Теория относительности и сверхсветовая скорость - Владимир Иванович Моренко
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Данное уравнение описывает движение фронта электромагнитной волны, и, если переменные разделяются, то мы получаем выражение для параметра красного смещения в виде:
В этом случае в ограниченном расширяющемся пространстве должно действительно наблюдаться красное космологическое смещение.
Однако, не все так просто, поскольку в соответствии со свойствами сопутствующей системы координат (§9 главы 6, [5]) невозможно обеспечить независимость геометрических координат от времени, а значит, и разделить переменные. Тем самым отнесение причин возникновения красного смещения только на зависимость масштабного фактора R(t) от времени, представляется весьма искусственным. Но ничего иного общая теория относительности не предлагает. Более того, прямая зависимость космологического красного смещения на расстояниях до 300 миллионов световых лет от постоянной Хаббла вообще не наблюдается. Да и на больших расстояниях эта зависимость является достаточно приблизительной. Но без привлечения постоянной Хаббла в рамках общей теории относительности невозможно объяснить ни существование собственно сдвига спектров излучений, ни существование микроволнового изотропного фона. При этом последний считается абсолютно объективным подтверждением ограниченности (конечности) размеров Вселенной. Обратим внимание, что кроме микроволнового фона существует также изотропный рентгеновский фон, объяснение которого в рамках общей теории относительности отсутствует.
Если же мы используем понятие показателя преломления вакуума, как характеристику гравитационного взаимодействия, то можно найти и иное, чем предлагает общая теория относительности, объяснение, как красного космологического смещения и микроволнового изотропного излучения, так и изотропного рентгеновского фона.
Пусть
– параметры волны, испускаемой отдаленным источником в момент испускания. Если при прохождении волны до наблюдателя эти параметры меняются только в зависимости от расстояния до источника излучения, то можно записать выражения:Последнее выражение является ожидаемым показателем преломления вакуума, определенным через расстояние
от источника до наблюдателя и радиус вырождения вакуума, рассчитанный по массе источника излучения:Но если источник света достаточно удален, то можно предположить, что на излучение оказывает влияние не только масса излучающего источника, но и вся масса материи, включенной в сферу радиусом
– расстоянием от испущенного фотона до центра этой массы в любой выбранный момент времени.Особенностью гравитационного взаимодействия тел является тот факт, что небесные тела находятся в состоянии свободного падения относительно друг друга и одновременно относительно разных по иерархии совокупностей этих тел (звезды, сгущения звезд в рукавах галактик, галактики, скопления галактик и т.д.). Очевидно, что фотон, испускаемый каким-либо отдельным небесным объектом, например звездой, находится в сфере действия гравитационного поля этой звезды (поле нижней иерархии). Когда же он выходит в область действия гравитационного поля более высокой иерархии, то на его движение влияет более высокая масса, что и определяет иной размер дырки (вычета в пространстве):
В соответствии с полученным для гравитационного красного смещения выражением:
Следовательно, на одном и том же расстоянии:
Указанное выражение полностью соответствует эффекту космологического красного смещения и определяет эффект, подобный эффекту разлета галактик за счет расширения пространства, но вызванный влиянием на фотон гравитационного поля не только его источника, а и суммарным воздействием иных масс. В этом случае эффект космологического красного смещения можно считать проявлением гравитационного смещения, рассчитываемого в наложенных друг на друга гравитационных полях. И, если всю массу, расположенную в пределах сферы с радиусом, равным расстоянию между наблюдателем и источником света, (см. с.444 [5]) считать единой массой, создающей центральное гравитационное поле, то эффектом «улетающего» движения фотона в таком поле как раз и будет гравитационное красное смещение. Необходимо подчеркнуть, что поскольку являющееся источником полей тяготения вещество распределено во вселенной неравномерно, микроволновой фон не может быть абсолютно изотропным. Кроме того, указанная неравномерность будет определять различные величины красного смещения спектров излучения объектов, находящихся в разных местах, но на одинаковом расстоянии от нас. И это действительно подтверждаемый экспериментально факт. В связи с чем постоянная Хаббла не более чем некая среднестатистическая величина, зависящая от направления наблюдения.
С помощью данного принципа можно оценить и границы видимости излучающих объектов в пространстве с постоянной плотностью. В этом случае из последней формулы, указанной выше, следует, что показатель красного смещения для всего видимого вещества Вселенной определяется как:
Это дает нам значение предельного радиуса видимости:
ратим внимание, что классическое выражение для красного космологического смещения в пространстве с однородной плотностью распределения вещества определено выражением:В этом случае значение предельного радиуса видимости:
е указанные зависимости количественно мало отличаются друг от друга.Так, при плотности барионной компоненты вещества во Вселенной порядка 4,5 процентов от критической плотности радиус предельной видимости, рассчитанный по первой зависимости, составил бы
световых лет, что практически равно времени жизни Вселенной после Большого взрыва. А при критической плотности материи данная величина была бы равна световых лет. В принципе, эффект Ольбертса может быть объяснен именно конечной величиной радиуса предельной видимости. Но в этом случае не существует объективной причины появления изотропного микроволнового фона, а вот жесткое излучение не имело бы ограничений по уровню энергии. В то же время реально наблюдаемый микроволновой фон соответствует некоторому конечному значению параметра красного смещения. Этот эффект объясняется тем, что распределение спектральной плотности энергетической светимости тел подчиняется определению функции Кирхгофа. И в этом смысле удаленные объекты за счет красного смещения становятся попросту невидимыми. Кроме того, величина радиуса реальной предельной видимости и космологического смещения зависит от оптической прозрачности, так как возможно перекрытие потоков излучения небесными телами. Не менее существенным фактором для определения радиуса предельной видимости (длины волны микроволнового фона) является и то, что с увеличением масштаба уменьшается возможность выявления структурной неоднородности материи и, начиная с какого-то предела, распределение материи можно считать однородным. Следовательно, будет иметь предельное значение и
