактики удаляются друг от друга с тем большей скоростью, чем больше расстояние между ними.

На основании этой картины движения галактик, полученной в результате объяснения красного смещения с помощью эффекта Доплера, и была разработана теория расширяющейся Метагалактики.

Однако признание этой теории отнюдь не было единодушным. В разное время предпринимались всевозможные попытки объяснить явление красного смещения не взаимным удалением галактик, а какими-либо другими причинами. Ни одна из предложенных гипотез успеха не имела.

Тем не менее попытки опровергнуть доплеровский характер красного смещения в спектре галактик продолжаются и по сей день.

Попытаемся разобраться в том, можно ли объяснить красное смещение в спектрах галактик не эффектом Доплера, а какой-либо иной причиной, и существуют ли сколько-нибудь серьезные основания сомневаться в расширении Метагалактики?

В качестве наиболее распространенного возражения против космологической интерпретации красного смещения выдвигалось предположение о «старении» фотонов, их постепенной «деградации» и уменьшении их энергии (т. е. увеличении длины волны) на долгом пути через космическое пространство.

Однако «спор» между эффектом Доплера и эффектом деградации может быть вполне однозначно разрешен с помощью астрономических наблюдений. Дело в том, что эти эффекты не совсем одинаковы.

Как показывают расчеты, при старении фотонов изменение Δν частоты ν (т. е. сдвиг спектральных линий) должно быть одинаково по всему спектру. Другими словами, величина сдвига не зависит от частоты.

В случае же эффекта Доплера изменение частоты пропорционально частоте. Тут постоянна не сама величина сдвига Δν, а ее отношение к соответствующей частоте Δν/ν. Другими словами, величина сдвига в этом случае неодинакова для различных линий спектра.

Что же говорят наблюдения? Они свидетельствуют о том, что как раз красное смещение, наблюдаемое в спектрах галактик, таково, что для различных линий одного и того же спектра одинаково не изменение частоты, а именно отношение этого изменения к самой частоте. И это недвусмысленно свидетельствует в пользу «доплеровского» объяснения красного смещения в спектрах галактик.

Другой вопрос, происходит ли «деградация» космических фотонов вообще. Если сдвиг спектральных линий не зависит от частоты, то, очевидно, он должен быть заметнее всего в области относительно низких частот, т. е. в радиодиапазоне. Здесь словно на «растянутой» шкале радиоприемника даже небольшое изменение частоты должно сразу «бросаться в глаза». Однако никаких признаков подобного явления астрофизическими наблюдениями не обнаружено.

Правда, справедливость требует отметить, что в принципе есть еще одно физическое явление, обладающее такими же особенностями, как и эффект Доплера. Когда излучение распространяется в поле тяготения, то его частота изменяется так же, как и при взаимном удалении источника и приемника.

Но расчеты показывают, что в случае метагалактического красного смещения этот эффект, известный под названием «гравитационного смещения» или «эффекта Эйнштейна», по своей величине может представлять собой лишь весьма небольшую добавку к эффекту Доплера.