Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

Не боги расширение вселенной наблюдают Не боги расширение вселенной наблюдают
9.04.2014 11:10 | С. Б. Попов, А. В. Топоренский

Стоит звезда на небе чистом.
За нею мгла, пред нею сонм.
И время ходит колесом
Преобразованное в числа
Дмитрий Пригов
Звезды - невод.
Рыбы - мы.
Боги - призраки у тьмы.
Велимир Хлебников

Вселенная расширяется. Это не только один из самых удивительных и важных научных фактов, установленных за последнюю сотню лет, а может быть и за всю историю человечества, - это и просто нечто грандиозное. Вся наблюдаемая вселенная эволюционирует. Существует огромное количество независимых наблюдательных подтверждений этого феномена. Однако в некотором смысле, расширение не наблюдается пока непосредственно: теоретики строят различные модели, позволяющие описать расширение вселенной, но мы не видим, как наблюдаемые объекты в реальном времени становятся дальше и дальше. Нам не хватает точности наблюдений, или же, с существующей техникой, нам придется ждать очень долго (века, или, по крайней мере, десятилетия), чтобы накопить данные.

Представим, что у нас есть возможность проводить наблюдения с гораздо более высокой точностью. Или что мы можем подождать несколько столетий, проводя наблюдения, а потом прокрутим пленку в ускоренном темпе. Имитацию последнего можно реализовать в виде компьютерной симуляции, например в планетарии. Чтобы мы увидели? Или иначе, как нам правильно сделать компьютерную модель, демонстрирующую расширение вселенной с точки зрения земного наблюдателя?

Обычно в популярной (и не только) литературе в качестве аналогии используют надувающийся воздушный шар или растягивающуюся плоскость. Это хороший пример. Однако он обладает важной особенностью. Он показывает нам некоторый взгляд со стороны (что, кстати, потом становится причиной недоразумений и неточного понимания). Мы как бы смотрим из лишнего измерения, да еще вдобавок видим все сразу, наблюдая процессы по единым космическим часам, т.е. разом охватываем всю вселенную, получая информацию с бесконечной скоростью. Этот "взгляд бога" недоступен обычному наблюдателю. Мы находимся на Земле, внутри вселенной. Сигналы приходят к нам с конечной скоростью - со скоростью света. Поэтому мы видим космологические объекты такими, какими они были в далеком прошлом. Кроме того, есть космологическое красное смещение, из-за которого сигнал, испущенный в течение какого-то интервала времени (скажем, минуты), будет регистрироваться нами в течение более длительного интервала (например, если источник наблюдается на красном смещении z=1, то в течение двух минут). Заметим, что красное смещение в космологии лучше всего определить именно через отношение интервалов времен в момент излучения и в момент приема сигнала (красное смещение, z, равно отношению интервалов минус единица). Поэтому "картина наблюдателя" будет сильно отличаться от "картины бога". Давайте разберемся, как они связаны.

Расстояния в космологии

Как бегущая вода
В гибком зеркале природы
Велимир Хлебников

В космологии существует несколько разных определений для расстояния и скорости. Кроме того, мы можем относить эти величины к разным моментам времени. Познакомимся с ними.

Для начала сделаем важное утверждение, отчасти противоречащее здравому смыслу. Надо отказаться от вопроса: "Какое же расстояние (и скорость) в космологии правильное на самом деле?" Правильных несколько. Часть определений расстояния связана с методами наблюдений, часть с теоретическими построениями.

В обычных ситуациях (например, на Земле) у нас есть разные методы определения расстояний, но все они должны давать один и тот же результат. Т.е., мы пытаемся измерить одну и ту же величину. Например, мы можем прямо добраться до объекта и измерить расстояние рулеткой. Можем использовать радар, чтобы, посылая сигнал и принимая отраженный, по времени распространения волны туда и обратно определить расстояние. Если мы знаем размер объекта, до которого измеряем расстояние, то, определив его видимый угловой размер, мы узнаем, используя несложные школьные тригонометрические формулы, как далеко он расположен. Наконец, если необходимо оценить удаленность источника света известной мощности, то мы измеряем поток излучения, и, проведя простые вычисления, немедленно получаем расстояние до него. Важно, что на Земле, в Солнечной системе, и даже в Галактике и ее окрестностях все подобные методы будут давать одинаковый результат. Расстояние не зависит от метода измерений, определение расстояния интуитивно ясно и единственно. В космологии все не так.

