КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ И ВРЕМЕННОЙ РАЗРЕЗ ВСЕЛЕННОЙ

                      

Виктор Анурьев, астрофизик

 

В теории ускоренного расширения Вселенной заложен начальный энергетический взрыв своеобразной «чёрной дыры». Считается, что в момент Большого взрыва Вселенная возникла из микроскопического Ядра плотностью в 10⁹³ г/см³ и размером в   10^-33 см. Основой такой теории является наблюдаемое смещение спектральных линий в длинноволновую красную сторону спектра или, проще говоря, красное смещение в спектрах далёких космических объектов (дальше по тексту под словом «космический объект» или просто «объект»  будем понимать внегалактический объект Вселенной).

 

                             1. Расширение или сжатие

 

По теории расширения получается, что чем дальше от нас находится объект, тем скорость удаления его больше. А поскольку наша Галактика (дальше по тексту просто Галактика), по логике расширения не должна иметь никакого преимущественного положения во Вселенной, наблюдаемое разбегание других галактик есть на самом деле выражение их взаимного удаления друг от друга с ускорением, равным постоянной Хаббла - 75 км./сек на каждый Мегапарсек (1 Мегапарсек = 3,259 млн. световых лет). Формула разбегания имеет вид:   с·α =H·r,    где с – скорость света, r – расстояние до объекта, H – постоянная Хаббла и α = dλ/λ.

Таким образом, зная постоянную Хаббла Н и наблюдаемую величину смещения линии спектра α, по этой формуле обычно и определяются расстояния до очень удалённых объектов. Рассуждая с позиций трехмерного пространства, где есть только объекты и расстояния до них, получается, что мы живём в точке M – местонахождения нашей Галактики (рис. 1) в постоянно и ускоренно расширяющейся Вселенной.

        Однако, рассуждая так,  мы допускаем ошибку. Объяснять красное смещение  таким  образом  мы имели бы право, если бы изучали объекты через исходящее от них излучение, скорость  которого была бы по меньшей мере соизмерима с расстояниями  до этих объектов, т. е. практически была бесконечной. В этом случае мы бы изучали динамику и объектов, и всей видимой части Вселенной в момент их наблюдении, оперируя реальными расстояниями.

В действительности же на настоящий момент расстояние до очень далёких объектов мы измеряем только через наблюдение спектра её светового или в общем случае электромагнитного излучения и выражается оно (расстояние) обязательно в световых годах. А поскольку скорость света или электромагнитных волн не бесконечна и равна 300 000 км/сек, то это означает, что наблюдаемый объект в своём развитии   и   в   динамике  движения  мы  видим  таким,  каким  он  был  по отношению к нашему  сегодняшнему  времени существования столько лет назад, какое до него расстояние в световых годах.

Чем больше спектр внегалактического объекта по логике расширения смещён в красную сторону, тем мы наблюдаем его на более ранней стадии развития. Какая его скорость движения в нашем реальном времени и где находится он сейчас, остаётся только догадываться: ведь за время движения света к нам в миллионы или миллиарды лет он ровно же настолько ушёл вперёд и в своём развитии, и в движении в пространстве.

Получается, что во Вселенной мы имеем дело не с метрическим расстоянием в километрах или астрономических единицах, а с её четвёртым измерением - временным расстоянием. Для примера, если звёздные скопления Гиад и Плеяд удалены от нас соответственно на расстояние 136 и 424 световых года, то это значит, что мы сейчас видим их такими, какими Гиады были в 1871, а Плеяды в 1583 году. Рассуждая аналогично для внегалактических  объектов, например, для радиоисточника 3С 273, расстояние до которого составляет 2,1 млрд. световых лет, и 3С 48 с расстоянием 6 млрд. световых лет, можно сделать вывод, что мы видим их такими, какими они были 2,1 млрд. лет и 6 млрд. лет назад соответственно.

Применяя эти рассуждения для всех внегалактических объектов, можно констатировать, что все сегодняшние наблюдения дают нам картину Вселенной в её временном разрезе развития (рис. 2), т.е. мы можем сейчас находить и наблюдать космические  объекты такими, какими они были и миллионы, и миллиарды лет назад.

