Ако некој мисли дека зборот „бегај“ има чисто спортски, или најмногу „антибрачен“ карактер, тогаш се лаже. Има многу поинтересни толкувања. На пример, космолошкиот закон Хабл покажува дека... галаксиите се расфрлаат!

Три типа на маглини

Замислете: во црн, огромен безвоздушен простор, ѕвездените системи тивко и полека се оддалечуваат еден од друг: „Збогум! Збогум! Збогум!". Можеби, да ги оставиме настрана „лирските дигресии“ и да се свртиме кон научните информации. Во 1929 година, највлијателниот астроном на 20 век, американскиот научник Едвин Пауел Хабл (1889-1953), дошол до заклучок дека Универзумот постојано се шири.

Човек кој целиот свој возрасен живот го посвети на разоткривањето на структурата на вселената, е роден во Маршфилд Уште од мали нозе бил заинтересиран за астрономија, иако на крајот станал овластен адвокат. По дипломирањето на Универзитетот во Кембриџ, Едвин работел во Чикаго во опсерваторијата Јорк. Се борел во Првата светска војна (1914-1918). Годините на фронтот само го одложија откривањето на време. Денес целиот научен свет знае што е Хабловата константа.

На пат кон откривање

Враќајќи се од фронтот, научникот го сврте вниманието кон опсерваторијата на планината Вилсон (Калифорнија) на висока надморска височина. Таму бил ангажиран. Вљубен во астрономијата, младиот човек поминал многу време гледајќи низ леќите на огромните телескопи со димензии 60 и 100 инчи. За тоа време - најголемиот, речиси фантастичен! Пронаоѓачите работеа на уредите речиси една деценија, постигнувајќи највисоко можно зголемување и јасност на сликата.

Да потсетиме дека видливата граница на Универзумот се нарекува Метагалаксија. Таа продолжува кон состојбата во времето на Биг Бенг (космолошка сингуларност). Современите одредби наведуваат дека вредностите на физичките константи се хомогени (што значи брзина на светлината, елементарно полнење итн.). Се верува дека Метагалаксијата содржи 80 милијарди галаксии (неверојатна бројка исто така звучи вака: 10 секстилиони и 1 септилион ѕвезди). Облик, маса и големина - за Универзумот тоа се сосема различни концепти од оние прифатени на Земјата.

Мистериозни Цефеиди

За да се поткрепи теоријата која го објаснува ширењето на универзумот, беа потребни долгорочни длабински истражувања, сложени споредби и пресметки. Во раните дваесетти години на 20 век, довчерашниот војник конечно успеа да ги класифицира маглините забележани одделно од Млечниот Пат. Според неговото откритие, тие се спирални, елипсовидни и неправилни (три вида).

Во најблиската, но не и најблиската, спирална маглина, Андромеда, Едвин забележал Цефеиди (класа на пулсирачки ѕвезди). Законот на Хабл стана поблиску од кога било до неговото конечно формирање. Астрономот го пресметал растојанието до овие светилници и големината на најголемите Според неговите заклучоци, Андромеда содржи приближно еден трилион ѕвезди (2,5-5 пати поголеми од Млечниот Пат).

Постојана

Некои научници, објаснувајќи ја природата на Цефеидите, ги споредуваат со гумени топчиња на надувување. Тие или се зголемуваат или се намалуваат, понекогаш се приближуваат, понекогаш се оддалечуваат. Радијалната брзина флуктуира во овој случај. Кога се компресира, температурата на „патниците“ се зголемува (иако површината се намалува). Пулсирачките ѕвезди се необично нишало кое, порано или подоцна, ќе престане.

Како и другите маглини, Андромеда научниците ја карактеризираат како островски универзален простор, кој потсетува на нашата галаксија. Во 1929 година, Едвин открил: радијалните брзини на галаксиите и нивните растојанија се меѓусебно поврзани и линеарно зависни. Утврден е коефициент, изразен во km/s по мегапарсек, таканаречената Хаблова константа. Како што Универзумот се шири, постојаното се менува. Но, во одреден момент, во сите точки во системот на универзумот, тоа е исто. Во 2016 година - 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc.