Представим себе такую ситуацию. В какой-то момент времени в далекой-далекой галактике вспыхивает сверхновая. Свет движется в нашу сторону, и достигает нас через 10 миллиардов лет. Соответственно, свет прошел путь 10 миллиардов световых лет. Однако в момент излучения расстояние между нами было гораздо меньше, чем 10 миллиардов световых лет. Сейчас расстояние между нами гораздо больше 10 миллиардов световых лет, т.к. вселенная расширяется, причем ускоренно. Расстояние сейчас мы можем только рассчитать или измерить косвенно, да и то нескоро (см. ниже). А вот расстояние в момент излучения (в момент взрыва сверхновой) мы в принципе, как это ни странно, сможем измерять в недалеком будущем (для некоторых объектов мы даже уже умеем это делать!). Это будет угловое расстояние (см. текст).
Проблем с расстоянием в космологии две: все быстро движется и все расположено далеко друг от друга. В итоге, пока свет дойдет от источника до наблюдателя, расстояния сильно изменятся (см. врезку). При этом расстояния "прямо сейчас" не поддаются прямому измерению, т.к. эта процедура занимает конечное (и, вообще говоря, довольно большое) время, связанное с распространением сигнала: мы просто не видим далекие объекты такими, каковы они в данный момент времени. Это все усложняет, т.к., пользуясь бытовым опытом, мы привыкли представлять себе все таким, каково оно есть сейчас, в настоящий момент времени. В космологии расстояния и скорости "прямо сейчас" мы можем только рассчитать, пользуясь какой-нибудь моделью, или же можем получить их косвенным методом, но не с помощью современных методов наблюдения.


Зачем космологам разные модели?

Читателя может удивить, что в статье упоминаются, то вселенная, заполненная пылью, то вселенная, заполненная излучением. Зачем все это, если мы знаем, что это не так? Причин несколько.

Во-первых, космологические модели современного типа строят уже почти сто лет, грубо говоря, с появления Общей теории относительности (точнее, с работ Александра Фридмана). И в 20-е гг. прошлого века мы были далеки от представлений о вселенной, заполненной темной энергией и холодной темной материей. Поэтому исторически возникали разные модели, связанные с разными гипотезами о том, чем же в основном заполнен наш мир.

Во-вторых, важно понимать, что ученые хотят именно понять, разобраться, а для этого нужны в том числе и достаточно простые модели - большое количество деталей затуманивает картину. При популярном или учебном изложении простые модели просто незаменимы. Именно на них, как на кошках в известном фильме, надо тренироваться.

В-третьих, простые приближения очень часто достаточно хорошо описывают реальную ситуацию, по крайней мере на каких-то этапах. Например, плотность энергии излучения спадает быстрее плотности вещества. Значит, в молодой вселенной (первые десятки тысяч лет расширения, когда стадия инфляции уже осталась в прошлом) вклад излучения в полную плотность был основным, все прочее было мелкой добавкой. И для этого периода расширения можно довольно успешно применять модель, в которой все заполнено излучением. Затем, плотность энергии излучения сильно падает, но, скажем, темная энергия все еще не вносит большого вклада, поэтому приближение вселенной, заполненной пылью будет неплохо работать. Пыль это просто вещество без давления, поэтому обычное барионное вещество или холодная темная материя с этой точки зрения пыль. Вселенная де Ситтера - это хорошее приближение для стадии инфляции. А также, возможно, для будущего нашей вселенной, если темная энергия никуда не денется, и расширение будет всегда идти с ускорением.

Т.о., применение простых моделей позволяет лучше разобраться в сложных процессах, имеет исторические основания, а для некоторых этапов прямо таки прекрасно описывает реальность.


