Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени

И вот тут оказалось, что уравнения Эйнштейна (с теми силами отталкивания) могут быть решены без сил отталкивания, но для расширяющейся Вселенной. Итак, с разрывом лет в семь прозвучали два первых удара колокола — похоронного звона по модели стационарной Вселенной; сначала (1917) голландский астроном Вилем де Ситтер, а затем и советский математик Александр Фридман (1923–1924) теоретически показали, что Вселенная может расширяться, оставаясь при этом устойчивой под действием сил всемирного тяготения.

И Эйнштейн сдался, и в общем-то, без боя, ибо это, кроме всего прочего, принесло ему огромное облегчение: он смог наконец-то сбросить с себя огромную тяжесть и отказаться от им же придуманных, но внутренне никогда его не устраивавших космических сил отталкивания. Впоследствии Эйнштейн признался, что его гипотеза о силах отталкивания — это главная ошибка его жизни.

А когда в конце 20-х годов американские астрономы Эдвин Хаббл и его коллега Хьюмасон экспериментально (наблюдательно) подтвердили, что галактики удаляются от нас и друг от друга, последние сомнения стали быстро рассеиваться — модель расширяющейся Вселенной стала господствующей. С тех пор прошло 70 лет. Не смешно ли сегодня сомневаться? Может быть, смешно. Однако давайте посмотрим, на что опирается концепция нестационарной — расширяющейся Вселенной.

Открытие Хаббла случилось в самый подходящий момент — в нем остро нуждались и де Ситтер, и А. Фридман, и Эйнштейн, да в общем-то все, кого волновала проблема стабильности Вселенной. Ценность его в том, что расширение как бы удалось увидеть-пощупать. Ведь применив эффект Доплера к излучению космических объектов, Хаббл обнаружил (впрочем, он не был первым) красное смещение в спектрах их излучения и интерпретировал его (и тут он, пожалуй, был первым) как следствие удаления от нас галактик.

Короче говоря, уже «в начале 30-х годов теоретики и экспериментаторы смогли построить такие модели Вселенной, которые, с одной стороны, описываются решениями уравнений Эйнштейна, а с другой — согласуются с результатами Хаббла».

Вопрос о стабильности Вселенной был снят с повестки дня.

А все это вместе сегодня считается одним из величайших достижений науки XX века… Склонимся и мы в почтении перед «лучшими умами человечества». Но, отдав дань, зададим себе вопрос: что все-таки открыл Хаббл?

1. Конечно же, то, что в спектрах излучения галактик некоторые линии смещены к красному концу спектра. Можно ли эту часть открытия Хаббла подвергать сомнению? Безусловно, нет! Это — твердо установленный факт.

2. Красное смещение вызвано эффектом Доплера, а попросту говоря, тем, что галактики удаляются — «разбегаются» от нас.

Можно ли эту часть открытия Хаббла подвергать сомнению? Можно, потому что это не факт, а трактовка факта, а мне кажется, что даже нужно, потому что это тот случай, когда возможна альтернатива.

Давайте разберемся.

Хаббл предоставил в наше распоряжение простую (как все (?) гениальное) формулу: V = HD, из которой следует, что чем больше расстояние (D) между Землей и галактикой, тем с большей скоростью (V) галактики удаляются от как бы покоящейся Земли. Н — постоянная Хаббла, она (напомним) показывает, как возрастает скорость удаления галактик при увеличении расстояния на единицу, т. е. на 1 млн. световых лет.

Представим себе две (мировые) точки, соответствующие двум событиям во Вселенной, случившимся с одним и тем же объектом. Это может быть начало извержения вулкана и его окончание, рождение звезды и ее смерть, словом, все, что угодно… Нам же удобнее, чтобы первым событием было излучение некой галактикой порции фотонов, а вторым — фиксирование этих фотонов у нас на Земле.

Итак, в один прекрасный момент времени фотоны покинули галактику и, преодолев миллионы световых лет, в следующий не менее прекрасный момент времени долетели до Земли. В полете они пребывали некоторый интервал времени —ΔtS t .

Если первое событие случилось в момент времени t 1, а второе — в момент времени t 2 то интервал времени между этими событиями

ΔtS t= t 2- t 1

Так как мы декларируем, что темп вселенского времени в разные космологические эпохи различен, то на какую-то величину он должен измениться и за тот период, пока длился интервал между первым и вторым событиями.

Тогда Δt — интервал времени между событиями в условиях неизменного темпа времени, a S t— показатель изменения темпа времени.

С учетом того, что скорость фотонов в межгалактическом пространстве — это практически и есть скорость света в вакууме (V~с) выразим известную со школы зависимость между расстоянием, скоростью и временем для данного случая в виде

D=сΔtS t. (3.2)

А теперь еще раз посмотрим на формулу Хаббла — D=V/H — и обнаружим, что в этой формуле и в нашей (3.2) «D» обозначает одно и то же — расстояние между галактикой, которая излучает свет, и Землей, на которой этот свет фиксируется.

Тогда, приравняв правые части этих уравнений, получим:

с ΔtS t=V/H (3.3)

Анализ этого уравнения показывает, что V зависит от расстояния, которое преодолевает свет за время Δt, т. е. от cΔt (и оттого, как замедляется за это же время темп времени S t).

Иными словами, это означает, что К зависит только от расстояния, на котором от Земли находится галактика, ведь — это момент времени в настоящем (в наше время) и потому для всех событий, которые мы фиксируем относительно Земли, эта величина постоянная, т. е. с Δt и S t; зависят только от t 1

Так что же открыл в 1929 г. Эдвин Хаббл?

Он показал, что кажущаяся скорость удаления от Земли далеких космических систем зависит прежде всего от расстояния до объекта.

А от этого, т. е. оттого, сколько времени фотон был в полете, и зависит, на какую величину замедляется время и, следовательно, какова будет величина красного смещения.

Хаббл опередил нас на 70 лет… Он открыл, по существу, что красное смещение зависит от замедления времени, ибо показатель красного смещения определяется зависимостью:

Z= ΔtS t, (3.4)

т. е. Z зависит только от того, сколько времени фотоны были в полете, и оттого, насколько за это время изменился темп времени Вселенной (S t).

В свою очередь, S tзависит оттого, с какой интенсивностью и по какому закону изменяется во Вселенной соотношение ее внутренней энергии (или энергии излучения) и массы вещества (или плотности энергии вещества).

Что касается численной величины S t, то из уравнения (3.4) она может быть легко определена, если для ряда космических объектов окажутся известны показатели красного смещения и расстояния до них, но, конечно, определенные любым способом, независимым от доплеровского Z (На роль таких объектов, вероятно, подходят пульсары — для них как будто умеют определять расстояния без использования Z).