Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бёрке У. -> "Пространство-время, геометрия, космология. " -> 130

Пространство-время, геометрия, космология. - Бёрке У.

Бёрке У. Пространство-время, геометрия, космология. — М.: Мир, 1985. — 416 c.
Скачать (прямая ссылка): pronstranstvovremyageometriya1985.djvu
Предыдущая << 1 .. 124 125 126 127 128 129 < 130 > 131 132 133 134 135 136 .. 139 >> Следующая


располагаете достаточными навыками.]

(49.10)

Z

Другим параметром является энергия при таком красном смещении. Эта энергия определяется только сжатым излучением. Для современной плотности вещества имеем

8тVnoRS ={RoHoV(lo~ (It

(49.11)

поскольку для Вселенной с низкой плотностью

R0H0 «= 1.

(49.12)

Сказанное относится к поздней фазе эволюции Вселенной. В настоящее время относительная доля излучения, которую мы 384

Гл. IV. Космология

обозначим €0, определяется соотношением

Примем

Snpy0RS = еА (4913)

1

€o = 5OO- (49.14)

В каждый момент времени для этого излучения справедливо следующее соотношение:

PyR4 = const, (49.15)

так что при красном смещении z имеем

8ir&Af = ?^ = ЄоПог2 (49 16)

3 ЗА О

Зная плотность и радиус, мы можем определить параметры а н і) критической фазы Вселенной.

Подробный расчет

Вычислим а и щ из выражений в табл. 45.2. Мы имеем

R = Orl, (49.17)

8irpa2 _ J_

Ч4"

(49.18)

Из соотношений (49.10) и (49.16) вытекает

ат)=~ , (49.19)

Z

3 ~~ ~ €0*V2.

(49.20)

Второе соотношение дает а первое —

a = R0Ve0Cl0. (49.22)

Заметим, что а не зависит от z, как это и должно быть. Результат зависит от плотности излучения «qQq, следовательно, 49. Большой Взрыв

нам нужно знать лишь постоянную Хаббла, а не современную плотность материи. Это справедливо только во Вселенной с низкой плотностью

По « 1, (49.23)

где мы можем положить

R0H0 = 1. (49.24)

Собственное время, отсчитанное от IO10 К, определяется следующей величиной:

385

которая примерно равна At -

д,= Ro (±-±) 2 VeA Ui z\0r

Ro PY гл/ЁАЛ10''

(49.25) [Здесь Z9 обозначает красное смещение Z при температуре IO9 К.]

(49.26)

B принятой нами модели это выражение приводит к интервалу времени порядка 300 с.

Именно за такое время происходит распад нейтронов. Должно быть, грубое совпадение этого времени с временем жизни нейтрона (порядка 1000 с) следует рассматривать как космическую случайность. По истечении 300 с доля оставшихся нейтронов составляет

?—300/1000 = 0,75. (49.27)

Итак, 25% (четвертая часть) нейтронов распадается, а оставшиеся три четверти соединяются с таким же числом протонов, образуя гелий. Таким образом, при Большом Взрыве 30% водорода (по массе) превращается в гелий. К настоящему времени проведены значительно более тщательные расчеты, и результат их состоит в том, что примерно 23% водорода превращается в гелий.

Замечательно, что, согласно результатам наблюдений, во Вселенной гелий всегда смешан с водородом приблизительно в указанной выше пропорции. Правда, иногда гелия бывает больше, поскольку водород выгорает в звездах, превращаясь в гелий; но в целом содержание гелия во Вселенной более или менее соответствует приведенному выше расчету. Это один из триумфальных результатов космологии Большого Взрыва. При его выводе использовалось не очень большое количество предположений сверх того, что даже при z = IO10 Вселенная была достаточно однородной и изотропной, чтобы ее можно было описывать фридмановской моделью.

[Идею приведенного выше сценария мне подсказала отличная обзорная статья [14]. Более подробное рассмотрение можно найти в этой статье или книге [36].]

25-649 386 Гл. IV. Космология

ЗАДАЧИ

49.1. (19) Можно было бы предположить, что учет материи, из которой в конечном счете образуются галактики, повлияет на распределение микроволнового фонового излучения при Z = 1000. Оцените угловой размер такого эффекта для различных моделей.

49.2. (28) Сравните количества гелия, образующиеся в пылевой и радиационной моделях с D = 1.

49.3. (35) Рассмотрите образование гелня во Вселенной, которая на ранней стадии своей эволюции подчиняется уравнению состояния

P = р.

50. Наблюдения реальной Вселенной

Созерцание вещей, как они есть, без ошибки или путаницы, подтасовки или обмана, ценнее всех плодов воображения.

Фрэнсис Бэкон

Принцип стратегии таков: знание одной вещи должно порождать знание тысячи вещей.

Мусаши

Теперь мы можем смело ответить на вопрос о том, много ли мы знаем о Вселенной. Применимы ли рассмотренные фридмановские модели? О чем они нам могут рассказать? Вы, возможно, будете разочарованы, когда поймете, как мало мы знаем в действительности. Мы можем получать модели, совместимые с нашими наблюдениями. Бесконечная Вселенная — уже не проблема для нас, как и парадокс Ольберса. Микроволновое фоновое излучение и распространенность гелия в космосе прекрасно согласуются с нашими представлениями. Вместе с тем кое-что не укладывается естественным образом в наши построения. Больше всего затруднений мы испытываем из-за то- SO. Наблюдения реальной Вселенной

387

го обстоятельства, что в рассматриваемых моделях, по-видимому, не образуются галактики. Чтобы ввести их в рассмотрение, мы должны заложить их с самого начала. Мы не можем также сделать выбор между открытыми моделями, расширяющимися вечно, и замкнутыми моделями, эволюция которых завершается обратным гравитационным сжатием. В настоящем разделе дается краткий обзор наблюдательных данных, имеющих отношение к этим моделям.
Предыдущая << 1 .. 124 125 126 127 128 129 < 130 > 131 132 133 134 135 136 .. 139 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed