Червоне зміщення галактик

Красное смещение галактик

Останнім часом у науково-популярних журналах нерідко можна зустріти статті, в яких теорія розширення Всесвіту підноситься як науково доведений факт. Ця теорія трактується як “загальновизнана”, віддається хвала “науковій сміливості тих, хто був учасником цього рішучого повороту в астрофізиці і космології” я вже не кажу про спеціальні роботи, наприклад, статтях у “фізичній енциклопедії”.

У той же час пробиває собі шлях більш скептичний підхід до теорії розширення. Так, наприклад, французький вчений Луї де Бройль прийшов до висновку, що зміщення ліній у спектрах віддалених галактик, на яку прихильники розширення посилаються як на головний доказ, в дійсності «може бути викликано старінням фотонів, тобто втратою енергії фотона під час його довгого шляху». Близькі ідеї обґрунтовують Р. Фюрт, Л. Стефенсон та інші.

Цікаво, що сам Хаббл встановивши закон червоного зміщення, ще в 1936 році провів спеціальне дослідження, зіставивши видиму яскравість і кількість галактик і прийшов до висновку, що червоне зміщення — це не Допплер-ефект. А Пулковський астроном М. Ейгенсон показав, що яскравості галактик не узгоджуються з гіпотезою розширення Всесвіту.

Прості співвідношення світових констант, виявилося, теж суперечать теорії розширення. Наприклад, спостережувана щільність матерії у Всесвіті в стільки разів менше щільності “концентрату”, тобто атомних ядер, у скільки гравітаційне тяжіння між двома електронами менше сили їх електромагнітного відштовхування. Це напевно не випадковий збіг. Тоді середня щільність матерії в космосі – величина, що не змінюється в часі.

Теорія розширення, як відомо, вимагає визнання «короткої шкали» еволюції Всесвіту. Все, що ми бачимо в космосі, повинно було виникнути, по цій шкалі, за 9-10 мільярдів років — час, який всього лише в два рази перевищує вік Землі або вік гірських порід, взятих космонавтами на Місяці з Моря Спокою!

З теорії розширення, близько 10 мільярдів років тому ще не було ні атомів, ні зірок, ні галактик. Вся речовина Всесвіту була сконцентрована у вигляді феноменально щільної маси в незначному обсязі, практично — в точці. В результаті «Великого Вибуху» в перший момент утворилася гаряча плазма з фотонів, електронів і позитронів. Через секунду після початку розширення щільність знизилася до 500 тисяч г/см3, температура — до 10 трильйонів градусів. На кожні 5 протонів тоді припадав 1 нейтрон. За наступні 100 секунд щільність зменшилася ще в десять тисяч разів, почалося утворення атомних ядер. Через кілька сот тисяч років температура впала до чотирьох тисяч градусів, протони і електрони стали з’єднуватися в атоми. Нарешті, через мільйон років після початку розширення процес утворення зірок і галактик став більш спокійним. До теперішнього часу середня щільність впала до 10~29 г/см3, але Всесвіт продовжує розширюватися.

Прихильники цієї теорії бачать доказ такого розширення в так званому космологічному червоному зміщенні спектральних ліній. Добре відомо (з робіт Слайфера, Хаббла та інших), що чим далі від нас знаходиться галактика, тим більше зміщені до червоного кінця всі лінії в її спектрі. Іншими словами, тим більше розтягнуті, збільшені довжини хвиль — порівняно з довжинами хвиль таких же спектральних ліній, отриманих від земних джерел.

Таке “розтягнення” хвиль дійсно виходить при віддаленні джерела світла від місця прийому світлового сигналу; воно відоме під назвою «Допплер-ефект».

Допплер-ефект обов’язково повинен спостерігатися, якщо відстань між джерелом світла і приймачем збільшується з часом. Але при цьому має витримуватися наступна умова. Вимірювальний базис — тобто розміри приймача (Землі), розміри атомів в районі випромінювача і приймача, довжина хвиль там і тут — все повинно залишатися без зміни.

Але перед нами інший випадок. Звичайне допплерівське трактування червоного зсуву, цілком законне до тих пір, поки астрономи за допомогою ефекту Доплера визначали швидкості руху зірок в нашій Галактиці, механічно перенесені на такий варіант, коли сам вимірювальний базис не залишається постійним, а також розширюється.

Теорія відносності Ейнштейна дійсно, як показали А. Фрідман та ряд інших математиків, допускає загальне розширення простору в часі. При цьому відстані між галактиками, як і між будь-якими двома фіксованими, «жорстко закріпленими» частинками, зростають пропорційно так званому «радіусу світу». «У розширеній однорідній моделі Всесвіту всі довжини хвиль змінюються пропорційно зміні всіх відстаней, тобто пропорційно радіусу світу». Не буду вдаватися в подробиці, але з цього випливає досить просто, що збільшуються і розміри атомів.