Поскольку самым распространенным способом проиллюстрировать картину расширения является "взгляд бога", давайте обсудим расстояние, связанное с ним. Представим, что мы накинули на всю вселенную эластичную координатную сетку. У каждой галактики теперь появился свой "адрес" - номер ячейки в такой сетке. В процессе расширения сетка растягивается вместе с движением галактик, т.е. "адрес" не изменяется. Т.о., каждому объекту можно приписать постоянную координату, хотя расстояние между объектами растет. С другой стороны, зная, как меняется расстояние между двумя любыми объектами со временем, мы можем рассчитать расстояние между двумя любыми объектами по их адресам для любого момента времени. Это т.н. собственное расстояние.

Собственное расстояние в настоящий момент мы не можем измерить непосредственно. Обычно его рассчитывают, зная красное смещение и задаваясь какой-то космологической моделью. Это удобно для восприятия, поскольку "взгляд бога" крайне иллюстративен. Однако с точки зрения наблюдений важно иметь и другие подходы. Поэтому придумали еще несколько вариантов расстояния, связанные с разными способами измерения. Во-первых, это фотометрическое расстояние. Чтобы его определить, необходимо знать светимость источника - сколько энергии он излучает в секунду. Если есть целый класс источников, для которых можно узнать светимость, то их называют "стандартными свечами". Далее, измерив поток излучения от источника, мы немедленно по простой формуле получаем фотометрическое расстояние. Определяя именно эту величину по наблюдениям далеких сверхновых типа Ia, ученые смогли обнаружить ускоренное расширение вселенной, за что в 2011 г. им была вручена Нобелевская премия по физике.

Еще один способ определить расстояние до космологического источника - это увидеть, как в нем движется какая-нибудь деталь, например, уплотнение в струе, бьющей из квазара. Если мы знаем истинную скорость движения детали, то по видимому смещению мы получим расстояние - расстояние по собственному движению. Важное свойство такой величины - ее равенство собственному расстоянию в настоящий момент. Это и есть тот косвенный метод измерения собственного расстояния в настоящий момент, о котором мы упоминали выше. К сожалению, узнать истинную скорость движения какой-нибудь детали в космологическом источнике очень трудно. Поэтому вряд ли в ближайшее время такой способ измерения расстояний в космологии будет использоваться.

Наконец, для нас крайне важным будет т.н. угловое расстояние. Остановимся на нем подробнее. Обычно, если мы прикидываем расстояние на глазок, мы пользуемся именно им: зная размер объекта, мы используем его видимый размер, чтобы оценить, как далеко он находится. Конечно, мы не проделываем каждый раз в уме расчет по тригонометрическим формулам, но если мы хотим провести точное измерение, то сделать это придется. В земных условиях никаких тонкостей нет. А вот в космологии начинаются чудеса.

Важный факт состоит в том, что угол между лучами света не меняется при распространении в плоской вселенной, даже при ее расширении с любым, в том числе изменяющимся, темпом. В результате угловое расстояние до космологического объекта зависит только от того, как далеко он находился в момент излучения. На рисунке показано, что видимый размер (и угловое расстояние) двух галактик может быть одинаковым, хотя в данный момент собственное расстояние до них будет сильно различаться. Свет был испущен далекой галактикой, но скорость космологического удаления этой галактики от нас в этот момент превосходит световую, поэтому вначале свет также будет от нас удаляться. Однако позже, хотя сама галактика продолжает удаляться быстрее скорости света, свет попадает в область, где скорость удаления меньше световой, соответственно, лучи начинают приближаться к наблюдателю. Угол между ними при этом остается прежним. Лучи света выходят также из более близкой галактики, в этот момент световые лучи, испущенные первой галактикой, находятся на таком же расстоянии от нас. Одновременно, свет от двух галактик попадает к наблюдателю, обе галактики имеют одинаковый видимый размер (мы предполагаем, что их линейные размеры равны). Соответственно, наблюдатель на Земле определяет, что угловые расстояния до двух галактик равны. На дополнительном графике видно, что галактики можно объединить в своего рода пары относительно максимума зависимости углового расстояния от красного смещения.

