О связи хаббловой и гравитационной постоянных
Шрифт:
Остаётся добавить, что показанное для свободного падения тел на планету - один к одному может быть перенесено на хаббловское разбегание тел. Чт'o показали? Что ежели отпустить тело в какой-либо точке планетной окрестности, то скорость сближения его с планетой прирастает до возможной максимальной не мгновенно - несмотря на пребываемость тела в неограниченном стремлении ту скорость увеличить. Так же "ведёт себя" и относительная скорость хаббловской разбегаемости тел. А значит, и проходимый последними путь - как производное от той скорости. И вот тут спрашивается: если не мгновенно оказываются тела "на разных краях мат. Вселенной", то как, по какому закону? Определить это фактически означает узнать, по какому закону увеличивается мат. Вселенная. Определение такого сводится к определению формулы пути, проходимому одним из тел по отношению к другому телу при обладаемости относительным к нему ускорением. Для случая равноускоренного движения формула пути известна и школьнику: S = at 2 /2.Для движения же на суперускорении мы нашли (по крайней мере, прикидочно!) формулу пути такой: S = a sup • t 3 / 4.И
Но вообще-то наговорено ещё недостаточно. Разводившиеся вычисления оказались способны обернуться весьма крутыми обобщениями. Которые и хочу привести. Чтоб их сделать, понадобилось наработать более точные числовые значения ускорений (сравнительно с достигавшимися нами доселе), и в большем количестве. Они составили следующие ряды. Ряд первый: 0,774482; 0,803703; 0,832925; 0,862143 нм/сек 2. Это ряд "мгновенных" ускорений, которыми - получается!
– обладают по отношению к нам галактики со скоростями убегания соответственно такими: 265000; 275000; 285000 и 295000 км/сек. Суперускорения же первой степени у этих галактик составляют свой ряд: 0,2308•10 – 26; 0,2393•10 – 26; 0,2478•10 – 26м/сек 3(для галактик со скоростью 295000 км/сек суперускорения здесь нет: чтоб посчитать его, потребовалось бы брать ещё одну скоростную точку, ближе - чем точка "295000 км/сек" - лежащую к скорости света).
Что из рядов вытекает? А две новые постоянные! Из первого - 0,02922 нм/сек 2(именно на эту величину отличаются члены ряда друг от друга!), а из последнего - 0,0085•10 – 26м/сек 3(именно на такую - одну и ту же!
– величину тоже отличаются в нём члены). Что за величины? Ну, каждая следующая по скорости галактика ряда отстоит от нас дальше за предыдущую на 111 мпс (как мы подсчитали в исходящести из постоянной Хаббла текущего исторического периода мат. Вселенной). Вот каждые следующие 111 мпс удаления от нас и получаются дающими галактике 0,02922 нм/сек 2добавочного ускорения по отношению к нам, и они же - каждые следующие - добавляют ей 0,0085•10 – 26м/сек 3суперускорения первой степени (опять-таки по отношению к нам). То есть - прямопропорциональный рост в обоих случаях! И в приведённости к 1 мпс удаления это будут соответственно значения 0,0002632 нм/сек 2•мпс и 0,0000765•10 – 26м/сек 3•мпс. Ну, или 0,2632•10 – 12м/сек 2•мпс и 0,765•10 – 30м/сек 3•мпс.
То есть что? Закон Хаббла - это прямопропорциональность скорости убегания галактики расстоянью от неё до нас, где коэффициент пропорциональности равен 90 км/сек•мпс и называется хаббловской постоянной. Но можно и нужно говорить о надставленном законе Хаббла, подобно закону Хаббла касающемуся уже не скоростей убегания от нас галактик, а ускорений их убегания от нас. То есть, говорить о прямопропорциональности ускорений убегания галактик удалённости от нас тех галактик. Где коэффициент пропорциональности равен 0,2632•10 – 12м/сек 2•мпс и напрашивается быть названным суперхаббловской постоянной. Также нужно говорить о вдвойне надставленном законе Хаббла, касающемся суперускорений первой степени у убегающих от нас галактик (и тоже сходно с тем, как касается закон Хаббла скоростей тех галактик). То есть: первая степень суперускорения у убегающей от нас галактики прямопропорциональна степени убежавшести той галактики (как расстояния, на которое она успела отбежать). Коэффициент пропорциональности в этом законе равен 0,765•10 – 30м/сек 3•мпс, и может быть соответственно назван суперхаббловской постоянной второй степени. Читатель может освоенным - надеюсь!
