Пространство-время, геометрия, космология. - Бёрке У.
Скачать (прямая ссылка):
[По-моему, использование такой материи без каких-либо намеков на ее существование равносильно мошенничеству при раскладывании пасьянса.]
[Здесь я следую обзорной статье [13]; как и авторы этой статьи, я буду обсуждать наблюдения в плоскости (H0, Q). Несмотря на то что я следую доводам упомянутых авторов, я щедрее их при установлении соответствующих пределов. Автор книги должен учитывать, что для уточнения данных может потребоваться много времени, и быть более осторожным в своих высказываниях.]
Постоянная Хаббла
30 < я0 < 120 км/(с • Мпс).
(50.2)
По-видимому, не таким уж плохим значением H0 является 50 км/(с - Мпс). Мы использовали границы (50.2), чтобы отделить части плоскости (H0,Q) на рис. 50.1.
Следующая характеристика — возраст Вселенной. Осторожная оценка возраста звезд, звездных скоплений и самих элементов такова:
8 • IO9 < г0 < 18 • IO9 лет. (50.3)
Возраст
Оказывается, эти возрастные пределы исключают из рассмотрения на плоскости (H0, Q) почти те же самые области, что и пределы изменения постоянной Хаббла. Любая такая внутренняя согласованность весьма утешительна.
Нижний предел величины U можно получить из наблюдаемого содержания материи во Вселенной. Однако величины
Плотность массы392
Гл. IV. Космология
140
110 He 80 50
20
0,001 0,01 0,1 1 Ю 100 П
Рис. 50.1
Схематическое изображение (весьма осторожное) космологических представлений в конце 1970-х годов.
масс не наблюдаются непосредственно, и здесь всегда имеется некоторый произвол. Обычно величины масс выводятся из яркости в предположении, что галактики заполнены обычными объектами и все имеют сходное отношение массы к светимости. Можно также оценивать массы самогравитирующих скоплений галактик. Однако, как это следует из наблюдений, масса, необходимая для удержания такого скопления при заданных хаотических скоростях, должна быть примерно в 10 раз больше той, которая предсказывается первым методом. Большинство исследователей сошлись бы на нижнем пределе массы порядка
Cl S 0,01. (50.4)
При этом значение Q = 0,05 представляется вполне разумным для наблюдаемой материи. Оценка (50.4) ограничивает с одной стороны допустимую область значений (H0, Q).
Диаграмма Хаббла К сожалению, диаграмма Хаббла в действительности не да-
ет хороших результатов. Яркость галактик изменяется со временем как вследствие старения и помутнения звезд, так и вследствие того обстоятельства, что издалека можно видеть лишь гигантские галактики, которые встречаются в скоплениях и могут становиться ярче за счет поглощения меньших галактик. Последний эффект почти невозможно смоделировать. Тем не менее интерпретацию современных данных трудно совместить с более высоким пределом, чем
\И0 слишком велико
I -Слиа стара* \ Слишком \ \ молодая \Слиш>&еле1,на* \ftOM \ \мало \ ——^ \дейтерия\ Y
H0 aimunahf мало , \
Cl < 5.
(50.5)SO. Наблюдения реальной Вселенной
Решающая информация для оценки величины параметра плотности может содержаться в данных по космической распространенности дейтерия. Известно, что в процессе образования гелия получается также некоторое количество дейтерия. Это количество непосредственно зависит от того, насколько быстро проскочила Вселенная через эру нуклеосинтеза. Оценка содержания дейтерия получается из детальных численных расчетов. Ясно, что космическая распространенность дейтерия может послужить источником важной информации. Однако образование дейтерия настолько чувствительно к условиям в первые несколько минут расширения Вселенной, что соответствующие данные могут оказаться ненадежными. Не исключено, что дейтерий, который мы видим, синтезировался в процессе эволюции некоторых малых изолированных неоднородностей. Это ослабило бы получающиеся ограничения. Реально мы можем очень мало что сказать относительно первых нескольких минут расширения Вселенной.
На рис. 50.1 графически представлена сводка (очень осторожная) наших знаний о Вселенной. Если соображения, основанные на содержании дейтерия, правильны, то мы имеем Q < 1 (для пыли д0 < 1/2); соответствующая Вселенная является открытой, она будет бесконечно расширяться и охлаждаться1'. Однако кое-что может быть и неверным в «дей-териевой» аргументации, и Q может оказаться больше единицы. Если это так, то наша Вселенная замкнута, и все мы завершим свое существование в горниле Большого Треска (big crunch).
ЗАДАЧИ
50.1. (15) Как были проведены линии постоянного возраста на рис. 50.1?
50.2. (35) Какова современная температура нейтрино, еслн они стали свободными частицами раньше по красному смещению, чем микроволновые фотоны?
50.3. (15) Проверьте числа в первой строке табл. 50.1, используя соответствующие аналитические выражения.
50.4. (25) Проверьте числа во второй строке табл. 50.1 при условии, что последняя точка, вычисленная при
г = 35,7,
" В критической и открытой модели вещество проходит стадию образования черных дыр и последующего их испарения, в результате которого остается лишь неограниченно расширяющееся «разжижженное» поле излучения. — Прим. ред.