Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
которые не дают оснований выделять в больших масштабах в пространстве
какое-либо направление или приписывать какую-либо выделенную роль нашему
местонахождению во Вселенной. Однако, как будет указано в следующем
параграфе, более детальное исследование Вселенной может заставить нас
отказаться от однородности и перейти к изучению неоднородных моделей.
Второе достоинство модели состоит в том, что она дает хорошее согласие с
результатами Хаббла относительно связи между вычисленными
астрономическими расстояниями до туманностей и их видимыми диаметрами и
наблюдаемыми плотностями распределения. Чтобы показать это, возьмем
соотношение между координатой туманности г в модели и вычисленным,
согласно Хабблу и Хьюмасону, расстоянием d до нее:
г = dVl/(l+8k), (185.3)
где 6к/к - наблюдаемое красное смещение света рассматриваемой туманности;
кроме того, приведем ниже теоретические выражения для наблюдаемого
диаметра 60 на заданном расстоянии и для числа туманностей N внутри сферы
с радиусом, рав-
§ 185. СООТВЕТСТВИЕ МЕЖДУ МОДЕЛЬЮ И РЕАЛЬНОЙ ВСЕЛЕННОЙ 493
ным этому расстоянию, и эмпирические зависимости для тех же величин,
полученные Хабблом при обработке данных наблюдения (слева - теоретические
результаты,справа - эмпирические):
б0 = const_ /Л + вЛ.\, 60 = S2n!i, (185.4)
г \ К J й
г - -
N - const)-r dr , N = const-d3. (185.5)
Поскольку 8X/X и r2jRl малы даже для туманностей, находящихся на
расстоянии 108 световых лет, и не превышают ошибок наблюдений, то в
пределах этих ошибок можно считать, что согласие между теорией и
экспериментом вполне удовлетворительно.
Третье очень важное достоинство модели состоит в том, что она объясняет
красное смещение света далеких галактик совершенно естественным образом,
приписывая его взаимному раз-беганию туманностей. Теория дает для
красного смещения величину
^ = Н7-I? + ^ + 4 Hl+rn'j >3 +... (185.6)
Из наблюдений же Хаббла и Хьюмасона вытекает:
~ = Hd. (185.7)
К
Как следует из § 182, интервал возможных числовых значений
(185.2) для коэффициентов более высокого порядка таков, что в пределах
точности эмпирической формулы оба эти выражения совпадают друг с другом.
Четвертым результатом в этой модели будет следствие из (185.6), что
относительное красное смещение для любой туманности не должно
зависеть от длины волны. Это согласуется с
данными, приведенными в конце § 177, г.
Пятое свойство модели - необходимость присутствия в ней вещества.
Числовые границы, приведенные в (185.2), таковы, что плотность вещества в
модели не может быть меньше, чем 10~30 г/см3, что соответствует
плотности, получающейся при усреднении вещества галактик по всему
пространству, и, с другой стороны, полная плотность материи и излучения
не более чем в 1000 раз превышает эту величину. Давление же при этом во
всяком случае не отрицательно.
Шестой вывод состоит в том, что, как было показано, численные границы,
допускаемые в (185.2), таковы, что скорости
494
Гл. X. космология
перехода вещества в излучение, если это понадобится для объяснения других
наблюдений, можно приписать любое значение, от нуля до значений больших,
чем это известно для звезд с наибольшим отношением светимости к массе.
При этом ее можно уточнять по мере поступления новых данных. Таким
образом, модель допускает наличие потоков излучения от звезд, может при
необходимости быть нестатической и не требует, чтобы величина потоков
принимала слишком большое значение.
Кроме перечисленных выше прямых связей между моделью и реальном миром, не
следует упускать из виду, что основой для модели послужила релятивистская
теория тяготения, которая в областях меньших, чем рассматриваемые нами
сейчас, уже сама по себе получила превосходное подтверждение. Более того,
следует еще раз подчеркнуть, что из этой теории вытекает невозможность
построить устойчивую статическую Вселенную, так что мы всегда должны
ожидать либо красного, либо фиолетового смещения света от удаленных
объектов.
Все вышесказанное дает основание предполагать, что хорошее соответствие
между свойствами модели и реального мира и отсутствие каких-либо явных
противоречий между ними позволяет с достаточным доверием относиться к
возможности разумной теоретической интерпретации явлений в реальной
Вселенной при помощи нашей модели.
Можно высказать и несколько пожеланий относительно будущих наблюдений.
Прежде всего, было бы очень хорошо проверить однородность в больших
масштабах на еще больших расстояниях. Обнаружение значительного различия
между ближайшими и далекими частями Вселенной или между северным и южным
полушариями по отношению к плотности распределения туманностей или
зависимости красного смещения от расстояния имело бы далеко идущие
последствия, поскольку этот эмпирический факт потребовал бы перехода к
неоднородным моделям.
Проверка точного теоретического соотношения (180.5) между видимыми
диаметрами и светимостями
была бы хорошим подтверждением гипотезы о разбегания туманностей, так как