Далее, поскольку мы до настоящего момента не определились с местонахождением Центра Вселенной или хотя бы с местонахождением Центра наблюдаемого разбегания, все измерения скоростей объектов производятся относительно нашей Галактики, абсолютная скорость которой также неизвестна.

Учитывая эту условность, обозначим величину скорости объекта соответствующим размером и направлением её вектора. Пусть мы имеем четыре типа объектов A, B, C и D, скорости разбегания которых соответственно равны Va, Vb, Vc и Vd  (рис. 2).  Кроме того, пусть, условно из наблюдений для каждого из объектов на расстоянии в:

   - 8 млрд. св. лет Va = 200 тыс. км/сек.

   - 6 млрд. св. лет Vb = 150 тыс. км/сек;

  - 4 млрд. св. лет  Vc = 100 тыс. км/сек;

   - 2 млрд. св. лет Vd =  50 тыс. км/сек;

Тогда, выстраивая данные рисунка 1 в соответствии с динамикой взрыва на рис. 2 во временном разрезе развития наблюдаемой Вселенной при предполагаемом возрасте взрыва G = 15 млрд. лет и определяя возраст объекта по формуле Go = G – r,    где Go – возраст объекта, r – расстояние до объекта в световых годах, имеем для объектов типа:

- А с возрастом  Go = 15 – 8 = 7 млрд. лет Va = 200 тыс. км/сек.                                                        

Аналогично:

- В с  Go =  9 млрд. лет  Vb = 150 тыс. км/сек;                                                                                                                                   

- С с  Go =11 млрд. лет Vс = 100 тыс. км/сек;                                

- D с  Go =13 млрд. лет Vd =  50 тыс. км/сек.

Т. е. с увеличением возраста объектов Вселенной скорость расширения их относительно нашей Галактики уменьшается (точка М  - скорость в районе нашей Галактики).

Совремённые оценки для возраста взрыва дают ~  15 млрд. лет, а возраст Галактики оценивается ~ в 10 млрд.  лет. При таких характеристиках и при  разбегании  объектов  от  точки  взрыва  во  временной модели  мы  вместе  с  Галактикой  по логике должны располагаться ближе к периферийной границе Вселенной в точке М (рис.2).

Значит, с одной стороны мы наблюдаем затухание расширения Вселенной, т.е. в случае взрыва начальной массы мы имели бы дело с расширяющейся Вселенной, скорости разбегания объектов в которой с возрастом замедляются, с  другой - находясь в точке М при расширении Вселенной мы в этом случае у всех бы объектов - А, B, C и D, расположенных на половине небесной сферы в направлении взрыва, наблюдали бы не красное смещение спектра излучения, а ультрафиолетовое, поскольку их скорости значительно превышают скорость Галактики и направление движения их должно совпадать с направлением движения Галактики – от центра взрыва. Получается, что взрывная модель расширяющейся Вселенной не согласуется с анализом взрыва и противоречит данным наблюдений.

Если же Вселенная расширяется по принципу подходящего на дрожжах теста, то почему мы не видим красного смещения у ближайших к нам звёзд, звёздных скоплений, галактик и т.д. и их разбегание от нас, а наблюдаем устойчивые их скопления и движение вокруг центра иерархии. Здесь для объяснения ускоренного расширения приходится искусственно наделять вакуум свойствами фиктивной, до сих пор не обнаруженной, элементарной частицы нейтралино, обеспечивающей отрицательное давление на быстро движущийся объект.

Модель сжимающейся Вселенной, когда все её составляющие объекты стремительно несутся к единому центру притяжения «Чёрная дыра» (рис. 3) легко согласуется с наблюдаемым красным смещением спектральных линий. В этом варианте коллапса все объекты, находящиеся от нас (точка М) ближе к центру имеют скорость, больше чем скорость Галактики и они действительно от нас удаляются. А объекты, находящиеся от Центра притяжения дальше Галактики, имеют скорость меньше, чем скорость Галактики. Здесь уже удаляемся от них мы.