Идеите за системот на универзумот да ја продолжи својата еволуција и да се шири потоа добија набљудувачка основа. Процесот активно го проучувале астрономите до самиот почеток на Втората светска војна. Во 1942 година, тој го предводеше Одделот за надворешна балистика на полигонот во Абердин (САД). Дали некој следбеник на можеби најмистериозната наука во светот сонувал за ова? Не, тој сакаше да ги „дешифрира“ законите на скриените агли на далечните галаксии! Што се однесува до неговите политички ставови, астрономот отворено го осуди лидерот на Третиот Рајх, Адолф Хитлер. На крајот од својот живот, Хабл стана познат како моќен противник на употребата на оружје за масовно уништување. Но, да се вратиме на небулозите.

Големиот Едвин

Многу астрономски константи се прилагодуваат со текот на времето и се појавуваат нови откритија. Но, сите тие не можат да се споредат со Законот за проширување на универзумот. Познатиот астроном од 20 век Хабл (од времето на Коперник немал рамен!) се става на исто ниво со основачот на експерименталната физика Галилео Галилеј и авторот на иновативниот заклучок за постоењето на ѕвездени системи , Вилијам Хершел.

Уште пред да биде откриен законот на Хабл, неговиот автор стана член на Националната академија на науките на Соединетите Американски Држави, подоцна академии во различни земји и има многу награди. Многу луѓе веројатно слушнале дека пред повеќе од десет години вселенскиот телескоп Хабл беше лансиран во орбитата и успешно работи. Ова име е дадено на една од малите планети што ротира помеѓу орбитите на Марс и Јупитер (астероид).

Не би било сосема фер да се каже дека астрономот само сонувал да го овековечи своето име, но има индиректни докази дека Едвин сакал да привлекува внимание. Има фотографии на кои весело позира покрај филмските ѕвезди. Подолу ќе зборуваме за неговите обиди да го „поправи“ своето достигнување на лауреатско ниво, а со тоа да влезе во историјата на космологијата.

Метод на Хенриета Левит

Познатиот британски астрофизичар во својата книга „Кратка историја на времето“ напиша дека „откритието дека Универзумот се шири беше најголемата интелектуална револуција во 20 век“. Хабл имаше доволно среќа да се најде на вистинското место во вистинско време. Опсерваторијата Маунт Вилсон беше центар на опсервациската работа во основата на новата астрофизика (подоцна наречена космологија). Најмоќниот телескоп на Земјата, телескопот Хукер, штотуку почна да функционира.

Но, константата Хабл едвај била откриена само од среќа. Беа потребни трпение, упорност и способност да се победат научните ривали. Вака американскиот астроном Харлоу Шепли го предложи својот модел на Галаксијата. Тој веќе бил познат како научник кој ја одредил големината на Млечниот Пат. Тој широко го користел методот на дистанца на цефеидите, користејќи техника составена во 1908 година од Хенриета Свон Левит. Го утврди растојанието до објектот врз основа на стандардните варијации на светлината од светлите ѕвезди (променливи на Цефеидите).

Не прашина и гас, туку други галаксии

Харлоу Шепли верувал дека галаксијата е широка 300.000 светлосни години (околу десет пати поширока од нормалното). Сепак, Шепли, како и повеќето астрономи од тоа време, беше сигурен: Млечниот пат е целиот универзум. И покрај претпоставката за првпат направена од Вилијам Хершел во 18 век, тој го делеше заедничкото верување дека сите маглини за релативно блиските објекти се само дамки од прашина и гас на небото.

Колку горчливи, студени ноќи помина Хабл седејќи на моќниот телескоп Хукер пред да може да докаже дека Шепли не е во право. Во октомври 1923 година, Едвин забележал „разгорен“ објект во маглината М31 (соѕвездието Андромеда) и сугерирал дека не припаѓа на Млечниот Пат. Откако внимателно ги проучувал фотографските плочи кои ја прикажувале истата област која претходно ја проучувале други астрономи, вклучувајќи го и Шепли, Едвин сфатил дека се работи за Цефеид.

