Расширяется вселенная по смещению
В 1929 году астроном Хаббл обнаружил, что чем дальше от нас находятся космические объекты, тем больше красное смещение. В соответствии с этим фактом он сделал ложное открытие, что наша Вселенная расширяется. Вселенная – это та часть пространства, которое мы можем увидеть, почувствовать, получить от него сигнал.
Но теория расширяющейся вселенной противоречит закону о ее однородности. Ведь если в одном месте вселенной возникает вакуум, туда немедленно устремляется вещество из других областей и заполняет его. Как в область пониженного давления. Но это, конечно, слабый аргумент. Неоднородности обязательно присутствуют. Правда не в таких количествах. Кроме того, почему нет других расширяющихся вселенных?
Поэтому в соответствии с утверждением Хаббла о разбегающейся Вселенной начали строить объяснение существованием темной материи. А также о том, что само вещество может появляться ниоткуда, из пустоты. Все для того, чтобы его плотность сохранялась во Вселенной. Иначе однородности приходит конец. Разберемся, почему утверждение о расширении Вселенной ложно.
Измерение скорости по доплеровскому смещению
Если мы измеряем относительное движение тел, то в отсутствии сильной гравитации скорость сближения и расхождения пропорциональна доплеровскому смещению. На этом эффекте работают радары измерения скорости.
Что же происходит со светом при воздействии на него сильного гравитационного поля? По учению Эйнштейна свет отклоняется при прохождении мимо массивных объектов.
Свет, пройдя мимо солнца изгибается. мы видим звезду совсем не там, где она расположена на самом деле.
Что же будет со светом, если он выходит из массивного тела? Когда сила тяжести направлена противоположно направлению излучения. Да то же самое. Гравитация воздействует на свет и забирает часть его энергии. А энергия фотона пропорциональна его частоте.
ν – частота фотона.
При уменьшении энергии происходит доплеровский сдвиг ее частоты. Он направлен в красную и инфракрасную область, т.е. происходит снижение частоты (увеличение длины) волны. Потому что чем больше энергии у фотона заберет гравитация, тем меньше станет его частота. Таким образом, чем больше звезда, тем больше сдвиг.
Таким образом, сдвиг спектра в красную сторону происходит и в случае удаления, и за счет гравитации. Но от притяжения сдвиг есть всегда, а от удаления в 50%. Да и то максимум смещения будет, если вектор скорости направлен от нас по прямой.
Почему красное смещение больше с увеличением расстояния?
Какое излучение доходит до нас от удаленных объектов Вселенной? Конечно же от больших звезд и чем дальше они расположены, тем массивнее они должны быть, чтобы мы зарегистрировали его. От малых тел на таких расстояниях ничего не доходит. Особенно если они путешествовали несколько миллиардов световых лет. Потому и смещение большое. Причем оно может изменяться по мере путешествия фотонов. Если они пролетают мимо других массивных тел.
Можно ли реально измерить скорость разбегания галактик во вселенной, напичканной огромными скоплениями материи?
Для этого нужно исключить влияние гравитации. Как сделать, я не знаю. Она присутствует везде. Есть предположение, что никак. Наоборот, можно сделать предположение о массе источника излучения по данному сдвигу, но при этом считать, что ничто никуда не разбегается. Я не удивлюсь, что если влияние тяготения будут учитывать, окажется, что никакого разбегания Вселенной нет вообще. Вселенная однородна.
Нелинейная зависимость красного смещения
Сила гравитации F воздействует на энергию фотона нелинейно. Т.е. на удаляющийся фотон действует сила K*M/R² (R – расстояние, M – масса звезды). Энергия E, забранная у фотона, будет зависеть от расстояния, причем дифференциал энергии равен силе, умноженной на дифференциал расстояния dE=F*dR. Берем определенный интеграл от радиуса звезды r до расстояния до нее D
Подставляем граничные значения и получаем зависимость E=K2(1/D-1/r). Т.е. красное смещение из-за гравитации зависит от расстояния до объекта. Зависимость нелинейная. Но в пределе стремится к K2/r при D=∞. Т.е. на далеких расстояниях зависит в основном от радиуса и массы звезды.
Расстояние до звезд измеряют по яркости взрыва сверхновой звезды. Потому что яркость у них одинаковая, масса тоже. Но радиус разный в разные моменты от взрыва. И красное смещение от гравитации тоже разное. Только в самый момент взрыва радиус известен. Далее оболочка звезды взрывается и быстро расширяется. А ядро уплотняется.
