Расчет величины ускорения расширяющейся Вселенной
Настоящим расчетом предполагалось найти альтернативное объяснение факту регулярного расхождения закона Хаббла с реальной картиной расширения Вселенной. Как известно, данное расхождение легко устраняется введением в физику понятия темной энергии. Другим вариантом решения данной проблемы могло стать установление расчетным методом функциональной зависимости постоянной Хаббла от расстояния, как времени запаздывания сигнала:
С этой целью осуществляется строгий вывод эмпирического закона на априорном допущении постоянства скоростей приобретенных галактиками в процессе Большого Взрыва. Кроме того, при выводе закона Хаббла (на основе сделанного выше допущения) не рассматривались релятивистские эффекты, что ограничивает область достоверности получаемого результата пределами примерно в один млрд. световых лет.
Непосредственно сами рассуждения строятся следующим образом: рассматривается одна, отдельно взятая галактика (имеющая постоянную лучевую скорость «v»), в которой (в произвольный момент времени «t1») происходит взрыв сверхновой звезды позволяющий непосредственно, экспериментальным путем определить расстояние до этой галактики «L». С другой стороны, из исходных условий задачи, мы имеем
Однако, сигнал об этом взрыве сверхновой будет получено нами на Земле с запозданием на время t2=L/с. Очевидно, что только в случае равенства суммы времени t1 и t2 современному возрасту Вселенной
наблюдать вспышку сверхновой в далекой галактике сможем именно мы, а не наши далекие потомки или давно вымершие динозавры.
Что позволяет нам перейти к выражению:
L=v*(Т — t2) или
v = L /(Т — t2) = H0*L
Тем самым показано, что, имеющая размерность времени, величина, обратная постоянной Хаббла, в своем численном выражении является разностью между возрастом Вселенной (Т) и временем запаздывания сигнала (t2=L/с) от рассматриваемой галактики. Другими словами, постоянная Хаббла (H0) является функцией не только возраста Вселенной, но и расстояния до рассматриваемой галактики:
в пределах одного млрд. световых лет.
Следует особо отметить то обстоятельство, что без учета времени запаздывания сигнала «t2», закон Хаббла рассматривает фактическое удаление галактик (L=v*Т), а не то, с которого они реально наблюдаются в настоящее время:
К сожалению, полученный результат вывода закона Хаббла на основе постулата о неизменности скоростей движения галактик во Вселенной, не позволил заменить гипотезу темной энергии на ее альтернативу. Более того, регулярное расхождение уточненного (фактором запаздывания сигнала) закона Хаббла с реальной картиной расширения Вселенной только усугубилось, что свидетельствует о более существенном (в сравнении с расчетами, без учета фактора времени запаздывания сигнала) вкладе темной энергии в это расширение.
И поскольку в рамках исходных установок задачи удалось получить (в первом приближении) строгий математический вывод эмпирической закономерности, отраженной в законе Хаббла, вполне возможно аналогичным образом перейти непосредственно к расчету величины ускорения расширяющейся Вселенной.
Как было показано выше, закон Хаббла базируется на предположении о неизменной скорости движения галактик во Вселенной. И потому только из этого априорного положения данный эмпирический закон может быть выведен строго математическим образом. Тем же самым образом удается рассчитать ситуацию и с изменяющейся во времени скоростью движения галактик.
В качестве исходных установок поставленной задачи имеем: начальную скорость галактики в момент времени предельно близкий к моменту Большого Взрыва «v0» и изменение (ускорение, либо торможение, в зависимости от знака самой величины) «а» этой скорости с течением времени. В первом приближении полагаем
и, как и прежде, пренебрегаем релятивистскими эффектами.
В этих условиях нашей задачи, текущее значение скорости «v» рассматриваемой галактики в момент времени «t1» будет рассчитываться следующим образом:
Сигнал же об этом состоянии (речь об экспериментально измеряемых параметрах) галактики достигнет Земли с задержкой по времени равным «t2».
t2 = L/c
где «L» — есть наблюдаемое (на момент времени t1) расстояние до галактики.
При этом, «v» — есть ее лучевая скорость в тот же самый момент времени. Важно отметить, что оба эти параметра галактики измеряются независимыми способами: лучевая скорость галактики – методами спектроскопии, а расстояние – по яркости наблюдаемой вспышки сверхновой звезды в галактике. Само собой разумеется, что подобная вспышка в далекой галактике (в момент времени t1) должна быть зафиксирована нами на Земле, причем, в наше время «Т», соответствующее возрасту Вселенной:
Все это позволяет нам рассчитать начальную скорость движения рассматриваемой галактики, т.е. ее скорость, практически, в момент Большого Взрыва, как функцию трех параметров: L; v; Т.
v0 = v — а*(Т — t2) или
v0 = v — а*(Т — L/c)
С другой стороны, сама удаленность от нас рассматриваемой галактики (исходя из условий нашей задачи) может быть рассчитана следующим образом:
L = v0*t1 + а*t1*t1/2
Тривиальной подстановкой расчетных параметров в это выражение, переходим к новому:
L = (v — а*(Т — L/c))*(Т — L/c) + а*(Т — L/c)*(Т — L/c)/2
Раскрываем скобки:
L = v*(Т — L/c) — а*(Т — L/c)*(Т — L/c)/2 или
а*(Т — L/c)*(Т — L/c)/2 = v*(Т — L/c) — L
Что, собственно, и позволяет определить величину ускорения движения одной отдельно взятой галактики, для которой независимым образом определены параметры «v» и «L» в виде:
а = 2*(v*(Т — L/c) – L) / ((Т — L/c)*(Т — L/c))
Усреднение этого показателя по максимально большому количеству наблюдаемых галактик и дает (в строгом соответствии с общепринятой методикой) определение искомой величины ускорения для нашей Вселенной в целом.
Полученная формула ускорения (при выполнения условия L*(1 + v/c) v*Т) расширения Вселенной, вырождается при L*(1 + v/c) = v*Т, как того и следовало ожидать, в закон Хаббла. То есть, в случае полного отсутствия у Вселенной какого-либо ускорения-торможения (а=0), мы приходим к выражению: v*(Т — L/c) – L = 0. Или.
v = L/(Т — L/c),
где величина: 1/(Т — L/c) — есть ни что иное как постоянная Хаббла, с учетом фактора запаздывания сигнала t2 = L/c.
По имеющимся в моем распоряжении данным из Интернета представляется возможным определение только порядка численного значения искомого ускорения, которое (полагая Т = 13,8 млрд. лет) оказывается равным
10 в минус одиннадцатой степени м/(сек за сек)
Для уточнения этого важного космологического параметра требуется учет гораздо большего числа галактик. Кроме того, исходные ограничения, наложенные на условия расчета ускорения расширяющейся Вселенной, сильно сужают количество галактик, по которым возможно проведение требуемого усреднения. Однако, при этом, все результаты необходимого перехода к учету релятивистских эффектов неожиданно грозятся свестись, практически, на Нет нижеприводимым обстоятельством.
Любое явление, имеющее масштабы сопоставимые с размерами Вселенной, неизбежно сталкивается с проблемой того, что гравитационный радиус Вселенной в целом превышает ее фактический размер. Что, в свою очередь, означает, что для гипотетического стороннего наблюдателя наша Вселенная (с момента своего возникновения) является ни чем иным как классической Черной Дырой.
Со всеми вытекающими отсюда последствиями. и, нагляднее всего, расчетами, связанными с определением времени падения материальных объектов на поверхность Черной Дыры. Так, из постулата об относительности одновременности событий в различных системах отсчета следует возможность «разрыва» непрерывности потока времени, суть которого сводится к тому, что конечный процесс в одной системе отсчета, якобы, может выглядеть бесконечным – в другой. А это находится в полном противоречии с математически строгим выводом из преобразований Лоренца для пространственно разнесенных точек, имеющих координаты: «х» НЕ равно «х1».