Отже, у міру поширення променя в світовому просторі частота електромагнітних коливань в розширеній моделі зменшується, а довжина хвилі і період коливань зростають.

Що ж відбувається в тому пункті, де ми збираємося реєструвати це випромінювання в надії виявити Допплер-ефект? Ясно, що за той час, поки у випромінюванні, що йде здалеку, довжина хвилі збільшилася від значення Л1 до значення Л2, в пункті А в такій же пропорції повинні були зрости всі масштаби, розміри тіл і атомів і випромінювані ними довжини хвиль.

Так, наприклад, Паризький метровий стрижень – еталон довжини – складається з рядів платини атомів, що щільно примикають один до одного. У кожному такому ряду по довжині стрижня міститься 3650 мільйонів атомів. І скільки б не лежав цей стрижень, число їх не зміниться. Стало бути, при розширенні стрижня розміри атомів теж повинні збільшитися в тій же пропорції. А розміри атомів, в свою чергу, строго пов’язані законами квантової механіки з довжинами випромінюваних ними хвиль і з розмірами електрона.

Одним словом, розміри твердих тіл, радіуси атомів і електронів і довжини хвиль, випромінюваних атомами (якщо вимірювати ці довжини відразу після випромінювання), жорстко пов’язані між собою законами квантової механіки та електродинаміки. Якщо ми допускаємо, що якась одна з цих величин, наприклад, розміри твердих тіл, змінюється при загальному розширенні Всесвіту, то зобов’язані прийняти, що і всі інші розміри змінюються в тій же пропорції. Якщо ми визнаємо одну з них незмінною, то не змінюються і інші.

Цей момент дуже важливий, а тому тут варто поміркувати, поки є хоч якась неясність.

Обмежимо подумки в якийсь момент нашу Землю примикаючою до неї поверхнею. При розширенні простору все, що лежить в космосі за цією поверхнею, має розсуватися; об’єм, обмежений нею, буде зростати. Якщо б тверде тіло не брало участь у розширенні, то між ним і «тікаючою» від нього поверхнею утворився б якийсь безглуздий зазор, і ця «щілина» з плином часу розросталася би все більше і більше… Тоді довелося б визнати, що тверді тіла типу нашої планети або метра-еталона відчувають відносне «стиснення», займаючи все меншу і меншу частку простору, а також визнати інші чудеса, абсолютно нестравні з будь-якої точки зору!

Ну, а якщо скоро все так, то ефект Доплера не спрацьовує. Якщо ми реєструємо два світлових променя одночасно, один — тільки що випущений нашою настільною лампою, а інший — минулий мільйони світлових років, то довжина хвилі в обох випадках буде збільшена, але збільшена однаково по відношенню до часу випущення першого, другого, так і будь-якого іншого променя. А раз однаково то ніякого Допплер-ефекту не буде. Оптичними методами неможливо виявити розширення Всесвіту — навіть якщо допустити, що таке розширення дійсно відбувається.

Логічна ситуація тут схожа на ту, яка відома для лоренцевого поздовжнього скорочення розмірів рухомих тіл. Воно було доведено в знаменитому досліді Майкельсона. Читач, напевно, пам’ятає, що лоренцеве скорочення не можна виявити в самій рухомій системі саме тому, що всі масштаби — лінійки, метри, хвилі — теж скорочуються в ній в такій же пропорції.

Отже, фактично спостережуване червоне зміщення — так званий закон Хаббла — має зовсім іншу природу і не може служити доказом того загального розширення простору, що можна, при бажанні, вивести з формули загальної теорії відносності.

Ну, гаразд, скаже читач. Спробуємо тоді обійтися без релятивістського розширення простору і підійдемо до справи простіше. Будемо вважати, що розміри атомів і випромінюваних ними хвиль на всіх тілах не змінюються з часом, і відбувається — нехай незрозуміле за своїми причинами, але реальне — хаотичне розбігання галактик, схоже на рух молекул в перегрітій розширеній хмарі газу.