По поводу связи с реальными наблюдениями можно отметить такое любопытное совпадение: наименьший возможный угловой размер типичной галактики получается близким к одной угловой секунде, то есть той величине, которую позволяет увидеть земная атмосфера (меньшие угловые размеры трудно наблюдать из-за неоднородностей нашей воздушной оболочки). Это значит, что в любой достаточно крупный наземный телескоп галактики даже на самых больших расстояниях будут видны как протяженные, а не точечные объекты и не могут быть спутаны со звездами фона.

У многих людей есть такая особенность (часто она появляется с возрастом): события вчерашнего дня помнятся лучше, чем дня позавчерашнего, недельные - еще хуже.... Зато некоторые воспоминания детства и юности сияют, как будто все это случилось вчера. Если мы возьмем галактику типа нашей, то окажется, что вплоть до некоторого расстояния (напомним, что, глядя на далекие объекты, мы смотрим в прошлое!) галактика будет выглядеть все меньше и меньше. Но потом - о чудо! - видимый размер начнет увеличиваться (во вселенной, заполненной пылью, это произошло бы на красном смещении z=5/4; в нашей вселенной соответствующее чуть большему красному смещению). Это происходит потому, что свет этой галактики был испущен в молодости вселенной, когда мы находились гораздо ближе к ней. Соответственно, угловое расстояние до далеких объектов меняется таким же причудливым образом (см. врезку).

Важно, что угловое расстояние равно собственному расстоянию в момент испускания излучения. Получается, что с одной стороны эта величина соответствует понятному параметру в "картине бога", а с другой - это величина, непосредственно связанная с реальными наблюдениями. Для практического использования такого расстояния необходима т.н. "стандартная линейка", т.е. необходимо знать истинные размеры какого-нибудь космологического объекта. Например, можно использовать масштаб т.н. барионных акустических осцилляций. Это флуктуации в распределении вещества в ранней вселенной, которые застыли в виде крупномасштабной структуры вселенной. Теория позволяет рассчитать истинный масштаб этих неоднородностей. Изучая, как распределены галактики и их скопления в большом масштабе (примерно 300 млн световых лет), можно определять расстояния до них - это будет угловое расстояние. Т.о., мы можем непосредственно измерить собственное расстояние до этих структур на момент испускания наблюдаемого сигнала. Кроме того, мы умеем определять именно угловое расстояние на момент излучения до т.н. поверхности последнего рассеяния, откуда к нам приходит реликтовое излучение
Графики скоростей для вселенной, заполненной пылью. Видно, что график для "видимой скрости" (нижняя синяя кривая) имеет максимум. Верхняя (черная) кривая соответствует скорости на момент излучения, рассчитанная по "космическому времени". Средняя (красный пунктир) - это скорость в настоящий момент времени.
(оно, кстати, небольшое всего лишь около 13 мегапарсек, т.к. тогда вселенная была гораздо компактнее).

Теория говорит, как различные космологические расстояния связаны друг с другом (для расчета некоторых из них можно воспользоваться Космологическим калькулятором. Т.о., определив с достаточной точностью одно из них, можно подсчитать и остальные, если у нас есть хорошая космологическая модель.