Откриен простор

Хабл го користел Шепли методот за мерење на растојанието до променливата ѕвезда. Се покажа дека тоа е милиони светлосни години од Земјата, што е далеку подалеку од Млечниот Пат. Самата галаксија содржи милиони ѕвезди. Познатиот универзум драматично се прошири истиот ден и - во извесна смисла - самиот Космос беше откриен!

„Њујорк тајмс“ напиша: „Откриените спирални маглини се ѕвездени системи. Д-р Хабел (sic) го потврдува ставот дека тие се како „островски универзуми“ слични на нашите“. Откритието беше значајно за астрономскиот свет, но најголемиот момент на Хабл допрва требаше да дојде.

Без статика

Како што рековме, победата дошла до Коперник бр. 2 во 1929 година, кога ги класифицирал сите познати маглини и ги мери нивните брзини од спектрите на емитирана светлина. Неговото неверојатно откритие дека сите галаксии се повлекуваат од нас со брзини кои се зголемуваат пропорционално на нивната оддалеченост од Млечниот Пат го шокираше светот. Законот на Хабл ја укина традиционалната идеја за статичен универзум и покажа дека тој самиот е полн со динамика. Самиот Ајнштајн ја наведна главата пред таквите неверојатни моќи на набљудување.

Авторот на теоријата на релативност ги коригирал сопствените равенки, кои ги користел за да го оправда ширењето на универзумот. Сега Хабл покажа дека Ајнштајн бил во право. Хабловото време е реципрочно на Хабловата константа (t H = 1/H). Ова е карактеристичното време на проширување на Универзумот во сегашниот момент.

Експлодираше и се расфрлаше

Ако константата во 2016 година е еднаква на 66,93 ± 0,62 (km/s)/Mpc, тогаш проширувањето во моментов се карактеризира со следните бројки: (4,61 ± 0,05) 10 17 s или (14,610 ± 0,016) старо 10 9 години. И повторно малку хумор. Оптимистите велат: добро е што галаксиите „се расфрлаат“. Ако ги замислиме како се приближуваат, порано или подоцна би имало Биг Бенг. Но, токму со него започна раѓањето на Универзумот.

Галаксиите „брзаа“ (почнаа да се движат) во различни насоки во исто време. Ако брзината на отстранување не е пропорционална со растојанието, теоријата на експлозија е бесмислена. Друга изведена константа е Хабловото растојание - производ на времето и брзината на светлината: D H = ct H = c/H. Во сегашниот момент - (1,382 ± 0,015) 10 26 m или (14,610 ± 0,016) 10 9 светлосни години.

И повторно за топката на надувување. Постои мислење дека дури и астрономите не секогаш правилно го толкуваат проширувањето на универзумот. Некои експерти веруваат дека отекува како гумена топка, не знаејќи никакви физички ограничувања. Во исто време, самите галаксии не само што се оддалечуваат од нас, туку и хаотично „бркаат наоколу“ во стационарни јата. Други тврдат дека далечните галаксии „одлебуваат“ како фрагменти од Големата експлозија, но тие го прават тоа мирно.

Можеше да стане нобеловец

Хабл се обиде да ја добие Нобеловата награда. Во доцните 1940-ти, тој дури ангажираше и рекламен агент (сега ќе го нарекуваат ПР менаџер) за да го промовира бизнисот. Но, напорите беа залудни: немаше категорија за астрономи. Едвин починал во 1953 година за време на научни истражувања. Неколку ноќи набљудувал екстрагалактички објекти.

Неговиот последен амбициозен сон остана неостварен. Но, на научникот веројатно би му било мило да има вселенски телескоп именуван по него. И генерации браќа на ум продолжуваат да го истражуваат огромниот и прекрасен простор. Сè уште има многу мистерии. Колку откритија претстојат! И изведените константи на Хабл сигурно ќе му помогнат на еден од младите научници да стане „Коперник бр. 3“.

Предизвикувајќи го Аристотел

Што ќе се докаже или побие, како кога теоријата за бесконечност, вечност и непроменливост на просторот околу Земјата, која самиот Аристотел ја поддржуваше, се распадна? Тој му припишува симетрија и совршенство на Универзумот. Космолошкиот принцип потврди: сè тече, сè се менува.

