Пространство-время, геометрия, космология. - Бёрке У.
Скачать (прямая ссылка):
Гл. IV. Космология
обсуждения принято считать — и мы сами будем придерживаться такой договоренности, — что удаленные галактики движутся по направлению от нас. Указанное систематическое «движение» галактик называется хаббловским разбеганием. Насколько можно судить, хаббловское разбегание однородно и изотропно, без каких-либо значительных систематических отклонений.
Вселенная гораздо прозрачнее для радиоволн, чем для све-Радиоисточники та. Поэтому, используя радиоволны, мы можем проводить наблюдения вплоть до очень больших расстояний. На небе имеются источники радиошума, которые, по-видимому, удалены от нас на поистине огромные расстояния. Будь эти объекты лучше изучены, они могли бы сыграть роль полезных космологических индикаторов. Например, если бы все они обладали одинаковой и неизменной во времени радиосветимостью, то подсчет числа таких источников как функции их светимости дал бы важную информацию о геометрии Вселенной. К сожалению, радиоисточники не образуют никакой однородной популяции, а светимость каждого из них не остается постоянной на протяжении времени его жизни. Мы наблюдаем также двойные радиоисточники. Если бы удалось каким-либо образом установить свойства таких пар, то их можно было бы использовать как эталоны длины, а их видимые угловые размеры опять же послужили бы источником информации о глобальной геометрии нашей Вселенной.
Квазары Наконец, среди мощных радиоисточников мы находим квазары, о которых уже так много написано. Эти объекты видны также и в оптическом диапазоне, причем характеризуются весьма большими красными смещениями. Если красные смещения действительно обусловлены хаббловским разбеганием, то квазары находятся от нас на гигантских расстояниях. Если бы мы знали, что из себя представляют квазары, то смогли бы извлечь из них большую пользу для космологической науки. Микроволновое фоновое излу- Последним «объектом» во Вселенной, представляющим ин-
чение терес с космологической точки зрения, является универсальный
фон чернотельного микроволнового излучения, которое приходит к нам со всех направлений и всегда (с точностью лучше 0,25%) имеет температуру около 3 К. Угловое распределение этого излучения характеризуется очень высокой степенью изотропии вплоть до масштабов порядка миллирадиан. Единственная жизнеспособная физическая интерпретация такого излучения заключается в том, что оно представляет собой реликт от некоторого сжатого и, следовательно, горячего состояния Все- 36. Из чего состоит Вселенная
305
ленной. Среди прочих космологических свойств микроволнового фонового излучения особо следует отметить то обстоятельство, что оно выделяет абсолютную систему отсчета. Существует лишь одна скорость, при которой распределение температуры излучения кажется нам изотропным. Для прочих состояний движения излучение приобретает красное смещение и соответственно кажется холоднее в одном направлении, тогда как в противоположном направлении, наоборот, оно испытывает голубое смещение, т.е. кажется горячее. Современный уровень развития техники позволяет измерить пекулярную скорость Солнца относительно микроволнового фонового излучения. Число микроволновых фотонов, из которых состоит это излучение, значительно превосходит число прочих частиц во Вселенной1'. Таким образом, большая часть энтропии Вселенной, связанная с фазами и координатами реликтовых фотонов, находится вне поля нашего зрения.
Можно попытаться непосредственно подсчитать массу вещества во Вселенной, содержащегося в известных нам объек- Скрытая масса тах. Однако в каких бы масштабах ни производился подобный подсчет, всегда обнаруживается нехватка массы. Как сами галактики, так и скопления галактик в динамическом отношении ведут себя таким образом, будто они содержат больше вещества, чем имеется в их видимых компонентах. В принятой физической картине мира остается очень узкая лазейка для такой «скрытой массы». Похоже, что весьма кстати здесь оказывается тот дух академической сдержанности, который столь часто тормозит развитие астрофизики. Ведь мы, вероятно, и не знаем до сих пор всех физических возможностей.
Теперь мы готовы приступить к построению математической модели, отражающей перечисленные выше наблюдательные факты и совместимой с общей теорией относительности. На основе нашей модели мы сможем ответить на волнующие всех вопросы о том, каково было начало и какова конечная
''Имеется в виду, что средняя плотность числа реликтовых фотонов на девять порядков превосходит общую среднюю плотность других частиц (протонов и нейтронов, свободных и связанных в ядрах), входящих во все видимые формы материи. Если же в соответствии с обсуждаемой в книге моделью Большого Взрыва на достаточно ранней стадии космологического расширения действительно имело место почти полное термодинамическое равновесие и во Вселенной существуют такие нерегистрируемые в настоящее время реликтовые частицы, как нейтрино и гравитоны, то число последних должно быть того же порядка, что и число реликтовых фотонов. — Прим. ред.
20-649 306
