Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
лагают, что так образовались шаровые звездные скопления [28]. Столкновение оставшихся облаков положило начало образованию других звезд, и считается, что большая часть оставшегося газа тогда-то и превратилась в звезды населения II. Полагают, что скорости, с которыми продолжают сейчас двигаться в пространстве эти звезды, соответствуют распределению скоростей в газовых облаках во времена образования звезд.
Первичные газовые облака могли обладать лишь небольшим моментом количества движения, так как ионизованное вещество космического «огненного шара» обладало значительной вязкостью, и любая турбулентность, которую можно было бы задать в качестве начального условия, должна была быстро затухнуть [28].
Наблюдаемые характеристики шаровых звездных скоплений удивительно похожи на вычисленные характеристики газовых облаков. Бросается в глаза сферичность скоплений, свидетельствующая о малости момента количества движения. Светимости скоплений и, вероятно, их массы различаются самое большее раза в три. Эти светимости, в сущности, не зависят от расположения скоплений и, по-видимому, одинаковы даже для скоплений, принадлежащих разным галактикам. Шаровые скопления мало различаются также по размерам и по форме.
Кратко резюмируя, можно сказать, что Вселенная (в той мере, как мы ее знаем) должна была образоваться из очень горячего космического «огненного шара», остывавшего по мере своего расширения. При температуре IO9K мог образоваться гелий, а при 4-IO3 К электроны и ядра плазмы рекомбинировали в нейтральный газ.
Этот газ собрался в облака, связанные гравитационным взаимодействием, группы которых в конце концов образовали галактики. Мы полагаем, что шаровые звездные скоп-' ления представляют собой реликтовые остатки первоначальных газовых облаков.
КОСМИЧЕСКИЙ «ОГНЕННЫЙ ШАР» И СКАЛЯРНО-ТЕНЗОРНАЯ ТЕОРИЯ ТЯГОТЕНИЯ
Наши знания об истории космического «огненного шара» скудны, а без них сейчас невозможно надежно проконтролировать теорию тяготения. Неточность данных 93 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
наблюдений частично компенсируется большой величиной релятивистских эффектов, предсказываемых скалярнот тензорной теорией тяготения для стадии космического «огненного шара»; однако совсем другое дело — надежность истолкования некоторых наблюдений. Поскольку пока нельзя сделать окончательных заключений, мы рассмотрим здесь выводы, следующие из скалярно-тензорной теории в применении к космическому «огненному шару», чтобы в будущем облегчить понимание наблюдательных данных.
Мы уже отмечали, что на теперешней стадии влияние скалярного поля Вселенной незначительно. Относительная скорость уменьшения гравитационной «постоянной», связанная со скалярным полем, имеет порядок IO-11 в год, что не может привести ни к каким заметным эффектам.
Скалярно-тензорная теория тяготения была применена к теории космического «огненного шара» [29]. В прошлом величина гравитационной «постоянной» могла по крайней мере в 5 раз превышать современную в случае пространственно замкнутой Вселенной (т. е. если современная средняя плотность во Вселенной равна 2-Ю-29 г/см3). Если основная часть энергии Вселенной на этом раннем этапе принадлежала скалярному полю, то гравитационная «постоянная» могла бы иметь тогда величину в IO5 больше современной, а плотность энергии скалярного поля в IO8 раз превышала бы плотность энергии излучения «огненного шара» (рис. 34).
Как было замечено выше, данные о современной средней плотности весьма сомнительны. Если она равна всего лишь 7-IO-31 г/см3, то это дает для нижнего предела гравитационной «постоянной» на этапе образования гелия значение, в 2 раза превышающее современное, но оно опять-таки, могло быть и много больше.
Мы сосредоточим внимание в основном на двух аспектах эволюции «огненного шара». Если считать правильной всю обрисованную схему в целом, то от конкретного выбора используемой теории, тяготения будет существенно зависеть как образование гелия [29], так и образование шаровых скоплений [28].
Рассмотрим сначала проблему образования гелия [26]. При температурах, достигающих IO10K, количество про- 94
III. Космический і?огненный шар» и гравитация
«f 'O-^ IO'2
Ю'і
Ii
I 7
3
Є -I
1 -5
I -9
I -13
-17
-21
-25
-29
-33
4Xr-J
¦.. ,/ ? Sc* : і . і . і . і і
\ -12 -10 NV ^2 \ \ \ \ -в -6 -4 -Z lg(a/a0)
\ X \ \ X * \ \ \
\ X ^ /jYX W3
Л i i i
-
—._ 1,1. I I . I . I! . 1 . X
¦Щ -IZ -10 -8 -6 -4 -Z І9 (°/ао)
Рис. 34. Ход эволюции горячей Вселенной, рассчитанный но скалярно-тензорной теории тяготения для хаббловского возраста IO10 лет, современной плотности материи 2-Ю-29 г/см3 и современной температуры теплового излучения 3 К. Здесь р — суммарная плотность вещества и излучения (в г/см3), а рг и р^ относятся соответственно к полю излучения и к скалярному полю. Решение 1 описывает тот случай, когда Вселенная начинает расширяться при наименьшей возможной энергии скалярного поля. В решении 2 на ранней стадии эволюции Вселенной преобладает энергия скалярного поля. Решение 3 не имеет физического смысла.