Горизонты

Снова летит домовой в погоне за небом.
Джордж Гуницкий

Горизонт частиц - это расстояние до самого далекого источника, в принципе наблюдаемого в данный момент времени (на всякий случай уточним, что речь идет о собственном расстоянии до объекта в момент приема фотона, а не в момент излучения). Иногда радиус горизонта определяют по-другому: расстояние, которое фотон может пройти от "момента ноль" до данного момента (т.е. это расстояние, на которое можно передать информацию за время, равное возрасту Вселенной, разумеется, с учетом расширения). Оба определения эквивалентны (см. детали в статье "За горизонтом вселенских событий". В нерасширяющейся Вселенной конечного возраста (т.е. "с началом") этот радиус линейно рос бы со временем. Во Вселенной, расширяющейся с замедлением, радиус рос бы всегда, но медленнее. Ну а во Вселенной, которая начала ускоряться в какой-то момент своей эволюции, радиус стремится к конечному значению (в сопутствующих координатах, т.е. в координатах на расширяющейся сетке) при стремлении времени к бесконечности (т.е. есть объекты, которые мы никогда не увидим, сколько бы ни ждали). Этот горизонт нельзя определить как скорость света, умноженную на время после начала расширения, т.к. пока фотон летит, вселенная расширяется. Обратите внимание, красное смещение источников на горизонте частиц бесконечно. Формально, горизонта частиц нет во вселенных, все время расширяющихся с ускорением (расстояние в данный момент до объекта с красным смещением равным бесконечности, будет стремиться к бесконечности). Но, если мы говорим о частицах, как о галактиках, которые возникли в какой-то не слишком ранний момент жизни вселенной, то такой горизонт будет и в ускоряющихся моделях. Есть он и в нашей вселенной.

Горизонт событий - довольно хитрое понятие (и не во всякой космологической модели он существует). События во вселенной можно разделить на три группы. Во-первых, есть те, что были доступны нам для наблюдения в прошлом, во-вторых, есть такие, которые будут доступны в будущем. В-третьих, есть такие, которые нам принципиально недоступны для наблюдений в любое время. Горизонт событий как раз отделяет недоступные для наблюдений события. Расстояние до горизонта событий в настоящий момент - это расстояние до частицы, до которой может дойти наш световой сигнал, посланный в данный момент. Фактически, в нашей реальной вселенной горизонт виден только в "картине бога". Для нас же ситуация такова. Мы видим галактики на красном смещении около 1.8. Свет от такой галактики шел к нам 10 миллиардов лет. В момент излучения галактика находилась от нас в 5.7 миллиардах световых лет. Сейчас до нее 16.2 миллиарда световых лет. И сигнал, посланный нами к ней, никогда ее не достигнет, если динамика вселенной в будущем принципиально не изменится. И наоборот, мы никогда не увидим события, происходящие в ней сейчас. Т.е., расстояние до горизонта событий соответствует расстоянию до такой галактики в данный момент, но мы-то видим ее сейчас такой, какой она была в далеком прошлом! В этом смысле, мы не видим горизонта событий, но можем сказать, что его положение соответствует современному положению галактик, наблюдаемых нами на z=1.8.

Важно понимать, что мы можем видеть какой-нибудь источник в некоторую эпоху его существования (т.е., он не за горизонтом частиц), но события на источнике, происходящие там в настоящее время, нам будут принципиально недоступны. Т.е., источник находится за горизонтом событий. Забавно, но возможна и обратная ситуация (в современной космологической модели она реализовывалась миллиарды лет назад). Мы не видели источник (он в тот момент был за горизонтом частиц), но могли послать сигнал, который до него в конце концов доберется, т.к. расширение замедлится.

Скорости в космологии

Поговорив о расстояниях и горизонтах, перейдем к скоростям. В конце концов, нас интересуют именно они, т.к. мы хотим понять, как мы можем увидеть динамику расширения вселенной в "картине наблюдателя", и как мы можем сопоставить ее с "картиной бога".