(формула для любителей высшей арифметики приведена здесь: https://questions-physics.ru/images/image005-69.png )
Возражением, призванным оправдать противоречие постулата «теории относительности» строгим математическим выкладкам служат, в принципе верные, рассуждения о необходимости синхронизации показаний часов в системах отсчета. При этом, однако, данная синхронизация, вопреки здравому смыслу, всегда производится лишь в одной (?!) системе отсчета. Для второй же, почему-то, «предлагается» пользоваться несинхронизированными часами, поскольку, часы, синхронизированные в одной системе отсчета (в силу релятивистских эффектов), всегда являются несинхронизированными для любой другой.
Что, собственно, и порождает упоминавшийся выше «разрыв» потока времен при переходе от одной системы отсчета к другой. И именно этот, заложенный в постулате относительного характера одновременности событий, «разрыв» грозит свести на Нет все результаты перехода к учету релятивистских эффектов в расчетах, связанных с точным определением величины ускорения нашей расширяющейся Вселенной.
Источник
С какой скоростью расширяется Вселенная?
Самое интересное, что на этот вопрос нет однозначного ответа. Нет — потому что, во-первых, скорость расширения Вселенной на разных этапах ее эволюции была разной, и, во-вторых, потому что само расширение состояло из двух совершенно разных по своей природе процессов — расширения или вздутия самого пространства и разлетания материи-энергии. Впрочем, мы не можем даже говорить, что само пространство расширяется быстрее скорости света, потому что у этого расширения пространства просто нет скорости, как нет объектов расчета расстояний…
Здесь надо иметь в виду, что согласно Эйнштейну, максимальная скорость физических процессов — скорость света — относится к классической материи, тогда как раздувание пространства или взаимодействие запутанных квантовых частиц (см. Игорь Папиров, Квантовая физика и квантовое сознание, 2013) происходит по иным законам и не подчиняется специальной теории относительности А.Эйнштейна или нашему пониманию скоростей.
Так, согласно инфляционной модели Вселенной, предложенной 1981 году Аланом Гутом и развитой Андреем Линде, Вячеславом Мухановым и другими, на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 10 в 28 степени K или в период времени с 10-42 сек до 10-36 сек после начала взрыва), произошло почти мгновенное раздувание пространства, растянувшее Вселенную сразу на 40 порядков величины. Ускоренное расширение Вселенной, продолжающееся на современном этапе ее эволюции, началось 6-7 млрд лет назад. В настоящее время Вселенная расширяется таким образом, что расстояния в ней увеличиваются в два раза за 10 млрд лет, и в доступном для прогноза будущем этот темп будет меняться мало.
Именно вследствие инфляции (вздутия пространства), когда Вселенной было около 10 тысяч лет, ее наблюдаемая часть уже была размером в 10 миллионов световых лет. Когда ей был всего год, наблюдаемая Вселенная была размером 100 тысяч световых лет. Когда ей была всего одна секунда, она уже была размером 10 световых лет. И все это не потому, что частицы двигались друг относительно друга быстрее скорости света, а исключительно благодаря растяжению самого пространства, постулируемому общей теорией относительности.
Именно в силу нестатичности пространства — возможности его быстрого вздутия или инфляции — соседние объекты в самом начале взрыва сегодня отстоят от нас на расстоянии не в 13,8 световых лет (время, прошедшее от начала Большого взрыва), а на запредельную величину в 46,1 миллиарда световых лет от нас.
Поскольку в процессе эволюции Вселенной расширение самого пространства между частицами продолжалось многие миллиарды лет, мы никогда не сможем достичь никаких объектов, находящихся дальше 15,6 миллиарда лет на данный момент, даже если будем двигаться со скоростью света (что по определению невозможно), но не из-за того, что они отдаляются быстрее света, а потому, что пространство между разными точками продолжает расширяться и в наши дни.