– образом посчитать и суперхаббловскую постоянную третьей степени, и так далее, - то есть открываем бесконечное множество последовательных суперхаббловских постоянных. Первый член коего должен по-полному называться суперхаббловской постоянной первой степени, а закон, в котором он фигурирует, соответственно однонадставленным законом Хаббла.
И напоследок в этой связи вот что. Однажды выше я уже упоминал о выйденности космологов на факт ускоренной разбегаемости галактик. Вышли где-то в конце 90-х, в растерянности и недоверии к полученным данным. Не знаю как вышли, но по зрелому размышлению напрашивается предположить, что разрешение астрофизических методов стало достаточным, чтобы произвесть - в достаточно отстоящие друг от друга моменты времени - прямые замеры скорости убегания одной и той же галактики, и разницу значений не "утопить" в погрешности. Галактика, скорей всего, была одной из весьма удалённых: именно ведь у таких ускорение относительно Земли больше, согласно нашей теории, а стало быть, и заметить его легче... Итак, второй замер дал значение скорости большее, чем первый, а при "разбегаемости галактик по инерции" оно должно бы оставаться прежним. И что же? Подвигло это физиков на логику, подобную нашей? Как бы не так: для объяснения ускоренья у разбега попросту реанимировали эйнштейновскую "ламбду", как вычитал я недавно в одной научно-популярной статье! Ну, акт понятный: вводилась космологическая постоянная Эйнштейном, чтоб "спасти" от схлопнутости рассредоточенное по мат. Вселенной вещество.
Ну, а что касается нашей теории, то она, конечно, ни в какой наводке не нуждается - через означенные-то разномоментные замеры скорости убегания какой-нибудь конкретной галактики. Наоборот, необходимость таких замеров она предопределяет и предсказывает их результат. Так что если они ещё не произведены, то надо произвесть - чтоб прямо убедиться в наличке ускоренности убегания, а если произведены, и дали разные результаты, то бояться этой разности не надо, греша на несовершенство измерительного процесса, - она и должна быть, эта разница, подтверждая нашу теорию. Ну, демонстрируя её.
Впрочем, насчёт обнаружения изменения скорости убегания какой-либо из "окраинных" галактик - это я загнул: такое в принципе возможно, но вряд ли могло быть пока осуществлено. Судите сами: "мгновенное" ускорение "окраинных" галактик нашей эпохи мы оцениваем примерно в 1 нм/сек 2, а это значит, что на 1 м/сек скорость подобной галактики увеличится за миллиард секунд. То есть - за треть века. Почему взяли 1 м/сек? Потому что знаем: метод лучевых скоростей, посредством которого ищутся экзопланеты, на сейчас способен обнаружить изменение лучевой скорости на 1 - 3 м/сек. Ну, в смысле, астроном способен ныне различить смещение спектра звезды, производимое изменением её скорости на 1 - 3 м/сек вдоль луча зрения на неё. То же, надо полагать, он сможет и для галактики. И если взять спектр какой-нибудь галактики, полученный треть века назад, да сличить с нынешним (если найдёшь теперь именно ту галактику), то... Но треть века назад оптика была хуже, так что тогдашние спектры не могут на равных сличаться с нынешними. Да и увериться, что речь идёт о той же самой галактике, тоже непросто.
Короче, на умозаключение об ускоренной ныне разбегаемости галактик вышли как-то иначе, менее прямым образом. Отсюда и неполная уверенность в факте такого ускорения, всё ещё характерная для академических кругов. Тут уместно привести отрывок из "краткой истории времён", как она - в свете налички такого ускорения - видится современным физикам (в пересказе одною из научно-популярных статей, что довелось мне читать в журналах за текущий год).
"По неизвестным пока причинам, возможно, из-за квантовой флуктуации, в пространстве Вселенной возникает физическое поле, которое в возрасте (Имеется в виду возраст Вселенной.