Се верува дека за милијарди години небото ќе биде празно и темно. Проширувањето ќе ги „однесе“ галаксиите надвор од космичкиот хоризонт, од каде светлината нема да може да стигне до нас. Дали константата Хабл ќе биде релевантна за празен универзум? Што ќе се случи со науката за космологијата? Дали таа ќе исчезне? Сето ова се шпекулации.

Redshift

Во меѓувреме, телескопот Хабл направи слика која покажува дека сè уште сме далеку од универзалната празнина. Во професионалните кругови постои мислење дека откритието на Едвин Хабл е вредно, но не и неговиот закон. Сепак, тој беше речиси веднаш препознаен во научните кругови од тоа време. Набљудувањата на „црвената промена“ не само што го добија правото на постоење, тие се релевантни и во 21 век.

И денес, кога се одредува растојанието до галаксиите, тие се потпираат на супероткритието на научникот. Оптимистите велат: дури и ако нашата галаксија остане единствена, нема да ни биде „досадно“. Ќе има милијарди џуџести ѕвезди и планети. Ова значи дека до нас сепак ќе има „паралелни светови“ кои ќе треба да се истражат.

На големите физичари од минатото, И. Њутн и А. Ајнштајн, Универзумот изгледаше статичен. Советскиот физичар А. Фридман во 1924 година излезе со теоријата за „расфрлање“ на галаксиите. Фридман го предвиде ширењето на универзумот. Ова беше револуционерна револуција во физичкото разбирање на нашиот свет.

Американскиот астроном Едвин Хабл ја истражувал маглината Андромеда. До 1923 година, тој можеше да види дека неговите перифери се јата од поединечни ѕвезди. Хабл го пресмета растојанието до маглината. Се покажа дека е 900.000 светлосни години (попрецизно пресметаното растојание денес е 2,3 милиони светлосни години). Односно, маглината се наоѓа далеку подалеку од Млечниот пат - Нашата галаксија. По набљудувањето на оваа и другите маглини, Хабл дошол до заклучок за структурата на Универзумот.

Универзумот се состои од збирка огромни ѕвездени јата - галаксии.

Токму тие ни се појавуваат како далечни магливи „облаци“ на небото, бидејќи едноставно не можеме да видиме поединечни ѕвезди на толку огромно растојание.

Е. Хабл забележал важен аспект во добиените податоци, кој астрономите го набљудувале и претходно, но тешко го толкувале. Имено: набљудуваната должина на спектралните светлосни бранови емитирани од атомите на далечните галаксии е малку поголема од должината на спектралните бранови што ги емитираат истите атоми во копнените лаборатории. Односно, во спектарот на зрачење на соседните галаксии, квантот на светлина што е емитиран од атом кога електрон скока од орбита до орбита е поместен во фреквенција кон црвениот дел од спектарот во споредба со сличен квант што го емитира истиот атом на Земјата. . Хабл зеде слобода да го толкува ова набљудување како манифестација на Доплеровиот ефект.

Сите набљудувани соседни галаксии се оддалечуваат од Земјата, бидејќи скоро сите галактички објекти надвор од Млечниот Пат покажуваат црвено спектрално поместување пропорционално на брзината на нивното отстранување.

Што е најважно, Хабл можеше да ги спореди резултатите од неговите мерења на растојанија до соседните галаксии со мерењата на нивните стапки на рецесија (врз основа на црвено поместување).

Математички, законот е формулиран многу едноставно:

каде v е брзината со која галаксијата се оддалечува од нас,

r – растојание до него,

H е Хабловата константа.

И, иако Хабл првично дојде до овој закон како резултат на набљудување само неколку галаксии најблиску до нас, ниту една од многуте нови галаксии на видливиот Универзум кои се откриени оттогаш, сè пооддалечена од Млечниот Пат, не паѓа надвор од делокруг на овој закон.

Значи, главната последица на законот на Хабл:

Универзумот се шири.

