Книга Теория относительности и сверхсветовая скорость (издание второе) - Владимир Иванович Моренко

массу, расположенную в пределах сферы с радиусом, равным расстоянию между наблюдателем и источником света, (см. с.444 [5]) считать единой массой, создающей центральное гравитационное поле, то эффектом «улетающего» движения фотона в таком поле как раз и будет гравитационное красное смещение. Необходимо подчеркнуть, что поскольку являющееся источником полей тяготения вещество распределено во вселенной неравномерно, микроволновой фон не может быть абсолютно изотропным. Кроме того, указанная неравномерность будет определять различные величины красного смещения спектров излучения объектов, находящихся в разных местах, но на одинаковом расстоянии от нас. И это действительно подтверждаемый экспериментально факт. В связи с чем постоянная Хаббла не более чем некая среднестатистическая величина, зависящая от направления наблюдения.

С помощью данного принципа можно оценить и границы видимости излучающих объектов в пространстве с постоянной плотностью. В этом случае из последней формулы, указанной выше, следует, что показатель красного смещения для всего видимого вещества Вселенной определяется как:

Это дает нам значение предельного радиуса видимости:

ратим внимание, что классическое выражение для красного космологического смещения в пространстве с однородной плотностью распределения вещества определено выражением:

В этом случае значение предельного радиуса видимости:

е указанные зависимости количественно мало отличаются друг от друга.

Так, при плотности барионной компоненты вещества во Вселенной порядка 4,5 процентов от критической плотности радиус предельной видимости, рассчитанный по первой зависимости, составил бы световых лет, что практически равно времени жизни Вселенной после Большого взрыва. А при критической плотности материи данная величина была бы равна световых лет. В принципе, эффект Ольбертса может быть объяснен именно конечной величиной радиуса предельной видимости. Но в этом случае не существует объективной причины появления изотропного микроволнового фона, а вот жесткое излучение не имело бы ограничений по уровню энергии. В то же время реально наблюдаемый микроволновой фон соответствует некоторому конечному значению параметра красного смещения. Этот эффект объясняется тем, что распределение спектральной плотности энергетической светимости тел подчиняется определению функции Кирхгофа. И в этом смысле удаленные объекты за счет красного смещения становятся попросту невидимыми. Кроме того, величина радиуса реальной предельной видимости и космологического смещения зависит от оптической прозрачности, так как возможно перекрытие потоков излучения небесными телами. Не менее существенным фактором для определения радиуса предельной видимости (длины волны микроволнового фона) является и то, что с увеличением масштаба уменьшается возможность выявления структурной неоднородности материи и, начиная с какого-то предела, распределение материи можно считать однородным. Следовательно, будет иметь предельное значение и показатель преломления вакуума.

Обратим внимание, что наблюдатель, расположенный в любой точке Вселенной, всегда находится в центре сферы с радиусом, определяемым величиной длины волны микроволнового изотропного фона. Тем самым, снимается проблема единственности выделенной системы координат, которая строится с привязкой к радиусу микроволнового фона. Таких систем будет неопределенное множество, а их центры будут всегда привязаны к месту расположения наблюдателя.

Есть еще один момент, который сопутствует космологическому красному смещению длин волн в спектрах излучений удаленных объектов – это изменение частоты излучения этих объектов. Это является прямым следствием зависимости величины скорости света от показателя преломления вакуума. Таким образом, должно наблюдаться не только красное космологическое увеличение длины волны электромагнитного излучения, но и аномальное для классического определения изменение частоты этого излучения, но не в сторону ее уменьшения, а наоборот – в сторону ее увеличения. Последнее обстоятельство может быть вполне убедительным объяснением существования изотропного рентгеновского фона.

Действительно, наблюдаемое микроволновое излучение имеет температуру , что соответствует длине волны м в максимуме потока излучения.

Если считать, что самыми удаленными еще обнаруживаемыми объектами являются объекты с температурой Солнца, то источники наблюдаемого микроволнового излучения имеют максимум потока при длине м.

Тогда наблюдаемая частота излучения самых удаленных источников:

Указанные частоты относятся именно к рентгеновскому излучению, соответствующего превышению скорости света в вакууме при отсутствии гравитационного поля примерно на четыре порядка.

Изотропный рентгеновский фон определяется, как правило, по энергии (частоте) вторичного излучения, зависящего от эффективной энергии первичного (внешнего) излучения. В то же время микроволновой фон определяется по длине волны максимума энергии (температуре) в спектре равновесного излучения с помощью спектрального анализа «реликтового» излучения. И из-за различия в скоростях света у сигнала и на приемном устройстве возникает желание рассматривать две резонансные частоты (две длины волны) у одного и того же сигнала. При этом различие между ними столь велико, что изотропный рентгеновский фон и реликтовое излучение воспринимаются как два самостоятельных физических явления. В то же время чувствительность современных физических приборов позволяет [9] с уверенностью обнаружить только уширение линий спектров поглощения и излучения для далеких звезд, а не разделение одной линии на две самостоятельные для еще более далеких звезд. Да, собственно, такую задачу никто никогда и не ставил. Но вот уширение спектральных линий в зависимости от лоренцева эффекта в известной степени нивелируется ростом скорости света и изменения показателя преломления вакуума по мере увеличения расстояния до источника света. Однако данный эффект должен был бы проявляться значительно более заметно, если бы мы имели дело с космологическим «расширением пространства». Приходится еще раз обращать внимание на тот факт, что используемое в физике понятие пространства представляет собой нематериальную сущность, которая не может быть «искривлена», и ее надо отличать от математического понятия о некоторой системе параметров (координат), позволяющей адекватно описывать явления, события и эффекты реально существующего физического многообразия, то есть материи. Следовательно, представление о расширении (сжатии), тем более «инфляционном расширении» пространства не более чем уловка для объяснения физического (материального!) процесса с помощью вовсе не материального понятия.

Интересно, что, поскольку радиус предельной видимости зависит от величины плотности материи, могут существовать отдельно взятые объекты, размеры которых меньше или равны радиусу вырождения вакуума, который можно считать радиусом предельной видимости, то есть черные дыры. Минимальную массу такого объекта можно оценить следующим образом.

Прежде всего, отметим, что интерес для такой оценки представляют объекты, в которых вещество имеет конечные размеры и плотность, а не является сингулярным образованием. В этом случае можно считать содержимое объекта сжатым сгустком нейтронов. Данное предположение совершенно условно и необходимо только для того, чтобы определить возможность несингулярного состояния материи внутри черной дыры. Тогда можно записать очевидные соотношения:

сли расстояние между соседними нейтронами равно их радиусу и составляет м, минимальная масса, при которой образуется черная дыра, составит кг, а радиус км. Эти величины вполне соответствуют современным представлениям о размерах и массе черных дыр. Статическое давление в центре такой дыры составляет , то есть равно давлению в центре масс протона.

Рассмотрим падение в трехмерном пространстве некоторой массы на черную дыру