Пространство-время, геометрия, космология. - Бёрке У.
Скачать (прямая ссылка):
Гл. IV. Космология
Звезды
Звездные скопления'
[Если вы не знаете, что такое диаграмма Герцшпрунга — Рессела, то вы недостаточно прочитали дополнительной литературы.]
До переворота в научных взглядах, связанного с именем Коперника, темное ночное небо не вызывало недоумения. Ночью оно темное как раз потому, что вне нас ничего нет. У древних астрономов не было оснований полагать, что Вселенная не ограничена и что мы не находимся в ее центре. В настоящее время такие взгляды непопулярны. Но если мы не занимаем выделенного положения во Вселенной, то модель Вселенной, основанная на евклидовой геометрии, требует бесконечности нашего мира. Представление о подобной неограниченной Вселенной немедленно ставит на повестку дня ряд проблем. Так, например, с помощью ньютоновой теории тяготения оказывается невозможным описать бесконечное количество вещества. Хуже того, бесконечное число звезд в такой Вселенной заливало бы нас светом со всех направлений. Ночное небо было бы ярким, как поверхность Солнца. Модель бесконечной статической евклидовой Вселенной не позволяет найти выход из этого тупика, известного под названием парадокса Ольбера.
Из более мелких объектов во Вселенной, которые представляют интерес для космологов, следует упомянуть звезды, планетные системы (или во всяком случае одну из них) и шаровые скопления звезд. Последние содержат около IO5 звезд, которые динамически связаны друг с другом посредством взаимных сил притяжения и предположительно имеют общее происхождение. Для каждого из этих объектов мы можем оценить возраст, который зависит от наших представлений о физических процессах и начальных условиях. Если исключить из рассмотрения экзотические начальные условия, то можно утверждать, что собственное время существования Вселенной больше возраста каждого из упомянутых объектов. В Солнечной системе мы можем установить возраст Земли, Луны и метеоритов; при этом получается величина порядка 1,6 • IO17 с (5 миллиардов лет). Детальные расчеты эволюции Солнца на ЭВМ дают основание оценить его возраст примерно той же величиной. Однако эта оценка содержит неопределенности, поскольку мы не знаем состава внутренних областей Солнца. Если, с другой стороны, мы наблюдаем звезды, входящие в некоторое шаровое скопление, то они в общем случае имеют различные массы, но сходный состав, обусловленный общим происхождением. Вид диаграммы Герцшпрунга — Рессела для рассматриваемых скоплений проливает свет на неизвестный химический состав. Указанное обстоятельство позволяет более точно определить возраст звезд в шаровом скоплении. В частности, такие скопления содержат очень старые, возможно самые старые звезды во 36. Из чего состоит Вселенная
303
Вселенной. Возраст таких шаровых скоплений оценивается величиной (2 -a- 4) • IO17C.
Наблюдения за перечисленными выше близлежащими объектами, с давних пор проводимые астрономами, дают ценные сведения. Многие космологические модели позволяют делать предсказания относительно распространенности различных химических элементов, а для большинства близких объектов эту распространенность можно изучать. В частности, происхождение Вселенной в результате Большого Взрыва неизбежно приводит к превращению значительного количества водорода в гелий с небольшой добавкой дейтерия. Относительное количество этих элементов зависит от детальной структуры ранней Вселенной на той стадии ее эволюции, когда характерное время изменения космологических параметров имело порядок времени жизни нейтрона. С указанной точки зрения распространенность дейтерия представляет особый интерес, поскольку его чрезвычайно трудно синтезировать каким-либо иным образом вне космологических условий, реализуемых в ранней Вселенной. Так, например, если дейтерий синтезируется во внутренних слоях звезды, то он выгорит при ядерных процессах, так и не достигнув ее поверхности1'.
Из других объектов, представляющих космологический интерес, отметим галактики и скопления галактик. Галактики — это элементарные частицы в космологии. Как правило, из наблюдения галактики можно установить ее общее красное смещение, видимые светимость и угловой размер, а также размеры окружающих ее областей H II. Можно изучать статистические свойства распределения галактик, степень их скученности, однородность распределения, возможную анизотропию. Исключительно важное значение для космологии имеет тот установленный наблюдениями факт, что спектр излучения более мелких и тусклых галактик (вероятно, находящихся на большем расстоянии) обнаруживает систематический сдвиг частот в красную сторону, как будто галактики от нас удаляются. Как станет ясно из дальнейшего, утверждение о том, что галактики движутся по направлению от нас (равно как и противоположное утверждение) бессодержательно. Точнее, оно безвредно, но не содержательно в смысле операциональном. Для удобства
Химические элементы
Гелий
Галактики
Красное смещение
" Не исключено, однако, что дейтерий, синтезируемый во внутренних слоях звезд, может быть выброшен в межзвездное пространство при катастрофических процессах типа взрывов Сверхновых. — Прим. ред. 304