Для начала рассмотрим один достаточно важный вопрос, часто вызывающий непонимание. Вспомним закон Хаббла: скорость удаления далёких объектов от нас прямо пропорциональна расстояниям до них. Здесь речь идет о скорости изменения собственного расстояния в настоящий момент (именно это наблюдалось бы в "картине бога"). Расстояния же могут быть очень большими, а в некоторых моделях и неограниченными. Получается, что если закон Хаббла верен и на очень больших расстояниях, скорости тоже не ограничены, в том числе и скоростью света. На этом месте у людей, знакомых со Cпециальной теорией относительности, может возникнуть недоумение. Однако на самом деле закон Хаббла (который в действительности верен всегда) не противоречит Cпециальной теории относительности (см. также статью "Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях"). Расстояние, на котором скорость равняется световой, называется сферой Хаббла. Есть источники, которые и в момент излучения, и в настоящий момент находятся за пределами нашей хаббловской сферы, т.е. их скорость убегания выше световой и в момент испускания, и сейчас. Для современной космологической модели (в которой вклад темной энергии составляет около 70%) все наблюдаемые источники с красным смещением, превышающим примерно 1.5, в настоящий момент удаляются от нас быстрее скорости света. Специальная теория относительности вообще-то, запрещает примерно такую ситуацию: некий наблюдатель, находящийся в точке А, видит в этой же точке (или ее небольшой окрестности) объект, проносящийся со сверхсветовой скоростью. А вот если точки существенно разные, то противоречия может и не быть. Например, в такой естественной системе отсчёта, в которой читающий эти строки покоится, какая-нибудь галактика, скажем, туманность Андромеды, движется с огромной скоростью, делая полный оборот за сутки. Понятно, что сверхсветовая скорость этой галактики относительно выбранной системы отсчёта никого не пугает. В космологии ситуация чуть сложнее (галактики движутся от нас поступательно), но качественно картина та же самая. Скорости точек, находящихся друг от друга на больших космических расстояниях, могут быть не ограничены скоростью света, более того, само понятие скорости можно ввести несколькими разными способами, как было и с ранее описанными расстояниями. Как мы помним, можно ввести два осмысленных собственных расстояния до объекта: расстояние "сейчас" и расстояние в момент излучения принимаемого сейчас света. Естественно определить скорости как темп изменения расстояния с течением времени. Рассмотрим сначала скорость "сейчас".

Космологическая модель позволяет нам рассчитать, как меняется масштаб с течением времени. Т.е., как в любой момент изменяются собственные расстояния. Это соответствует скорости в "картине бога". Однако, это дважды не наблюдаемая величина. Во-первых, мы не можем из наблюдений определить собственное расстояние в настоящий момент (а значит, и измерить соответствующую скорость). Во-вторых, нам не доступно космическое время, которое играет ключевую роль в описании расширения, соответствующем "взгляду бога" - мы все наблюдаем по своим часам. Значит, это не подходящая скорость для иллюстрации расширения в картине наблюдателя, хотя и важная для понимания структуры Вселенной в целом. Интересно отметить, что в моделях с горизонтом частиц эта скорость стремится к конечному пределу. Но этот предел во всех реалистичных моделях выше скорости света. В частности, для наиболее популярной в наше время модели этот предел выше скорости света примерно в два раза. Скорость же в момент излучения света на горизонте частиц вообще не ограничена (если мы рассматриваем возможность увидеть частицы такими, какими они были сколь угодно близко к моменту "ноль"). Кстати, по аналогии с собственным расстоянием в момент излучения света можно было бы подумать, что именно так определённая скорость (скорость в момент излучения в "картине бога") - это именно то, что увидит наблюдатель. Однако действительность оказывается хитрее. Как мы вообще определяем скорость? Берём пройденное расстояние и делим на интервал времени, потребовавшийся для того, чтобы это расстояние найти. Если это - интервал по космическому времени (которое, как мы помним, наблюдателю непосредственно недоступно), то мы получим упомянутые выше скорости расширения сейчас или тогда. Но для наблюдателя внутри вселенной этот интервал времени будет больше, а соответственно, видимая скорость расширения меньше. Значит, нужно найти какую-то другую величину, характеризующую скорость расширения вселенной, такую чтобы наблюдатель мог ее измерить непосредственно, не прибегая к пересчету в рамках какой-нибудь космологической модели.