Самата структура на светскиот простор се шири. Сите набљудувачи (и јас и ти не сме исклучок) сметаат дека се во центарот на Универзумот.

4. Теоријата на Биг Бенг

Од експерименталниот факт за рецесија на галаксиите, беше проценета староста на Универзумот. Се покажа дека е еднакво - околу 15 милијарди години! Така започна ерата на модерната космологија.

Природно се поставува прашањето: што се случи на почетокот? На научниците им требаа само околу 20 години за целосно да го револуционизираат нивното разбирање за Универзумот.

Одговорот беше предложен од извонредниот физичар Г. Гамоу (1904 - 1968) во 40-тите години. Историјата на нашиот свет започна со Биг Бенг. Ова е токму она што денес го мислат повеќето астрофизичари.

Големата експлозија е брз пад на првично огромната густина, температура и притисок на материјата концентрирани во многу мал волумен на Универзумот. Целата материја на универзумот била компресирана во густа грутка од прото-материја, содржана во многу мал волумен во споредба со сегашната скала на Универзумот.

Идејата за Универзумот, родена од супер-густа грутка супер-жешка материја и оттогаш се шири и лади, се нарекува теорија на Биг Бенг.

Денес не постои поуспешен космолошки модел за потеклото и еволуцијата на Универзумот.

Според теоријата на Биг Бенг, раниот универзум се состоел од фотони, електрони и други честички. Фотоните постојано комуницирале со други честички. Како што Универзумот се ширел, тој се оладил и во одредена фаза електроните почнале да се комбинираат со јадрата на водород и хелиум и да формираат атоми. Ова се случи на температура од околу 3000 К и приближна старост на Универзумот од 400.000 години. Од овој момент, фотоните можеа слободно да се движат во вселената, практично без интеракција со материјата. Но, ни останаа „сведоците“ од таа ера - тоа се реликтни фотони. Се верува дека космичкото микробранова позадинско зрачење е зачувано од почетните фази на постоењето на Универзумот и рамномерно го исполнува. Како резултат на понатамошното ладење на зрачењето, неговата температура се намали и сега е околу 3 К.

Постоењето на космичко микробранова позадинско зрачење беше теоретски предвидено во рамките на теоријата на Биг Бенг. Се смета за една од главните потврди на теоријата на Биг Бенг.

Во моментов, според астрономските набљудувања, утврдено е дека Универзумот е хомоген во големи размери, т.е. сите негови региони од 300 милиони светлосни години и повеќе изгледаат исто. Во помал обем, постојат региони во Универзумот каде што се наоѓаат јата на галаксии и, обратно, празнини каде што има малку од нив.

Галаксијата е систем на ѕвезди кои имаат заедничко потекло и се поврзани со гравитациони сили. Галаксијата во која се наоѓа нашето Сонце е Млечниот Пат

Растојанието до небесните тела во астрономијата различно се одредуваат во зависност од тоа дали овие објекти се блиску или далеку од нашата планета. Во вселената, следните единици најчесто се користат за мерење на растојанија:

1 а.в.( астрономска единица) = (149597870 2) km;

1 компјутер ( парсек) = 206265 а.у. = 3,086·10 m;

1-ва година ( светла година) = 0,307 pc = 9,5·10 m Светлосна година е патеката што светлината ја поминува за една година.

Овој труд предлага метод за одредување растојанија до далечни галаксии со помош на „црвено поместување“, т.е. со зголемување на брановите должини во спектарот на набљудуваниот далечен извор на зрачење во споредба со соодветните бранови должини на линиите во референтните спектри.

Изворот на светлина се однесува на зрачењето од далечните галаксии (најсветлите ѕвезди или маглините со гас и прашина во нив). под " поместување на црвено" - поместување на спектралните линии во спектрите на хемиските елементи што ги сочинуваат овие објекти на страната со долга бранова должина (црвена), во споредба со брановите должини во спектрите на стандардните елементи на Земјата. „Црвеното поместување“ е предизвикано од Доплеровиот ефект.

Доплер ефекте дека зрачењето испратено од извор кој се оддалечува од неподвижен приемник ќе биде примен од него како подолга бранова должина, во споредба со зрачењето од истиот стационарен извор. Ако изворот се приближи до приемникот, тогаш брановата должина на снимениот сигнал, напротив, ќе се намали.

Во 1924 година, советскиот физичар Александар Фридман предвиде дека Универзумот се шири. Моментално достапните податоци покажуваат дека еволуцијата на Универзумот започнала од тој момент Големата експлозија.Пред околу 15 милијарди години, Универзумот беше точка (тоа се нарекува точка на сингуларност), на кој поради силната гравитација во него, многу високата температура и густина не важат познатите закони на физиката. Во согласност со моментално прифатениот модел, Универзумот почна да се надува од точката на сингуларност со зголемено забрзување.

Во 1926 година, беа добиени експериментални докази за проширување на универзумот. Американскиот астроном Е. Хабл, додека ги проучувал спектрите на далечните галаксии со помош на телескоп, го открил црвеното поместување на спектралните линии. Ова значеше дека галаксиите се оддалечуваа една од друга и со брзина која се зголемуваше со растојанието. Хабл конструираше линеарна врска помеѓу растојанието и брзината поврзана со Доплеровиот ефект ( Хабловиот закон):

(1) , Каде

р– растојание меѓу галаксиите;

v -брзина на отстранување на галаксиите;

Н– Хабл константа. Значење Нзависи од времето поминато од почетокот на ширењето на Универзумот до сегашниот момент и варира во опсег од 50 до 100 km/s·Mpc. Во астрофизиката, по правило, се користи H = 75 km/s·Mpc. Точноста на одредувањето на Хабловата константа е

0,5 km/s Mpc;

Со– брзина на светлината во вакуум;

З– црвено поместување на брановата должина, т.н. космолошки фактор.

(2) , Каде

– бранова должина на зрачењето што го прима приемникот;

– бранова должина на зрачење што го емитува објектот.

Така, со мерење на големината на поместувањето на линиите, на пример, јонизираниот водород (H+) во видливиот дел од спектарот, можно е галаксијата набљудувана од Земјата да го одреди нејзиното црвено поместување со помош на формулата (2) Зи, користејќи го Хабловиот закон (1), пресметајте го растојанието до него или брзината на неговото отстранување:

Работниот ред

1. Повикајте ја програмата „Определување растојанија до галаксии“ на работната површина на компјутерот. На екранот на мониторот ќе се појави област на Универзумот со девет различни галаксии набљудувани од површината на Земјата. На горниот дел од екранот се појавува видлив спектар на светлина и маркер за бранова должина за јонизиран водород H+.

2. Поставете го курсорот на галаксијата означена од наставникот и кликнете на копчето.

3. Запишете ја брановата должина и λ емитирана од оваа галаксија додека се оддалечува.

Размислете за две галаксии лоцирани на далечина Леден од друг и се оддалечуваат еден од друг со брзина В. Која е вредноста на црвеното поместување во спектарот на првата галаксија, измерено од набљудувач лоциран на втората?

Се чини дека одговорот е очигледен. Вредност на Redshift zе еднакво на:

Сепак, оваа големина на црвено поместување би се очекувала во неподвижен универзум. Но, нашиот универзум се шири! Дали самиот факт на проширувањето на универзумот може да влијае на вредноста на црвеното поместување?

Ајде да ја промениме состојбата на проблемот. Сега да претпоставиме дека галаксиите се на фиксно растојание Леден од друг (на пример, тие полека ротираат околу заеднички центар на маса). Дали набљудувачот лоциран во една галаксија ќе открие црвено поместување во спектарот на друга поради фактот што Универзумот се шири?

Кога Универзумот се шири, тој ја надминува гравитациската привлечност помеѓу неговите делови. Затоа, како што Универзумот се шири, неговата стапка на проширување се намалува. Фотон, кој се движи од една во друга галаксија, исто како и секој објект во Универзумот, гравитациски комуницира со материјата што се шири и, со тоа, го „забавува“ проширувањето на Универзумот. Затоа, енергијата на фотонот што се движи во вселената што се шири мора да се намали. Ајде да направиме квантитативни проценки.