Да еще есть и размытие смещения из-за взрыва, потому что части светящейся оболочки движутся в разных направлениях с большой скоростью. Очень сомнительно, что можно определить какую-то точную зависимость красного смещения от гравитации. Оно все время должно быть разным. Нам же сообщают о каких-то точных измерениях. Да еще и сравнивают измерения с другими сверхновыми. Значит, красное смещение от гравитации не учитывают.
Кстати, яркость объекта зависит от и от спектрального состава, т.е. от того же красного смещения. Поэтому при таких измерениях никакой линейности нет. Возможно поэтому из-за ошибки измерения получилось расширение вселенной с ускорением.
Почему физики поддерживают теорию, что вселенная расширяется?
Возникает справедливый вопрос. Зачем столько умных людей поддерживают бредовую идею с расширением вселенной?
Куда девать работающих над проблемой расширения Вселенной?
Во-первых, куда деваться ученым, с их работами, диссертациями, высокими должностями? Зачем они нужны, зачем им платить?
Ну допустим, что Вселенная однородна и не разлетается. Очень просто, обыденно, даже и поговорить не о чем. Никаких сенсаций и мифов о загадочной темной материи. С одной стороны расширение вселенной объясняют существованием темной материи. Мол из-за темной материи галактики отталкиваются. Но с другой стороны ею же объясняют и дополнительное притяжение в спиральных галактиках. Непонятная логика. Так отталкивает или притягивает? За что платить физикам?
А куда девать все их работы и псевдо открытия? Это же все коту под хвост. На объяснение несуществующего расширения работали целые институты. Их всех уволить, работы выбросить, званий лишить? На это никто в ближайшее время не пойдет.
Что такое вещество?
Физики уже завершили открытие практически всех элементарных частиц. И что дальше? Над чем им работать?
Хотя на самом деле там не паханное поле. Например, мы до сих пор не знаем, что такое электрон. Как он выглядит, его строение. Да вообще, что это такое? Знаем только некоторые его свойства. Второй парадокс. Эйнштейн как бы доказал, что масса и есть энергия в своей формуле
Но фотон, имеющий энергию, не имеет массы. Получается, что-то не так в формуле. Некоторые даже находят массу покоя у фотона, используя эту формулу. А другие пишут, что формула не действует для тел с нулевой массой. Но почему? Может потому что мы не знаем, что такое фотон?
Не знаем, как устроен атом. Если не считать примитивную и не выдерживающую никакой критики модель Резерфорда с его вращающимися электронами вокруг ядра. Но по какой-то неизвестной причине не излучающими электромагнитные волны. И зачем-то движущиеся по определенным орбитам на определенных уровнях. Но, похоже, что мы еще долго не узнаем о настоящем строении вещества, потому что тема очень сложная. Слава богу что с моделью Резерфорда уже покончено в современной физике.
И тут появляется глобальная идея про Вселенную, которая переворачивает наши представления о мире с ног на голову. Одни парадоксы. Мало того, что Вселенная расширяется, причем с ускорением. И тут уже каждый фантазирует, как хочет. Физики опять востребованы. Деньги текут рекой на исследования и статьи. Появляются новые идеи про темную материю, про возникновение вещества из пустоты и разную чертовщину. Жизнь, кажется, налаживается. Получается, что с точки зрения финансов и занятости это очень полезная идея.
Вопросы без ответа
Лучше бы товарищи ученые занялись ответом на вопросы:
- Насколько справедлив закон Ньютона всемирного тяготения для больших масс и сил и больших расстояний? Возможно его нужно модифицировать, как в теории относительности.
- Откуда взялось вещество или энергия во Вселенной?
- Почему такая концентрация вещества или энергии во Вселенной?
- Из-за чего общий заряд Вселенной равен 0?
- Почему именно такой баланс микрочастиц (электронов, протонов, нейтрино, кварков и др.), почему не сдвигается?
- Как любые частицы переходят друг в друга, например, излучение в элементарную частицу и наоборот?
Выводы
Если наша вселенная и расширяется, то не с такой скоростью и не с таким ускорением, как это интерпретировали по красному смещению. А значительно меньшими значениями.
Источник
Гид по тёмной энергии: История вопроса (часть 1/3)
Вселенная расширяется, и это расширение ускоряется. Но что заставляет это происходить? Основная гипотеза — это отталкивающая сила, которую астрофизики называют « темной энергией », которая раздвигает все друг от друга. Но как она работает? Что она означает для нашего будущего? И насколько можно быть уверенным, что она вообще существует?
Слово «темная» в названии не означает, что она буквально темная. Это скорее термин-заполнитель, который указывает на то, что мы в действительности мало о ней знаем, в том же смысле, что и о столь же загадочной темной материи. Главное, что известно, так это то, что эта энергия каким-то образом вызывает ускорение расширения Вселенной.
Точная природа темной энергии остается нераскрытой, но есть несколько ее характеристик, которые «требуются» для объяснения текущих астрономических наблюдений. Темная энергия должна иметь чрезвычайно низкую плотность, равномерно распределяться по всему космосу и создавать сильное отрицательное давление, которое эффективно все отталкивает.
Хотя ее практически невозможно напрямую обнаружить, у физиков есть несколько причин подозревать, что темная энергия все же существует. Измерения космического микроволнового фона и наблюдения крупномасштабной структуры Вселенной показывают, что материя — как обычная, так и темная вместе — может составлять только около 30 процентов содержимого Вселенной. Остальные 70 процентов или около того должна составлять какая-то другая форма энергии.
Эта идея была переработана в так называемую космологическую модель лямбда-холодной темной материи ( ΛCDM ), которую в настоящее время предпочитают физики как простейшую модель Вселенной, которая наилучшим образом соответствует наблюдениям. В ней говорится, что темная энергия составляет около 68 процентов от общего баланса массы и энергии Вселенной, темная материя составляет 27 процентов , а обычная материя округляет оставшиеся пять процентов .
Но если темную энергию так сложно изучать, как мы вообще на нее наткнулись?
Темная история
За идею темной энергии стоит благодарить никого другого, как Альберта Эйнштейна , хотя он в свое время не осознавал потребности в ней. В 1917 году, работая над общей теорией относительности , Эйнштейн столкнулся с проблемой: его уравнения продолжали предполагать, что Вселенная динамична, что противоречило принятому в то время мнению, что Вселенная должна быть статичной.
Чтобы его модель соответствовала современным представлениям, Эйнштейн ввел новое число, которое он назвал « космологической постоянной ». Это помогло стабилизировать статическую Вселенную, заявив, что пустое пространство само по себе обладает внутренней энергией, которая оказывает отрицательное давление, которое толкает наружу, идеально балансируя с гравитационным притяжением материи.
Но идея не выдержала проверки. В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что чем дальше от нас расположена некоторая галактика, тем быстрее она удаляется от нашей галактики — явный признак того, что Вселенная расширяется. После этого Эйнштейн заявил, что его «величайшая ошибка» заключалась в отказе принять то, что его же собственные данные говорили ему о динамике Вселенной, и отрекся от космологической постоянной.
Когда расширяющаяся Вселенная стала общепринятой в науке, остальные физики также в основном игнорировали идею космологической постоянной в течение следующих 70 лет или около того. Но ее концепция снова стала актуальной в 1998 году, когда было сделано революционное открытие, что это расширение ускоряется.
Расширение ускоряется
Когда волны света проходят через космос, расширение Вселенной растягивает их. Это означает, что длины этих волн становятся больше, что меняет цвет данного света, из-за чего он кажется более красным — явление, известное как красное смещение . А в конце 1990-х две отдельные группы использовали этот эффект для измерения скорости расширения Вселенной. По сути, красное смещение объекта показывает, насколько Вселенная расширилась с тех пор, как свет покинул объект.
Обе группы изучали сверхновые типа Ia , чрезвычайно надежные источники света, которые обычно имеют яркость очень близкую к постоянной. Поэтому их часто называют «стандартными свечами», и астрономы используют их для расчета расстояний до объектов, измеряя их видимую яркость на небе. Затем астрономы сравнили расстояние и красное смещение этих сверхновых, чтобы измерить скорость их удаления — насколько быстро они удаляются от нас.
Ученые ожидали подтверждения главной гипотезы того времени – гравитация замедляет расширение Вселенной, поэтому объекты, находящиеся от нас дальше, должны удаляться медленнее, чем более близкие объекты. Но, к своему совершенному удивлению, они обнаружили прямо противоположное. С тех пор открытие было подтверждено многими независимыми исследованиями.
За полное изменение основ астрофизики трое ученых из двух команд — Сол Перлмуттер , Брайан Шмидт и Адам Рисс — были удостоены Нобелевской премии по физике 2011 года.
Источник
Спросите Итана: откуда нам известно, что расширяется именно пространство?
Существует большой набор научных доказательств, поддерживающих картину расширения Вселенной и Большой взрыв. А вот вопрос конечности или бесконечности Вселенной пока не решён
Если вы посмотрите на любые окружающие вас объекты Вселенной, и увидите, что все они будут двигаться в сторону от вас, что вы решите? Может, что у вас есть отталкивающая сила? Или что ткань пространства расширяется? Что вы находитесь в центре произошедшего когда-то взрыва и всё разлетается в стороны от его центра? Все эти и некоторые другие варианты могут казаться разумными, но учёные почему-то всё время говорят о «расширяющейся Вселенной», будто бы другие альтернативы не годятся. Почему? Наш читатель спрашивает об этом:
Откуда нам известно, что расширяется пространство? По отношению к чему? Красное смещение разлетающихся галактик могло бы быть и в бесконечном пространстве, а не обязательно в расширяющемся.
Ответ на этот вопрос вытекает непосредственно из наблюдений за Вселенной.
Пространство-время вблизи нашего местоположения искривлено из-за гравитационного воздействия Солнца и других масс
Один из самых невероятных фактов, связанных с Эйнштейновской Общей теорией относительности – лидирующей теорией гравитации – заключается в том, что она связывает пространство-время и материю с энергией. Материя и энергия сообщают пространству-времени, как нужно искривиться; пространство-время говорит материи, как двигаться. Если мы узнаем, как распределена вся материя и энергия во Вселенной в какой-то момент времени, и узнаем, как они движутся, мы сможем воссоздать кривизну пространства-времени и его эволюцию в течение жизни Вселенной.
Двумерный срез регионов повышенной (красный) и пониженной (синий/чёрный) плотности в нашем участке Вселенной. Линии и стрелочки показывают направление пекулярных скоростей, но всё это также вписывается в ткань расширяющегося пространства
Наблюдая за галактиками Вселенной, мы видим, что на самые близкие к нам галактики больше всего влияет гравитационная динамика других соседних галактик. Млечный путь и Андромеда направляются навстречу друг другу, другие галактики местной группы в итоге также сольются с нами. Остальные галактики притягиваются в другим близлежащим массам – крупным галактикам, галактическим группам и скоплениям. В любом относительно небольшом участке пространства, размером от нескольких миллионов до десятков миллионов световых лет, массы этого пространства определяют, как именно будут двигаться галактики.
Ультрадальний снимок Вселенной показывает, как галактики движутся в направлении от нас с экстремально большими скоростями. На таких расстояниях галактик больше, они выглядят меньше по размеру и менее развитыми, и удаляются от нас с большим красным смещением по сравнению с соседними с нами
На крупных масштабах всё происходит не так. Мелкомасштабные движения, известные, как пекулярные скорости, могут достигать нескольких тысяч километров в секунду. Но они накладываются на более сильный эффект, который можно увидеть только на более крупных масштабах: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас отдаляется.
Красное смещение вызывается не просто удалением галактик от нас, а тем, что пространство между нами и галактиками смещает свет в красную часть спектра, пока он перемещается к нам от отдалённой точки пространства.
Это эмпирическое наблюдение известно, как закон Хаббла, и постулирует, что наблюдаемая скорость убегания от нас галактики пропорциональна расстоянию от неё до нас. Константа пропорциональности известна как постоянная Хаббла, и её довольно точно измерили, получив значение порядка 70 (км/с)/Мпк [66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпк – данные 2016 года / прим. перев.] с погрешностью в 3-4 (км/с)/Мпк – зависит от того, как измерять.
Зависимость красного смещения от расстояния до далёких галактик. У не попадающих на линию точек разница в скорости объясняется пекулярными скоростями, но они отвечают лишь за небольшое отклонение от общего расширения. Первичные данные, изучавшиеся Эдвином Хабблом, и впервые использовавшиеся для демонстрации расширения Вселенной, уместились в красный прямоугольник слева внизу.
Но отчего так происходит? Почему всё убегает друг от друга, если не имеет гравитационной связи? Вернёмся к основам ОТО, к тому самому откровению, которое испытал Эйнштейн перед публикацией своей наиболее мощной идеи.
Выдвинув свою ОТО, Эйнштейн быстро понял, что у неё имеется последствие, которое ему не нравится: Вселенная, повсеместно наполненная материей, была бы нестабильна и подвержена гравитационному коллапсу. Эйнштейн решил этот поправить, введя невидимую расталкивающую силу, предотвращавшую коллапс, космологическую константу. Другие поняли, что, если не учитывать эту константу, можно получить Вселенную, не статичную во времени – в ней сама ткань пространства будет расширяться или сжиматься.
Аналогия расширения Вселенной на примере шарика с монетками. Отдельные структуры (монетки) не расширяются, но расстояния между ними увеличиваются.