Показано, как изменяется видимая скорость и угловой размер галактик в реалистичной вселенной. Начиная с некоторого красного смещения видимый размер галактик (считаем их идентичными) начинает расти. Это связано с тем, что в момент испускания принимаемого сейчас света галактики были близко от нас. Скорость, соответствующая изменению углового расстояния, вначале растет, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться, стремясь к нулю для объектов с бесконечным красным смещением.
Хорошей оказывается скорость, связанная с изменением углового расстояния (будем называть ее "видимой скоростью"). Во-первых, мы можем непосредственно измерить ее по своим часам. Во-вторых, поскольку угловое расстояние равно собственному на момент излучения, то мы можем связать картину наблюдателя с "картиной бога". В-третьих, видимая скорость ведет себя на горизонте в соответствии с нашими интуитивными представлениями: она стремится там к нулю в реалистичных космологических моделях (скажем, во вселенной, заполненной пылью, скорость растет до z=3, а потом начинает падать, см. врезку). В самом деле, по аналогии с горизонтом черной дыры мы хотели бы иметь такое определение скорости, чтобы расширение замирало на горизонте с точки зрения наблюдателя. И видимая скорость (например, в случае нашей ускоряющейся вселенной) прекрасно соответствует этому. Как следует из точных формул для реалистичных моделей, эта скорость обращается в ноль на горизонте частиц. И, что интересно, при этом никогда не превышает скорость света. Для нашей Вселенной её максимум, близкий к половине скорости света, достигается при красном смещении, равном примерно трём. Стоит заметить, что закон Хаббла выполняется для собственной скорости по космическому времени. Для видимой скорости он не работает. В принципе, видимая скорость может быть сверхсветовой, хотя для этого вселенная должна быть устроена довольно экзотичным образом.

Что же мы увидим?

Итак, мы готовы к тому, чтобы обсудить, как же реальный наблюдатель будет наблюдать расширение вселенной.

В принципе, есть три способа непосредственно наблюдать расширение вселенной:
1. изменение красного смещения;
2. изменение блеска (потока приходящего излучения);
3. изменение углового размера.

Всю эту троицу нам надо будет воспроизвести в нашей модели (представим ее себе на куполе планетария). Галактики будут краснеть, их блеск и угловые размеры будут уменьшаться. Существенно, что нам нельзя воспроизводить "картину бога", в которой далекие галактики удаляются все быстрее и быстрее.

Покраснение объектов обычно не воспринимается как нечто, отражающее их удаление. Наблюдения могут позволить в ближайшие десятки лет непосредственно измерять увеличение красного смещения (заметим, что в реальной вселенной красные смещения близких объектов - z<2 - будут расти, а более далеких - уменьшаться!), однако в пространственные скорости эту величину придется пересчитывать в рамках какой-то модели. Поэтому ни с точки зрения нашего восприятия, ни с точки зрения непосредственного измерения скоростей, наблюдения изменения красного смещения нельзя считать идеальными (хотя они крайне важны и, видимо, будут первым прямым свидетельством расширения, когда заработают многолетние программы измерения спектров на телескопах и спектрографах нового поколения).

Галактики удаляются прямо от нас. Поэтому никакого изменения ракурса при расширении не будет. Поток излучения от галактик будет падать (мы пренебрегаем эволюцией самих галактик). В модели это поможет представить вселенную расширяющейся, но в реальности галактики слишком неудобные объекты, чтобы увидеть, как они слабеют, удаляясь от нас.

Зато изменение угловых размеров может и в модели, и в реальных данных показать нам, как расширяется вселенная с точки зрения наблюдателя. Мы увидим, что со временем все галактики уменьшаются в размерах, хотя и с разной скоростью. При этом на горизонте это уменьшение будет замирать.

Статья (с изменениями) опубликована в журнале "Вселенная. Пространство. Время" NN2-3 за 2014 г.
Более серьезный вариант статьи можно найти в Архиве: arXiv: 1311.2472 и в УФН: Хаббловский поток в картине наблюдателя.


Публикации с ключевыми словами: возраст Вселенной - Вселенная - Расширение Вселенной - космологическая постоянная
Публикации со словами: возраст Вселенной - Вселенная - Расширение Вселенной - космологическая постоянная
См. также:
Все публикации на ту же тему >>

Мнения читателей [2]
Оценка: 3.2 [голосов: 75]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце


Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования