Структура пространства-времени - Пенроуз Р.
Скачать (прямая ссылка):
интерпретации поведения реальной Вселенной.
Следует также изучить термодинамические флуктуации, которые могут играть
весьма важную роль на определенных стадиях космологической эволюции.
Наконец, было бы целесообразно рассмотреть с точки зрения общей теории
относительности внутреннюю связь между термодинамикой и статистической
механикой. Последнее, конечно, выходит за рамки макроскопического
подхода, принятого в этой книге.
ГЛАВА X
космология
ЧАСТЬ I
СТАТИЧЕСКИЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ § 133. Введение
В последней главе мы займемся космологией. Основой для наших исследований
послужат релятивистская механика и термодинамика. Здесь мы вступаем на
увлекательный путь, на котором нас ждут опасные, но интересные проблемы.
Главная опасность хотя и не является довлеющей, тем не менее ставит под
сомнение справедливость всех наших выводов; суть ее в том, что
релятивистская теория гравитации может оказаться неприменимой не только
ко Вселенной в целом, но даже и к небольшой ее части, размеры которой
ограничены пределом видимости 100-дюймового телескопа Маунт Вильсон и
составляют несколько сотен миллионов световых лет*). Три так называемых
"решающих эксперимента", конечно, убеждают нас в том, что теория
отосительности имеет реальные преимущества перед ньютоновой теорией
тяготения и что она дает приемлемую основу для изучения полей в "пустом"
пространстве вокруг звезды вплоть до расстояний порядка размеров
Солнечной системы. Однако экстраполяция этой теории на всю Вселенную в
целом, которая отнюдь не является пустой, а заполнена веществом и
излучением, представляет собою рискованный шаг. Оправдание обобщения
теории надо искать, во-первых, в том, что теория относительности обладает
замечательной внутренней логической стройностью и непротиворечивостью и
уже по этой причине должна быть, по всей вероятности, применимой к
широкому кругу явлений. И, во-вторых, в том, что звезды большей частью
скапливаются, образуя туманности, которые в свою очередь имеют тенденцию
к скоплению. Это указывает на то, что гравитационное взаимодействие
распространяется на большие расстояния, что и предска-
*) Сейчас пределы видимой Вселенной доходят до нескольких миллиардов
световых лет. (Прим. ред.)
22 Р. Толмен
338
ГЛ. X. космология
зывается релятивистской теорией. Наконец, теория относительности
практически является единственной теорией гравитации, применимой к
явлениям в больших областях Вселенной. Поэтому, если мы вообще собираемся
заниматься космологией, то мы должны пользоваться этой теорией.
Другая трудность, которая возникает при построении тех или иных
космологических теорий, состоит в том, что мы слишком мало знаем как о
Вселенной в целом, так и о ее частях. По подсчетам Хаббла, внутри области
радиусом 3-108 световых лет содержится около 108 туманностей! Эти
туманности имеют некоторую тенденцию группироваться в пространстве, хотя
в целом распределяются довольно равномерно с плотностью около одной
туманности на 1018 кубических световых лет. Каждая из них устроена
примерно так же, как и наша Галактика. Из анализа красного смещения в
спектрах этих туманностей можно заключить, что они взаимно разбегаются.
Их видимые диаметры, светимости и цвета позволяют оценить количество
пылевидного вещества, мешающего наблюдению. Таким образом, мы имеем
довольно обширный фактический материал, чтобы судить о структуре
Вселенной вплоть до расстояний 3-108 световых лет и о наиболее вероятной
ее эволюции за прошедшие 3 -108 лет.
Тем не менее есть еще серьезные пробелы в том, что хотелось бы знать. Во-
первых, хотя мы и можем попытаться приписать свойства нашей ближайшей
окрестности Вселенной в целом, однако законных оснований для этого нет.
Вселенная в целом вовсе не обязана обладать теми же свойствами, что и
видимая нами ее часть. Поэтому, хотя мы в дальнейшем будем постоянно
пользоваться однородными моделями, тем не менее всегда нужно помнить, что
это делается скорее для того, чтобы достаточно четко сформулировать
задачу и преодолеть математические трудности, чем для того, чтобы
добиться наибольшего сходства с реальностью. Во-вторых, хотя мы
достаточно хорошо знаем плотность распределения самих галактик вокруг
нас, нам очень мало известно относительно плотности иных видов вещества и
плотности излучения в огромных межгалактических пространствах. На самом
деле, как вытекает из работ Хаббла, плотность материи в виде
межгалактической пыли может оказаться в тысячи раз больше усредненной
плотности галактик, не вызывая при этом эффектов, которые выходили бы за
рамки наблюдаемых до сих пор*). Это очень сильно мешает нам делать
однозначные выводы, так как в результате мы не можем сказать, является ли
*) Оценки средней плотности вещества во Вселенной все время возрастают и
приближаются к той плотности, с которой начинается закрытая модель.
{Прим. ред.)
§ 134. ОДНОРОДНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ ВСЕЛЕННАЯ
339
реальная Вселенная пространственно открытой или закрытой, и вынуждены