Виявляється, однак, що і цей варіант не проходить, і ось чому. Швидкості молекул газу орієнтовані безладно; деякі з них навіть при розширенні хмари летять до її центру, а не назовні, і дуже багато — перпендикулярно. Значить, і галактики повинні б летіти всяко: і перпендикулярно до променя зору і наближатися, і все це з тими ж тисячами і десятками тисяч кілометрів в секунду, з якими вони видаляються. Нічого подібного немає. Поперечні швидкості галактик дорівнюють нулю або мізерно малі, а галактик із зустрічним рухом і, відповідно, з фіолетовим зміщенням майже немає. Ті фіолетові зміщення, які спостерігаються у десятка найближчих галактик в одній частині неба, пояснюються нашим власним рухом у цьому напрямку (зверненням Сонця навколо центру Галактики зі швидкістю 220 км/сек.). Таким чином, і цей варіант відпадає.

Прихильники теорії розширення Всесвіту підкреслюють, що вік зірок, зоряних скупчень і галактик узгоджується з теорією розширення. За різними оцінками постійної Хаббла (число, що визначає, наскільки зростає швидкість розбігання з кожним мега-парсеком відстані), величина «віку Всесвіту» для найбільш розроблених космологічних моделей коливається від 8-9 до 13 мільярдів років.

Чи дійсно це так? Реальні оцінки віку різних астрономічних об’єктів дають великий і безперервний ряд значень, в якому немає жодного натяку на існування межі, рівної 8-13 мільярдам років. Найдавніші гірські породи, відомі на Землі, мають вік 3,5 мільярда років: місячні породи — 4,6 млрд років; Земля і Сонце — близько 5-5,5 млрд років; багато зірок головної послідовності, для того щоб досягти своєї сучасної стадії розвитку, повинні були існувати близько 10— 15 мільярдів років, а зірки самих пізніх спектральних типів — більше 20 мільярдів років! Методами статистичної механіки вік деяких зоряних скупчень визначений в 20-24 мільярда років; вік галактик, відповідний сталому в них розподілу газу і круговому руху мас, виявляється більше в десятки і сотні разів!

Хольмберг, Цвіккі та інші астрономи, обґрунтувавши «довгу шкалу» розвитку галактик, підрахували, що для окремих галактик час встановлення стаціонарного стану більше 1000 мільярдів років, а для скупчень галактик — більше 100 трильйонів років. Немає ніяких розумних причин відкидати ці підрахунки.

Нещодавно був виявлений новий факт — так зване фонове радіовипромінювання, яке рівномірно з усіх боків приходить до нас з космосу. Не чекаючи, коли воно буде, як слід вивчено, прихильники «розширення» поспішили оголосити його реліктовим. Ці радіохвилі, за їх уявленнями, не що інше, як електромагнітні хвилі, випромінені в перші години існування надзвичайно гарячого Всесвіту 10 мільярдів років тому. За час довгої подорожі в космосі вони нібито розтягнулися настільки (внаслідок загального розширення), що придбали довжину сантиметрових радіохвиль. При цьому, звичайно, забувають, що таке розтягнення хвиль, як ми вже тут з’ясували, не може бути виявлено при одночасному зростанні всіх вимірювальних масштабів.

Відомо близько десятка вимірювань фонового радіовипромінювання. В інтервалі частот від 108 до 1011 герц вони лягали майже точно на пряму АВ, ніяких вимірювань по більш коротким хвилях не було.

Здоровий глузд підказує: треба трохи продовжити лінію АВ в бік точки С. Замість цього ті, хто виходив з ідеї про «реліктову» природу випромінювання, круто загинали криву вниз. Саме в такій інтерпретації фонове радіовипромінювання космосу підносилося як доказ розширення «гарячого Всесвіту».

Проте вже через кілька місяців стали відомі результати вимірювань на хвилях від 0,4 до 1,3 мм. Вони лягли на ту ж пряму АВС і показали інтенсивність випромінювання в десятки разів більшу, ніж було розраховано! Тепер вже ясно, що фонове випромінювання не має ніякого відношення до «розширення» Всесвіту. Воно пов’язане зі звичайним тепловим випромінюванням розсіяної міжгалактичної матерії та іншими джерелами.

Що ж таке все-таки космологічне зміщення, якщо не Допплер-ефект? Мабуть, це зовсім інше явище, а саме втрата енергії («старіння») фотонів. Поширення світла — не тільки електромагнітний процес, але також і процес перенесення гравітуючої маси фотонів зі швидкістю 300 000 км/сек. Процес, що поглинає енергію. А. Ейнштейн ще в 1911 році в статті “про вплив сили тяжіння на поширення світла” підкреслив, що фотони мають важку масу. Своєрідна гравітаційна самоіндукція, пов’язана з тим, що швидкість фотона збігається зі швидкістю гравітаційних хвиль, і призводить до втрати енергії фотона. Р. Фюрт вважає, що енергію, втрачену фотоном, забирають гравітаційні хвилі, гравітони.

Автор: П. Кропоткін.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *