Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
1 =^Gpfi, 3
(8) 79 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
В скалярно-тензорной теории тяготения скалярное поле оказывается еще более несжимаемым, чем электромагнитное или чем вещество при высоких температурах. Если энергия Вселенной содержится главным образом в скалярном поле, то давление равно P«рс2. Это — наивысшее
Рис. 26. Космология в традиционной общей теории относительности. «Радиус» Вселенной — это мера расстояния между соседними галактиками. Хаббловский возраст совпадал бы с возрастом Вселенной, если бы ее расширение проходило равномерно (без замедления). При вычислениях принимались современная скорость расширения 7,7-10-11 лет-1, хаббловекий возраст 13-Ю9 лет и три ' значения современной плотности материи: 7 -IO"31 г/ем3 (.4), 1,75-IO-29 г/см3 (В) и 3,5-IO-29 г/см3 (С). На оси абсцисс стрелками отмечены следующие события: I — образование Галактики, II — образование Солнечной системы, III — эпоха древнейших ископаемых, IV — наше время. События I а II датируются по радиоактивному распаду.
давление, которое, допускается теорией относительности. При этом уравнение (7) принимает вид
1 =24xGpt\ r~tU*. -(9)
Считается, что нам видна лишь часть Вселенной. В принципе световые лучи, приходящие к нам нерассеянными из самых дальних уголков «видимой Вселенной», должны были бы приносить ее изображение, соответствующее очень раннему возрасту. На практике же увидеть эту очень 80
III. Космический і?огненный шар» и гравитация
юную Вселенную не так-то просто. Далекие галактики видны нам очень неясно, и свет их сильно смещен в красную область спектра. Даже исключительно яркие квазары перестают быть наблюдаемыми, когда длина волны их излучения утроится из-за красного смещения.
По мере старения Вселенной свету удается распространяться все дальше, и радиус видимой Вселенной увеличивается быстрее, чем разбегается вещество на ее границах, так что нам становится видно все больше материи. Если бы ДЛЯ ВсеЛеННОЙ ИМеЛО МеСТО неравенство Vq2<0, то в конце концов в момент окончательного «охлопывания» Вселенной ее можно было бы увидеть целиком, однако и здесь полная наблюдаемая масса была бы конечной, ибо вселенные зтого типа являются замкнутыми в пространстве и имеют конечный объем.
В нашей собственной Вселенной полно удивительных загадок. По мере того как она стареет, все большая и большая ее часть становится видимой, но сколько бы нового вещества ни оказалось в нашем поле зрения, оно все время будет распределено изотропно, а его плотность и распределение скоростей будут именно такими, какие следовало ожидать для равноправной части однородной Вселенной. Как же могла установиться эта однородность, если первые контакты между равными частями Вселенной впервые возникли спустя долгое время после начала расширения? Мизнер предполагает, что Вселенная на самых ранних стадиях была в высшей степени беспорядочной и что благодаря этому беспорядку разные ее части взаимодействовали друг с другом, прежде чем беспорядок сменился упорядоченным движением. Есть и другая загадка. Постоянная в уравнении (4) очень мала — настолько мала, что при современном неудовлетворительном знании величины р мы не можем с уверенностью сказать, не равна ли она нулю. Однако первый член в правой части уравнения (4) ранее был намного больше, чем сейчас: по крайней маре в IO3 раз, когда началось образование галактик, и по крайней мере в IO13 раз, когда в «огненном шаре» протекали ядерные реакции (если верно предположение об «огненном шаре», к которому я еще вернусь). Загадка здесь вот в чем: как мог первоначальный взрыв начаться с такой точностью и каким образом радиальная скорость 81 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
разбегания оказалась так тонко подобранной, что разные части Вселенной разлетелись, а скорость разбегания постепенно замедлялась?
Теоретически как будто нет фундаментальных причин для такого точного совпадения. Если бы «огненный шар»
3 fr
го ... , і- а і > j
IS - JT
ю /
5 -/ ^^ V \ .
ГЮ64 н.э.
0 ( і, і і
ю го
Время.
SO IOeZiem
40
5 Ю Время, !О*лет
Рис. 27. Решение космологических уравнений для скалярного поля в замкнутом пространстве (кривизна положительна) при ш=3,0. Современное значение хаббловского возраста T1w=IS-IO9 лет, а параметр замедления Q = 1,5, На левом графике показана кривая, аналогичная кривой С рис. 26, но для гравитационной «постоянной», ведущей себя, как в скалярно-тензорной теории тяготения. Потенциал скалярного поля <р определяет силу гравитационного взаимодействия и обратно пропорционален величине гравитационной «постоянной». «Радиус» Вселенной и хаббловский возраст измеряются, как и время, в миллиардах лет.
расширялся всего на 0,1 %| быстрее, то теперешняя скорость разбегания была бы в 3-103 раз больше наблюдаемой; если бы первоначальная скорость была на 0,1% меньше, то Вселенная достигла бы лишь 3 • IO-6 своего теперешнего радиуса, после чего начала бы сжиматься. При этом наибольшем значении радиуса плотность обычного вещества в ней была бы равна IO-12 г/см3, т. е. более чем в IO16 раз превышала бы наблюдаемую сейчас плотность. В такой Вселенной не могли бы образоваться звезды, так как она не просуществовала бы достаточно долго для формирования звезд.