– Прим. автора.) около 10 – 35секунд заставляет Вселенную расширяться с колоссальным ускорением. Этот процесс называют инфляцией, а вызывающее его поле - инфлатоном. В отличие от экономики, где инфляция является неизбежным злом, с которым нужно бороться, в космологии инфляция, то есть экспоненциально быстрое увеличене Вселенной, - это благо. Именно ей мы обязаны тем, что Вселенная обрела большой размер и плоскую геометрию. В конце этой короткой эпохи ускоренного расширения запасённая в инфлатоне энергия порождает известную нам материю: разогретую до огромной температуры смесь излучения и массивных частиц, а также едва заметную на их фоне тёмную энергию. Можно сказать, что это и есть Большой взрыв. Космологи говорят об этом моменте как о начале радиационно-доминированной эпохи в эволюции Вселенной, поскольку большая часть энергии в это время приходится на излучение. Однако расширение Вселенной продолжается (хотя теперь уже и без ускорения) и оно по-разному отражается на основных типах материи. Ничтожная плотность тёмной энергии со временем не меняется, плотность вещества падает обратно пропорционально объёму Вселенной, а плотность излучения снижается ещё быстрее. В итоге спустя 300 тысяч лет доминирующей формой материи во Вселенной становится вещество, большую часть которого составляет тёмная материя. (Под этим термином здесь подразумевается тёмное вещество.
– Прим. автора.) С этого момента рост возмущений плотности вещества, едва тлевший на стадии доминирования излучения, становится достаточно быстрым, чтобы привести к образованию галактик, звёзд и столь необходимых человечеству планет. Движущей силой этого процесса является гравитационная неустойчивость, приводящая к скучиванию вещества. Едва заметные неоднородности оставались ещё с момента распада инфлатона, но пока во Вселенной доминировало излучение, оно мешало развитию неустойчивости. Теперь основную роль начинает играть тёмная материя. Под действием собственной гравитации области повышенной плотности останавливаются в своём расширении и начинают сжиматься, в результате чего из тёмной материи образуются гравитационно-связанные системы, называемые гало. В гравитационном поле Вселенной образуются "ямы", в которые устремляется обычное вещество. Накапливаясь внутри гало, оно формирует галактики и их скопления. Этот процесс образования структур начался более 10 миллиардов лет назад и шёл по нарастающей, пока не наступил последний перелом в эволюции Вселенной. Через 7 миллиардов лет (это примерно половина нынешнего возраста Вселенной) плотность вещества, которая продолжала снижаться из-за космологического расширения, стала меньше плотности тёмной энергии. Тем самым завершилась эпоха доминирования вещества, и теперь тёмная энергия контролирует эволюцию Вселенной. Какова бы ни была её физическая природа, проявляется она в том, что космологическое расширение вновь, как в эпоху инфляции, начинает ускоряться, только на этот раз очень медленно. Но даже этого достаточно, чтобы затормозить формирование структур, а в будущем оно должно вовсе прекратиться: любые недостаточно плотные образования будут рассеиваться ускоряющимся расширением Вселенной. Временное "окно", в котором работает гравитационная неустойчивость и возникают галактики, захлопнется уже через десяток миллиардов лет.
Дальнейшая эволюция Вселенной зависит от природы тёмной энергии. Если это космологическая постоянная, то ускоренное расширение Вселенной будет продолжаться вечно. Если же тёмная энергия - это сверхслабое скалярное поле, то после того как оно достигнет состояния равновесия, расширение Вселенной станет замедляться, а возможно сменится сжатием. Пока физическая природа тёмной энергии неизвестна, всё это не более чем умозрительные гипотезы. Таким образом, с определённостью можно сказать только одно: ускоренное расширение Вселенной будет продолжаться ещё несколько десятков миллиардов лет.
За это время наш космический дом - галактика Млечный Путь - сольётся со своей соседкой - Туманностью Андромеды (и большинством галактик-спутников меньшей массы, входящих в состав Местной Группы). Все прочие галактики улетят на большие расстояния, так что многие из них нельзя будет увидеть даже в самый мощный телескоп. Что касается реликтового излучения, которое приносит нам так много важнейшей информации о структуре Вселенной, то его температура упадёт почти до нуля, и этот источник информации будет потерян. Человечество останется Робинзоном на острове с эфемерной перспективой обзавестись хотя бы Пятницей."