Открытие расширения Вселенной

Для далеких объектов, коими являются звездные системы, можно измерять скорость удаления или приближения, пользуясь эффектом Доплера. Согласно этому эффекту у приближающегося источника света все длины волн, измеренные наблюдателем, уменьшены, смещены к фиолетовому концу спектра, а для удаляющегося источника – увеличены, смещены к красному концу спектра. Величина смещения z

.

Формула справедлива, если объект движется со скоростью много меньше с. В случае формула усложняется.

Измеряя смещения спектральных линий в спектрах небесных тел, астрономы определяют их приближение или удаление. Скорости, определяемые по спектральным измерениям, носят название лучевых скоростей.

В начале века измерял лучевые скорости американский астрофизик Слайфер. Он обнаружил, что большинство галактик удаляется от нас и скорости удаления огромные: от 2-3 сотен до 1100 км/с. Линии в спектрах галактик были смещены к красному концу. Это явление получило название «красного смещения».

Расстояния до целого ряда галактик были определены американским астрономом Э.Хабблом. Сравнение расстояний до галактик со скоростями их удаления позволило Э. Хабблу установить в 1929 году закономерность:

V=H∙R,

где Н – коэффициент, названный постоянной Хаббла. Установленное учеными значение Н ≈ 500 км/(с∙Нас) (1 парсек = 3 ∙10¹⁸ с). В настоящее время оказалось, что величина Н сильно завышена. На самом деле она в 10 раз меньше (точнее 75 км/с или).

Нельзя считать, что именно от нас, от нашей галактики происходит разбегание других галактик, то есть, что мы находимся в центре Вселенной. Галактики удаляются не только от нашей галактики, но и друг от друга. Если бы мы находились в другой галактике, то видели бы точно такую же картину разбегания, как и из нашей звездной системы.

Расширение Вселенной меняется с течением времени. Выделим мысленно в однородном веществе Вселенной шар. Расширение управляется законом Всемирного тяготения. Ускорение (отрицательное, т.е. замедление), которое испытывают галактики на поверхности шара

.

Выразим массу шара М через плотность вещества и объем шара , тогда

.

Ускорение ~ расстоянию. Если пропорциональна расстоянию и скорость, и ее изменение, то значит, в моменты времени, следующие за настоящим, также сохранится пропорциональность скорости расстоянию. Расширение тормозится, раньше этот коэффициент был больше.

Время, протекшее с начала расширения, определяется только постоянной Хаббла и равно

Возможные неопределенности в значении Н приводят к неопределенности времени t

< t < 20 ∙ 10⁹ лет

Торможение определяется конечной плотностью во Вселенной. Величина средней плотности материи во Вселенной определена не точно. Легко учесть вещество, входящее в галактики. Если известны скорости этих движений и размеры галактик, то масса вычисляется на основе ньютоновской механики и закона тяготения. Зная число галактик в единице объема и их массы, можно вычислить среднюю плотность материи во Вселенной, входящей в галактики. Плотность этого вещества составляет примерно (в БСЭ , Н=).

Но в пространстве между галактиками может быть вещество, которое очень трудно обнаружить, так как оно практически не излучает и не поглощает света. Это, например, ионизованный газ между галактиками, слабо светящиеся или потухшие звезды, нейтрино-частицы, которые очень слабо взаимодействуют с другим веществом и их трудно обнаружить. Возможно также наличие гравитационных волн, предсказанных теорией Эйнштейна. Между галактиками есть и другие виды материй. Наиболее вероятные пределы – 5 ∙ 10^-29 г/см³ ÷ 3 ∙ 10^-31 г/см³.

Таким образом, 10 ÷ 20 миллиардов лет назад, вблизи момента начала расширения плотность вещества была значительно больше. (Возраст Земли, определяемый по радиоактивному распаду веществ, равен 5 ∙ 10⁹ лет). Вся материя находилась в состоянии непрерывно распределенного однородного вещества. Позже, в ходе расширения, оно распалось на отдельные комки, что привело к образованию небесных тел.

Дата добавления: 2014-01-03