Исправление Эйнштейна не работала. Космологическая константа приводила к нестабильной Вселенной: участки с повышенной плотностью должны были схлопнуться, а с пониженной – разбежаться. Во Вселенной, работающей по законам ОТО, не могло быть статичного пространства-времени, пока она заполнена материей. Наша Вселенная выглядит для нас гомогенной и изотропной. Важность двух этих свойств заключается в следующем:
- Гомогенность означает, что Вселенная повсюду одинаковая.
- Изотропность означает, что Вселенная одинакова по всем направлениям.
В комплексе они говорят о том, что Вселенной присуще равномерное распределение материи и энергии, во всех местах и направлениях. А раз так, и удалённые галактики убегают от нас тем быстрее, чем дальше находятся, у нас остаётся очень мало вариантов объяснения происходящего.
Вселенная, подчиняющаяся законам относительности, и изотропно и гомогенно заполненная материей и излучением, не может быть статичной. Она должна расширяться или сжиматься, в зависимости от содержимого и его количества.
Эта ситуация могла развиться благодаря разным факторам, среди которых:
- «Усталость» света, идущего от удалённых галактик, и потеря им энергии во время движения через пространство.
- Быстрое движение, в результате которого самые быстрые из движущихся галактик оказались со временем самыми отдалёнными.
- Первоначальный взрыв, расталкивающий галактики дальше от нас.
- Расширение пространства-времени.
Но лишь последний вариант подтверждается полным набором данных, поддерживающих как ОТО, так и астрофизическое распределение и свойства всех наблюдаемых галактик.
Разница между объяснением красного смещения только через движение галактик (пунктир) и предсказаниями ОТО (сплошная) для расстояний в расширяющейся Вселенной. С нашими наблюдениями однозначно совпадают лишь предсказания ОТО.
Довольно быстро стало понятно – ещё в 1930-х – что тут двух вариантов быть не может: Вселенная в самом деле расширяется. Это помог подтвердить тот факт, что красное смещение объекта очень хорошо совпадало с расчётным, полученным через расстояние, и с наблюдаемой скоростью расширения, вне зависимости от расстояния до объекта.
Но тому есть ещё больше доказательств. Если бы Вселенная расширялась, можно было бы ожидать наблюдения ещё нескольких явлений. Мы бы увидели, что чем дальше заглядываем в удалённое прошлое, тем плотнее становится материя Вселенной. Мы бы увидели, что скопления галактик оказываются плотнее, чем сегодня. Мы бы увидели, что спектр света от объектов со свойствами абсолютно чёрного тела таким бы и оставался, и не испытывал сдвига в энергии. А ещё мы бы увидели, что температура реликтового излучения раньше была выше, чем сегодняшние 2,7 К.
Исследование от 2011 года (красные точки) даёт наилучшие на сегодня доказательства того, что температура реликтового излучения в прошлом была выше. Спектральные и температурные свойства пришедшего издалека света подтверждают тот факт, что мы живём в расширяющемся пространстве.
Все эти свидетельства совместно учат нас тому, что Вселенная расширяется, и именно в этом причина красного смещения. Это не движение, не уставший свет, не результат взрыва. Само пространство расширяется, и та часть Вселенной, что мы можем видеть и изучать, со временем становится всё больше и больше. И хотя прошло всего 13,8 млрд лет с момента Большого взрыва, самые удалённые объекты, от которых до нас дошёл свет, сейчас удалены от нас уже на 46 млрд световых лет.
Наблюдаемая часть Вселенной простирается на 46 млрд световых лет во всех направлениях с нашей точки зрения, но за этими пределами определённо существует гораздо больше пространства, точно такое же, как наше,- возможно, даже бесконечное количество.
А что находится за этими пределами? Мы почти уверены, что там есть ещё больше «Вселенной», но свету оттуда просто не хватило времени, чтобы дойти до нас. Ненаблюдаемая Вселенная, расположенная за пределами наблюдаемой, может быть конечной или бесконечной; нам это просто неизвестно. Но даже если она уже бесконечная, она всё равно может расширяться! С расширением Вселенной мы просто умножаем её размер на множитель роста, поэтому если она изначально была конечной, она останется конечной (просто больше по размеру), а если она была бесконечной, она останется бесконечной. Мы уверены, что Вселенная меняется, расширяется и растягивается – и все эти эффекты непротиворечивы и неоспоримы. Но что находится за пределами наблюдаемой Вселенной? Мы работаем над тем, чтобы это выяснить. Как обычно, в науке есть ещё много того, что нужно сделать!
Источник