Общая теория относительности и космология - Мак-Витти Г.К.
Скачать (прямая ссылка):
векторных обозначениях эта сила для произвольного элемента газа Р имеет
выражение
относительно начала О. Отсюда сила тяготения в точке О' равна
Но сила тяготения в Р, отнесенная к началу О', будет
F, = P_Fs = _"iPt(A)V-a^-"4(A)Y,
и, следовательно, форма зависимости не меняется, если взять за начало
отсчета О' вместо О. Отсюда, какой бы элемент газа мы ни выбрали в
качестве начала отсчета, остальной газ будет казаться движущимся
радиально по отношению к этому элементу, а сила тяготения, действующая на
любую точку газа, будет определяться притяжением материи внутри сферы с
центром в начале отсчета и проходящей через выбранную точку [5].
ГЛАВА VIII
Однородные модели вселенной
Литература по этому вопросу уже была указана в гл. I в связи с теорией
расширяющейся вселенной - вторым из основных приложений общей теории
относительности в ее точной форме. В наши дни термин космология -
изучение вселенной как целого - заменил более ранний термин, хотя следует
напомнить, что космология в этом смысле относится только к тому
исследованию вселенной, которое возможно благодаря нашим астрономическим
инструментам. Те аспекты вселенной, которые являются предметом изучения
биологии, философии и религии, тем самым исключаются из нашего
рассмотрения. Оставшаяся часть книги будет посвящена изложению
"астрономической космологии" в той степени, в которой эта теория может
быть выведена из принципов общей теории относительности.
§ 8Л. Краткий обзор данных наблюдений
В течение XX в. основным достижением астрономии было установление картины
мира с "островным" распределением звезд и межзвездных газовых облаков.
Выяснилось, что эти объекты скорее следует рассматривать как некие
колоссальные скопления, называемые галактиками, причем каждая галактика
отделена от соседней областью, которая вероятно (хотя и не достоверно)
лишена вещества и в пределах которой распространяется лишь излучение,
испущенное галактиками. Формы галактик варьируют от почти сферической
через различные эллипсоидальные формы до уплощенных систем с протяженными
спиральными ветвями, состоящими из звезд и облаков газа. Однако в
дополнение к этим регулярным системам имеется множество галактик
неправильной формы. Эта картина мира была установлена при
§ 8.1. Краткий обзор данных наблюдений
203
помощи 100-дюймового рефлектора обсерватории Маунт Вилсон, с помощью
которого были впервые "разрешены" в галактиках отдельные звезды с
наибольшей видимой яркостью. Инструменты с большими диаметрами или иной
конструкции (например, камера Шмидта) способствовали уточнению этой
картины без существенного качественного изменения ее общего характера (по
крайней мере до настоящего времени). Наше Солнце само является членом
галактики спирального типа, называемой Галактикой, темные межзвездные
облака которой являются помехой в изучении системы галактик как целого. К
счастью, эти облака сосредоточены в основном вблизи плоскости Млечного
Пути, и поэтому при наблюдении в других направлениях влияние затемнения
может быть преодолено. Фотографии участков неба, в которых влиянием
межзвездного затемнения можно пренебречь, показывают следующее: 1)
пластинки с одинаковым временем экспозиции дают качественно одинаковую
картину в различных направлениях, если только засняты галактики с видимой
звездной величиной около \7т; 2) по-видимому, нет нижнего предела для
видимых звездных величин галактик, так как количество изображений на
пластинках всегда увеличивается с уменьшением видимой яркости (т. е. с
увеличением мощности инструмента): 3) распределение изображений на
фотографических пластинках нерегулярно, причем галактики образуют
мелкомасштабные группировки, называемые скоплениями [1].
Если считать видимую звездную величину галактики грубым указателем
расстояния до нее, то свойство (1) указывает, что система галактик
обладает сферической симметрией относительно точки наблюдения, которой
является Земля. Свойство (2) показывает, что вся система галактик не
находится в пределах видимости наших наиболее мощных телескопов, и
наблюдается лишь часть некоторой большей системы. Увеличение числа
галактик с уменьшающимся блеском свидетельствует также в пользу того, что
крупномасштабное пространственное распределение галактик однородно.
Однако свойство (3) указывает, что в малом масштабе это распределение
нерегулярно. В настоящее время общее число галактик, которые наблюдаются
с помощью лучших телескопов, доходит до нескольких десятков миллионов;
скопления обычно содержат около 200 членов, а наиболее крупные - до 1000.
204
Глава VIII. Однородные модели вселенной
Расстояние до некоторой галактики в парсеках (1 парсек - - 3,0871 • 1018
см) определяется с помощью формулы [2]
lgD = 0,2(m - М) + 1, (8.101)
где т - видимая звездная величина, а М - абсолютная звездная величина
рассматриваемого объекта. Вывод этой формулы опирается на предположение,
что интенсивность источника света уменьшается обратно пропорционально