В любом случае,  и  при  взрывной   расширяющейся  модели  со   стремительным   разлётом объектов  по  радиальным  линиям, и  при  модели  сжимающейся  Вселенной  с  таким  же стремительным их падением в Центр по таким же радиальным линиям очень трудно объяснить наличие спиральных галактик, сталкивающихся объектов и галактических скоплений.

 

                                2. Красное смещение в иерархической Вселенной               

                                                       

Причина появления красного смещения в спектрах объектов и все другие наблюдаемые явления космического пространства легко объясняются в другой, не взрывной, не расширяющейся и не сжимающейся катастрофически в коллапсе, а в обычной Вселенной иерархической модели, где все объекты одного уровня иерархии входят в подчинение законам тяготения другого, более сильного и более мощного. Планеты движутся вокруг звёзд, звёзды - вокруг центра галактик, галактики – вокруг центра скопления галактик (метагалактики) и т.д. (рис. 4). Это естественный, наблюдаемый и описываемый известными нами законами, процесс развития природы и он полностью согласуется с тем, что мы видим во Вселенной.

Рассмотрим эту модель в динамике движений составляющих объектов более детально. При движении объекта по орбите вокруг центра притяжения скорость его равна:

                                   V = (γ · M/R) ^½                          (1)        

               где γ – гравитационная постоянная, М – масса центра притяжения, R – расстояние от центра притяжения  до объекта.

Из формулы следует, что скорость объекта прямо пропорциональна массе центра притяжения и обратно пропорциональна расстоянию до этого центра.

  На сегодняшний день из наблюдений за объектами известно, что первым уровнем иерархии во Вселенной являются звёздные системы, где планеты движутся по своим орбитам вокруг звёзд. Скорость движения их прямо пропорциональна массе звезды и составляет несколько десятков километров в секунду.

Для примера, в Солнечной системе скорость Земли при движении вокруг Солнца  равна ~ 30 км/сек. Отметим здесь же, что общая масса    всех  планет  солнечной  системы составляет всего 0.003 от массы Солнца, а расстояние между соседними планетами луч света  преодолевает за несколько минут (расстояние до   ближайшей планеты Венера составляет ~ 2').                                                                    

Во втором уровне  -  звёзды движутся по своим орбитам вокруг центра галактики со скоростями уже в сотни километров в секунду (скорость Солнца ~ 250 км/сек), т.е. на порядок больше, чем скорость планет при движении вокруг звёзд. Из формулы (1) следует, что при таком увеличении скорости объектов при переходе с одного уровня иерархии на другую, более высокую, где расстояние от центра притяжения галактики до объектов увеличивается на несколько порядков (несколько минут в звёздной системе и десятки световых лет в галактике), для сохранения скорости предыдущей иерархии в новой  необходимо как минимум во столько же порядков увеличение и массы центра притяжения. А поскольку в действительности при  переходе  на  более  высокий  уровень  мы  наблюдаем  ещё и увеличение  скорости на один - два порядка, то это означает, что масса центра притяжения объекта  более высокой иерархии должна быть увеличена на эти же два порядка.

Оценим порядок увеличения массы центра притяжения Галактики в сравнении с массой Солнца – центра притяжения в Солнечной системе по сравнению расстояний между ближайшими объектами в каждой из иерархий.

Поскольку расстояние от Земли до ближайшей планеты Венера составляет ~ 41 млн. км. или в скорости света ~ 2', а расстояние до ближайшей звезды составляет ~ 4,5 св. года, то отношение этих расстояний будет равно 1,2 х 10⁶. Добавляя два порядка за наблюдаемое увеличение скорости при переходе с одного уровня иерархии на другой с удержанием объекта на орбите и три порядка за соотношение массы центра притяжения и массы всех входящих в поле тяготения его объектов (для Солнечной системы это отношение равно ~ 330), получим, что масса тела притяжения в центре Галактики (Чёрной дыры) составляет ~ 10¹¹  масс Солнца.

Из аналогичных рассуждений для третьего уровня иерархии можно сделать вывод, что галактики в свою очередь движутся вокруг своего ещё более сильного и массивного центра притяжения Метагалактики, а возможно и  всей Вселенной, со скоростью уже в несколько тысяч километров в секунду.  Оценивая аналогичным образом массу Центра притяжения Метагалактики, получим  М ~ 1.99 х 10⁵⁵ г. Здесь, в «чёрной дыре» - сосредоточены массы колоссальных значений, притяжение которых уже достаточно, чтобы значительно притягивать излучаемый свет входящих в него объектов и потому смещать его спектральные линии в красную часть спектра.

Пусть  М – масса центра («чёрной дыры») Метагалактики, m – масса движущегося фотона, излученного внегалактическим объектом, R – расстояние до центра Метагалактики, r – расстояние до объекта излучения. Тогда, при движении фотона в отсутствии внешних сил уравнение сохранения его энергии имеет вид:

                                                      dE = 0, 

где E = hν –  энергия фотона, h – постоянная Планка, ν – частота световой волны. В реальной среде всё материальное Вселенной находится в поле гравитационных сил и при движении фотона от объекта к Земле на преодоление силы гравитации будет израсходована энергия

                          d(hν) = -γ·m·M· dr / (R-r)²,

где γ – постоянная гравитации. Знак «минус» здесь говорит о противодействии поля гравитации направлению движения фотона.

Тогда, поскольку ν = с/λ, где  c – скорость фотона, а масса фотона m = h/(λ·c),  то:

                          dλ = - γ·λ·M·dr / (c²·(R-r)²).                      (2)

Полученное уравнение в первом приближении определяет смещение длины волны спектральных линий светового излучения объектов в зависимости от массы Центра Метагалактики и расстояния до объекта r.

Запишем уравнение (2) в виде:

                          dλ/λ = -γ·M ·dr / (c²·(R-r)²)

Проинтегрировав его, получим:

                        λ = λ ₀exp(γ·M / (c²·(R-r)))

       где λ ₀ – длина волны фотона в момент его излучения объектом, λ  - длина волны фотона, принятого на Земле.

Или

                      Δλ/λ ₀ = exp(γ·M / (c²·(R-r))) – 1,                 (3)

где Δλ = λ - λ ₀.

Обозначим через Θ=γ·M/c² с размерностью [см] – гравитационную мощность поля. Численное её значение определяется массой объекта и для Земли, например, она равна 0.443 см, для Солнца – 1.47х10⁵, для галактики – 1.47х10¹⁶, для Метагалактики – 1.04х10²⁷. Тогда из (3) получим:

                     Δλ/λ ₀ = exp(Θ /(R-r)) – 1,                               (4)

Решение уравнения (4) по известным смещениям линий в спектрах удалённых объектов 3С 48 в созвездии Треугольника и 3С 273 в созвездии Девы, для которых Δλ/λ₀ равно соответственно 0.37 и 0.158, а расстояния до которых равно 6 млрд. св. лет и 2.1 млрд. св. лет дают: центр (или «чёрная дыра»)  Метагалактики с уточнённым значением массы в M =  1.4 х 10⁵⁵ г  удалена от Земли на расстоянии R =  9.5 млрд. световых лет.

Определившись с расстоянием R до центра Метагалактики и значением массы её центра М, по величине смещения линий Δλ в спектрах объектов по формуле (4) можно находить уже и более точные расстояния до них.

Запишем уравнение (4) в виде:

    σ· (R – r) = Θ,              (5)

где σ = ln((Δλ/λ ₀) +1).

Обозначим через x, y, z – текущие координаты движения фотона от объекта к Земле (рис. 5). Тогда, представляя в простейшем случае траекторию фотона в виде дуги окружности, изогнутой действием гравитационной силы Центра Метагалактики F_гр., уравнение (5) можно записать в виде:

              x²+y²+z²=Θ² /σ²,         (6)  

т.е. в каждый момент времени фотон движется по окружности радиуса  R' = Θ/σ.

Из уравнения (6) следует, что  при Δλ/λ₀=0 радиус R' равен бесконечности и луч света в этом случае представляет собой прямую линию. При всех других значениях - чем больше  Δλ/λ₀, тем меньше R' и тем больше кривизна траектории фотонов.  А поскольку луч света от объекта, пришедший на Землю, мы наблюдаем по касательной к кривой в точке М, то получается, что все далёкие объекты с местонахождением в точках А, В и С мы наблюдаем в искажённом направлении А1, В1 и С1 соответственно, что и создаёт кажущийся эффект равномерного разбегания во все стороны от нас внегалактических объектов и расширения Вселенной.

Это реальное и разумное объяснение такого явления, как «красное смещение» в спектрах далёких внегалактических объектов Вселенной, признающее вакуум таким, какой он есть и не требующее наделения его свойствами отрицательного давления. Чисто классическое рассмотрение в первом приближении движения фотона от объекта к Земле, когда есть массивный центр притяжения галактик в Метагалактике с гравитационной  мощностью Θ и всё пространство внутри Метагалактики подчинено действию только его  (центра) гравитационных сил.

В действительности же, путь фотона при своём движении преодолевает кроме этого поля ещё и поля галактик и других внегалактических объектов, расположенных вблизи его маршрута. Из наблюдений, например, известно, что луч света, проходя мимо Солнца, отклоняется его гравитационным полем  на 2˝. Это значит, что и в поле Солнца происходит искривление траектории луча света, и в поле Солнца происходит потеря энергии фотона на преодоление его противодействия, а следовательно, и какое-то, пусть незначительное, но смещение его спектра в красную сторону.

Для объектов галактического уровня иерархии гравитационная мощность Θ ~ 1.47х10¹⁶, что на 11 порядков выше солнечной (для Солнца она равна 1.47х10⁵). Здесь уже происходит значительное искривление траектории фотонов, искривление видимой геометрии пространства, а следовательно, искажение реальных космических координат внегалактических объектов и  искажение нашего представления о Вселенной.

Получается, что красное смещение в спектрах внегалактических объектов есть не результат расширения или сжатия окружающего нас мира, а следствие притяжения фотонов света в поле гравитационных  масс звёзд, галактик, «чёрных дыр» и прочих образований Вселенной.

 

Примечание: Слияние во Вселенной двух соседних галактик — Галактики, где находится Солнечная система, и Туманности Андромеды — неизбежно. К такому выводу пришли американские ученые на основе новой информации, полученной с помощью орбитальной обсерватории «Хаббл», которая уже 22 года радует астрономов уникальными данными о состоянии и движении космических объектов.

Снимки Туманности Андромеды, которые сделал «Хаббл» в разное время, позволяют точно определить, что она сближается с нашей Галактикой со скоростью около 111 км/сек или 400 тысяч км в час, сообщил в четверг 31.05.2012 года на пресс-конференции в НАСА сотрудник Научного института космических телескопов в Балтиморе Роланд ван дер Марел.

С учетом расстояния между двумя галактиками их слияние начнется примерно через 4 миллиарда лет и полностью завершится через 6 миллиардов лет. Помешать этому процессу практически ничто не может, поскольку в этом уголке Вселенной нет каких-либо объектов, в том числе «концентрации темного вещества», более массивных, чем Галактика и Туманность Андромеды.

Эта информация и обнародованная несколько недель ранее в СМИ информация о уже состоявшемся столкновении и слиянии двух галактик в созвездии Гончих Псов,  подтверждённые наблюдениями в телескоп из Космоса, ставят огромный жирный крест на теории расширяющейся Вселенной, общепринятой в научных кругах Земли последние 45 лет. В нашем случае мы наблюдаем быстрое сближение галактик, хотя в соответствии с данной теорией все галактические объекты должны удаляться друг от друга.

 

 

                      25.06.2006 год.

 

            ВНИМАНИЕ: при использовании изложенного материала ссылка на данную статью и автора обязательна!

 

Литература.

1. Гнедин Ю.Н. Тёмная материя – загадка Вселенной. ж. «Земля и Вселенная», № 1, 2006г.
2. Ж. «Земля и Вселенная», №1, №2, 2006 г., № 1, №2, 2007 г.

 

 На первую стр.

На главную стр.