Кога фотонот замина од една галаксија, гравитациониот потенцијал во Вселената, создаден од целата материја во Универзумот, беше еднаков на F 1. Кога фотонот пристигнал во втората галаксија, гравитациониот потенцијал во Вселената се зголемил поради ширењето на Универзумот и станал еднаков на Ф 2 > Ф 1 (во исто време | Ф 2 |< | Ф 1 |, так как гравитационный потенциал меньше нуля). То есть фотон, вылетев из области с более низким гравитационным потенциалом, прилетел в область с более высоким гравитационным потенциалом. В результате этого энергия фотона уменьшилась.

Така, вредноста на црвено поместување во емисиониот спектар на галаксија која се оддалечува од нас ќе се состои од два дела. Првиот дел, предизвикан директно од брзината со која се оддалечуваат галаксиите, е таканаречениот Доплер ефект. Неговата вредност е:

Вториот дел е предизвикан од фактот дека Универзумот се шири, и затоа се зголемува гравитациониот потенцијал во него. Ова е таканареченото гравитациско црвено поместување. Неговата вредност е:

(8.9)

Овде F 1 е гравитациониот потенцијал на Универзумот на местото на заминување на фотонот, во моментот на неговото заминување; Ф 2 – гравитациски потенцијал на Универзумот на местото на регистрација на фотонот, во моментот на неговата регистрација.

Како резултат на тоа, вредноста на црвено поместување во емисиониот спектар на галаксијата која се оддалечува од нас ќе биде еднаква на:

(8.10)

И доаѓаме до многу важен заклучок. Само дел од космолошкото црвено поместување забележано во емисионите спектри на далечните галаксии е предизвикано директно од оддалеченоста на овие галаксии од нас. Другиот дел од црвеното поместување е предизвикано од зголемување на гравитациониот потенцијал на Универзумот. Според тоа, брзината со која галаксиите се оддалечуваат од нас е помалку, отколку што се претпоставува во модерната космологија и староста на Универзумот, соодветно, повеќе.

Пресметките извршени во покажуваат дека ако густината на Универзумот е блиску до критична (овој заклучок е направен врз основа на проучување на големата дистрибуција на галаксиите), тогаш:

Односно, само 2/3 од космолошката вредност на црвено поместување z 0 во спектрите на далечните галаксии (8.10) е предизвикана од брзината со која галаксиите се оддалечуваат. Според тоа, константата Хабл е 1,5 пати помала отколку што се претпоставува во модерната космологија, а староста на Универзумот, напротив, е 1,5 пати поголема.

Како се решава прашањето за потеклото на космолошкото црвено поместување во општата теорија на релативноста? Да разгледаме две галаксии кои учествуваат во космолошкото проширување на Универзумот и чии чудни брзини се толку мали што може да се занемарат. Нека растојанието помеѓу галаксиите во моментот кога фотонот ја напушта првата галаксија е еднакво Л. Кога фотонот ќе пристигне во втората галаксија, растојанието помеѓу галаксиите ќе се зголеми и ќе биде еднакво на Л + Л D. Во општата теорија на релативноста, гравитациската интеракција е целосно сведена на геометрија. Според оваа теорија, најважната количина што го карактеризира Универзумот што се шири е таканаречениот фактор на скала. Ако може да се занемарат посебните брзини на две оддалечени галаксии, тогаш факторот на размер ќе се промени пропорционално со промената на растојанието помеѓу овие галаксии.

Според општата теорија на релативноста, брановата должина l на фотонот што се движи во Универзумот што се шири се менува пропорционално на промената на факторот на скала, а црвеното поместување, соодветно, е еднакво на:

(8.12)

Ако В- брзината на галаксиите кои се оддалечуваат една од друга, т– време на летот на фотон, потоа:

Како резултат добиваме:

Така, според општата теорија на релативноста, космолошкото црвено поместување не зависи ниту од густината на Универзумот ниту од брзината со која се менува гравитациониот потенцијал на Универзумот, туку зависи самона релативната брзина на рецесија на галаксиите. И ако, на пример, нашиот Универзум се шири со иста брзина како што е сега, но во исто време имаше неколку пати помала густина, тогаш, според општата теорија на релативноста, вредноста на космолошкото црвено поместување во емисијата спектрите на галаксиите би биле исто. Излегува дека постоењето на огромни маси во Вселената, кои го ограничуваат ширењето на Универзумот, на никаков начин не влијае на енергијата на подвижните фотони! Ова изгледа малку веројатно.

Можеби затоа се појавија сериозни проблеми при обидот да се објасни, во рамките на општата теорија на релативноста, зависноста на црвените поместувања во спектрите на многу далечни супернови од растојанието до нив. И за да се „спаси“ општата теорија на релативноста, на крајот на дваесеттиот век, космолозите ја изнесоа претпоставката дека нашиот универзум се шири не со забавување, туку, напротив, со забрзување, спротивно на законот на универзумот. гравитација (оваа тема е дискутирана во).

Овде нема да разговараме за хипотезата за забрзаното ширење на Универзумот (иако, според мое длабоко убедување, не само општата теорија на релативноста, туку ниту една друга теорија не вреди да се спаси со помош на такви хипотези), туку наместо тоа ќе се обидеме да се пренесе овој проблем од теренската теоретска физика во полето на експериментот. Навистина, зошто да водите теоретски дебати за потеклото на космолошкото црвено поместување ако одговорот на ова прашање можете да го добиете во лабораторија за физика?

Да го формулираме ова важно прашање уште еднаш. Дали постои космолошко црвено поместување предизвикано не од Доплеровиот ефект на галаксиите што се оддалечуваат, туку од фактот дека како што се движи фотонот, гравитациониот потенцијал на Универзумот се зголемува?

За да се одговори на ова прашање, доволно е да се спроведе следниот експеримент (види Сл. 33).

Ласерскиот зрак е поделен на два зраци така што едниот зрак веднаш удира во детекторот, а вториот зрак прво се движи извесно време помеѓу две паралелни огледала и дури потоа удира во детекторот. Така, вториот зрак удира во детекторот со временско задоцнување t (неколку минути). И детекторот ги споредува брановите должини на два зраци кои се емитуваат во моменти во времето т-ти т. Треба да се очекува промена во брановата должина на вториот зрак во однос на првиот поради зголемувањето на гравитациониот потенцијал на Универзумот предизвикан од неговото ширење.

Овој експеримент е детално дискутиран, па сега ќе ги разгледаме само главните заклучоци што може да се извлечат откако ќе се спроведе.

Ориз. 33. Шематски дијаграм на експеримент за мерење на космолошкото црвено поместување предизвикано не од Доплеровиот ефект, туку промена на гравитациониот потенцијалвнатре во Универзумот.

Ласерскиот зрак е насочен кон проѕирно огледало. Во овој случај, еден дел од зракот поминува низ огледалото и удира во детекторот по најкратката патека. И вториот дел од зракот, кој се рефлектира од огледалото и минува низ системот на огледала 1, 2, 3, удира во детекторот со одредено временско задоцнување. Како резултат на тоа, детекторот ги споредува брановите должини на два зраци кои се емитуваат во различно време.

Прво, ќе можеме да откриеме дали постои или не космолошко црвено поместување предизвикано не од брзината на отстранување на изворот, туку од самиот факт на проширувањето на Универзумот, односно зголемувањето на гравитациониот потенцијал во универзумот.

Второ, ако се открие такво поместување (и има секоја причина за ова), тогаш, со тоа, Ние преку лабораториски експеримент ќе го докажеме самиот факт за ширење на Универзумот. Покрај тоа, ќе можеме да ја измериме брзината со која се зголемува гравитациониот потенцијал создаден од целата материја во Универзумот.

Трето, со одземање од вредноста на црвеното поместување во спектрите на далечните галаксии тој дел што е предизвикан не од брзината на нивното отстранување, туку од промената на гравитациониот потенцијал, дознаваме вистинабрзината со која галаксиите се оддалечуваат, и на тој начин ќе може да ја поправи сегашната проценка за староста на Универзумот.