Если долгое время космологи считали, что Вселенная расширяется с замедлением, то в конце 1990-х годов Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс сделали феноменальное открытие, согласно которому расширение Вселенной происходит с ускорением (Нобелевская премия по физике за 2011 год) и этот факт заставил кардинальным образом пересмотреть стандартную модель мира, введя понятия темной материи и темной энергии — именно последняя и вынуждает Вселенную расширяться ускоренными темпами, причем расширяющая сила действия темной энергии будет со временем неограниченно увеличиваться, пока не превзойдет все остальные силы во Вселенной. Приблизительно через 14 млрд лет темная энергия разорвет все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдет силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвет атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом разрыве. Вселенная исчезнет…
Согласно новейшим данным, полученным с помощью телескопов Gaia и Hubble, Галактики, видимые на расстоянии 10 мегапарсек, сегодня убегают от нас со скоростью 735 километров в секунду.
Источник
С какой скоростью расширяется Вселенная?
Кажется, современная физика дошла до своего экзистенциального кризиса. Наблюдая за тем, как искривляется свет от далеких объектов, исследователи пришли к выводу о том, что методы измерения скорости расширения Вселенной не согласуются с реальными данными. Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, Джефф Чи-фан Чен, космолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, подверг сомнению знаменитую константу Хаббла, которая впервые были вычислена американским астрономом Эдвином Хабблом около 100 лет назад. Известно, что выдающийся ученый XX века выдвинул гипотезу о стремительном удалении от Земли каждой галактики во Вселенной со скоростью, пропорционально равной расстоянию этой галактики от нашей Солнечной системы. Так стоит ли нам попрощаться с данной теорией или ей пока еще есть место в современной физике?
Вселенная может расширяться со скоростью, отличной от общепринятой
Как происходит расширение Вселенной?
Вселенная — интересная вещь, которая регулярно подкидывает ученым все новые возможности для обсуждения и споров. На этот раз мироздание показало ученым, что постоянно расширяясь, оно все равно сохраняет прямую зависимость между двумя удаленными друг от друга объектами. Однако основная проблема столь красивого и универсального научного утверждения заключается в том, что современные исследователи разошлись во мнениях относительно самого значения данной константы. Так, измерения, выполненные с использованием космического микроволнового фона (CMB), который представляет собой остатки Большого Взрыва, предполагают, что постоянная Хаббла составляет около 74 351 километра в час на миллион световых лет.
Рассматривая пульсирующие звезды, другая группа астрономов вычислила, что постоянная Хаббла приблизительно равна 81 100 километрам в час на миллион световых лет. Подобное расхождение в вычислениях кажется незначительным, однако именно он показывают, что в методологию расчетов закралась какая-то серьезная ошибка.
Эдвин Хаббл — американский ученый XX века, в честь которого была названа константа расширения Вселенной
Исследователи считают, что из-за того, что массивные объекты деформируют полотно пространства-времени, заставляя свет изгибаться при прохождении сквозь деформированные области, все проводимые вычисления относительно скорости расширения Вселенной могут быть ошибочными. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть данное утверждение, команда H0LiCOW, используя космический телескоп Хаббла, изучила свет, идущий от шести квазаров, расположенных на расстоянии от 3 миллиардов до 6,5 миллиардов световых лет от Земли. В тот момент, когда черные дыры квазаров поглощали материю, их свет мерцал, позволяя ученым исследовать длительность временной задержки между сигналами.
Результат эксперимента команды H0LiCOW показал, что значение постоянной Хаббла соответствует приблизительно 81 000 километров в час на миллион световых лет, что является очень близким показателем к значению, полученному при помощи измерения блеска переменных звезд.
Как бы то ни было, большое количество независимо проведенных измерений продолжает расходиться, показывая новые результаты. Эксперты полагают, что для объяснения происходящего, ученым, возможно, потребуется придумать новую физику. А что думаете по этому поводу вы? Поделитесь своим мнением с единомышленниками в нашем Telegram-чате.
Источник