Постоянная Хаббла - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



Постоянная Хаббла

Закон Хаббла гласит, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна ее расстоянию от нас. Это означает, что, умножив ее расстояние от нас на определенный коэффициент (называемый постоянной Хаббла), мы получим скорость ее удаления.
Предположим, что мы выразим это расстояние в миллионах световых лет и обозначим его D Скорость удаления мы выразим в километрах в секунду и обозначим ее V. Постоянную Хаббла мы обозначим через k. Теперь мы можем выразить закон Хаббла так

Для нас важно значение k, а потому мы после простейшего преобразования напишем эту формулу так

откуда следует, что k равно скорости удаления какой-либо галактики (в км/сек), деленной на ее расстояние в миллионах световых лет. Располагая надежными цифрами и для расстояния, и для скорости удаления какой-нибудь отдаленной галактики или группы галактик, мы можем вычислить величину k, и эта величина, если Хаббл не ошибался, будет верна для любой галактики.
Рассмотрим, например, скопление в созвездии Девы. Красное смещение в спектрах его членов показывает, что оно удаляется от нас со скоростью 1140 км/с. Сравнение яркости наиболее ярких его галактик с блеском галактики Андромеды показывает, что это скопление находится в 16,5 раз дальше от нас, чем галактика Андромеды. Если расстояние до галактики Андромеды составляет 800 000 световых лет (согласно соотношению период — светимость у цефеид), то скопление Девы должно находиться от нас на расстоянии в 16,5 X 800 000 или примерно в 13 000 000 световых лет.
Чтобы получить величину k, мы должны разделить скорость удаления скопления Девы в км/сек на расстояние до нее в миллионах световых лет. Получается, что k= 1140: 13, т. е. примерно 88.
Следовательно, мы можем ожидать, что галактика, находящаяся от нас на расстоянии в 1 000 000 световых лет, будет удаляться со скоростью 88 км/сек; галактика, находящаяся на расстоянии в 2 000 000 световых лет, будет удаляться со скоростью 176 км/сек; галактика, находящаяся на расстоянии в 10 000 000 световых лет, — со скоростью 880 км/сек и т. д.
Существует ли какой-нибудь предел для роста скоростей удаления, если считать, что закон Хаббла одинаково верен для всех расстояний? Говоря математически, такого предела нет. Галактика, находящаяся от нас в 1000 миллионов световых лет, должна удаляться со скоростью 88 000 км/сек, а на расстоянии в 1 000 000 миллионов световых лет — со скоростью 88 000 000 км/сек и т. д.
С физической же точки зрения такой предел должен существовать. Эйнштейновская специальная теория относительности, выдвинутая им в 1905 г., за десять лет до более всеобъемлющей общей теории относительности, исходит из непреложной предпосылки, что максимальная скорость относительно наблюдателя, которая может быть измерена, — это скорость света в пустоте. Она равна 300 000 км/сек.
Галактика, находящаяся от нас на каком-то определенном расстоянии, удаляется именно с этой скоростью, а согласно теории относительности, эта скорость представляет собой абсолютный и непреодолимый предел. Мы не способны иметь дело ни с чем, что движется быстрее, а следовательно, ни с чем, что находится от нас дальше соответствующего расстояния.
Можно выдвигать любые доводы относительно того, есть ли еще дальше галактики или нет, — это ничего не даст. Есть там галактики или нет — не имеет ни малейшего значения. Раз мы достигли точки, столь удаленной от нас, что галактика, находящаяся в ней, движется со скоростью света в пустоте, свет этой галактики уже не может достичь нас. Согласно принципу Допплера—Физо, каждая волна растягивается до бесконечной длины, а потому ее энергия сводится к нулю. Ничто не может дойти до нас от такой удаленной галактики. Ни свет, ни излучение, ни нейтрино, ни тяготение. Ничто!
Даже если бы было возможно создать представление о чем-то, находящемся за этим предельным расстоянием, это «что-то» навсегда осталось бы недоступным для нашего наблюдения — и не из-за несовершенства инструментов, а из-за природы и строения Вселенной. Следовательно, мы можем забыть о бесконечной Вселенной, а должны говорить о наблюдаемой Вселенной, диаметр и объем которой конечны.
Остается только установить, каков диаметр наблюдаемой Вселенной. Для этого возьмем математическое уравнение, выражающее закон Хаббла V = kD, и найдем D (расстояние от нас). В этом случае уравнение примет такой вид

Нам нужно найти расстояние, при котором скорость удаления будет равна скорости света. Мы подставляем вместо V скорость света (300 000 км/сек), a k принимаем равным 88. В этом случае D (в миллионах световых лет) будет равно 300 000:88, или 3400 Это означает, что предел наблюдаемой Вселенной в любом направлении, по-видимому, составляет 3400 миллионов световых лет, или 3,4 миллиарда световых лет.
Другими словами, наблюдаемая Вселенная, по-видимому, представляет собой сферу с Землей в центре и с радиусом в 3,4 миллиарда световых лет и, следовательно, с диаметром в 6,8 миллиарда световых лет. Согласно этому расчету, предел наблюдаемой Вселенной находится в 4250 раз дальше от нас, чем галактика Андромеды.
Это колоссальные размеры, и они, бесспорно, представляются достойным завершением долгих поисков предела, которые вел человек, поисков, которые он начал с исследования горизонта, находившегося в нескольких километрах от него.
И все же тут тоже возникли трудности. С масштабами Вселенной, установленными в 40-х годах с помощью постоянной Хаббла, было что-то не так.

 
< Пред.   След. >