Реферат: Стационарная модель Вселенной

Министерство Образования Российской Федерации

Российский государственный университет

инновационных технологий и предпринимательства

Северный филиал.

Доклад по КСЕ на тему:

«Стационарная модель Вселенной»

Выполнилстудент гр. И-331

СушенцовВладимир Игоревич

Проверил:

Ланцев ИгорьАвенирович

Великий Новгород

2003г.

 
В основу космологии положены следующие основные принципы, которыеподтверждаются наблюдаемыми характеристиками микроволнового фона и  основнымиклассами внегалактических объектов.

Первыйкосмологический принцип утверждает, что Вселенная пространственно однородна иизотропна.

Второйкосмологический принцип Джордано Бруно характеризующие Вселенную константы независят от времени.

Принципактуализма Лайеля утверждает, что законы природы не меняются с ходом времени.

В XX столетии конкурировали две космологические теории — теориярасширяющейся Вселенной (начальное состояние, из которого возникла Вселенная,было таким горячим и плотным, что могли существовать только элементарныечастицы и излучение; затем вселенная расширялась и охлаждалась, образуя звездыи галактики) и теория стационарной Вселенной (Вселенная существовала всегда,наблюдаемое разряжение вещества компенсируется его непрерывным творением).

Эйнштейн приработе над ОТО исходил из идеи стационарной Вселенной. Он произвольно ввел«космическое отталкивание», которое было очень мало, но удерживалоВселенную от стягивания в точку. Уравнения, полученные Эйнштейном, былидетально исследованы де Ситтером и Фридманом. Последний нашел три сценарияразвития Вселенной, определяемые средней плотностью вещества в ней. Леметрсвязал эти релятивистские модели с данными астрономических наблюдений и пришелк проблеме «начала» из точки. Гамов разработал модель горячейВселенной, которую назвал «космологией Большого Взрыва». Вместе сосвоими учениками он произвел необходимые расчеты развития событий для получениянужных соотношений между химическими элементами во Вселенной в настоящее времяиз ядерных реакций в ранней горячей Вселенной. Теория получила подтверждениепосле открытия фонового излучения, которое осталось со времени «БольшогоВзрыва» и было названо реликтовым. Первые ядерные реакции подвергались всеболее детальной проверке путем экспериментов на все более мощных ускорителях, ипутем сравнения с процессами, происходящими в звездных недрах. Гут и Линдеразработали разные варианты первых долей секунды после «начала»,называемые моделями инфляционной, или раздувающейся, Вселенной. Венгерский математикПал Эрдош так выразил неудовлетворенность некоторых ученых концепцией БольшогоВзрыва: «Бог совершил две ошибки. Во-первых, он „сотворил“Вселенную в Большом Взрыве. Во-вторых, он был настолько небрежен, что оставил»улики" — микроволновое фоновое излучение".

Необходимонайти объяснение крупномасштабному скручиванию объектов. Идеи непрерывноготворения материи возникали неоднократно. Так, в 1948 г. у группы ученыхКембриджского университета (Г. Бонд, Т. Голд и Ф. Хойл) родилась гипотезастационарной Вселенной. Они оценили число порожденных за 100 лет из«ничего» атомов водорода для восполнения убыли материи из-заразбегания — один атом в кубе с ребром 100 метров. За 5 млрд. земных лет должнобыло образоваться всего 4 кг атомов. Хотя открытие реликтового излученияподтвердило модель Большого Взрыва, Ф. Хойл считал возможным модернизироватьсвою модель для объяснения этого излучения. Модель горячей Вселенной, илиБольшого Взрыва, в общих чертах объясняет многие факты однако, некоторые ученыеподвергают сомнениям ее основные положения. Одни считают, что электромагнитныесилы, порождаемые плазмой, играли более существенную роль в формированииВселенной, чем гравитация; другие иначе толкуют наличие красного смещения вспектрах. Сторонник первого мнения шведский астрофизик, лауреат Нобелевскойпремии за 1970 г., Х. Альфен считает, что межзвездное пространство заполненодлинными «нитями» и другими структурами, состоящими из плазмы. Силы,которые понуждают плазму образовывать такие фигуры, заставляют ее образовыватьтакже и галактики, звезды  и звездные системы. Он считает, что Вселеннаярасширяется под влиянием энергии, которая выделяется при аннигиляции частиц иантичастиц, но это расширение происходит несколько медленней.

По поводу иноготолкования красного смещения известна гипотеза Дирака о старении фотона (еще с30-х г.г.). Против закона Хаббла выступает американский астроном Х. Арп. Онназывает соотношение Хаббла «единственным шатким предположением, лежащим воснове современной астрономии и космологии». Арп сообщает, что он наблюдалмного объектов, которые не следуют закону Хаббла. Он считает, что квазары,обладающие наибольшим красным смещением, на самом деле находятся не на краюВселенной, как следует из закона Хаббла, а не далее, чем все галактики, хотя ихкрасное смещение много меньше. Ему даже кажется, что квазары могут быть«ответвлениями» галактик.

Член-корреспондентРАН В. С. Троицкий считает неверным объяснение красного смещения в спектрахудаленных космических объектов расширением Вселенной. Для обоснования этогоутверждения  был проведен анализ каталогов 7300 галактик и 3700 квазаров иопределена их средняя светимость. Установлено, что вопреки схеме стандартнойкосмологии, чем больше светимость галактик, тем больше их размер, а это значит,что никакого расширения Вселенной нет, не было и изначального Большого Взрыва,т. е. Вселенная стационарна. Другие следствия исследований: 1) квазары имеютнебольшую мощность излучения, а не превышающую на несколько порядков мощностьизлучения целых галактик, как принято считать в современной космологии; 2) вквазарах вещество разлетается с досветовыми скоростями, а сверхсветовыезначения получаются в результате завышения размеров Вселенной.

Причинустарения (покраснения) квантов он видит в гравитационном смещении частоты излучения,которое пропорционально не расстоянию до источника света, а квадратурасстояния. В этом случае размер видимой части Вселенной не 15 млрд. световыхлет, а 5.

Являютсяспорными утверждения об «окончательной доказанности» горячегопроисхождения Мироздания и скоростной природы космологического красногосмещения.

Э.Хаббл,открывший в 1929 г. закон космологических красных смещений в 1936 г.опубликовал первые наблюдательные доказательства ошибочности представлений оразбегании галактик. В частности установлено, что эмпирические зависимости,полученные по данным статистической обработки около ста каталоговвнегалактических объектов, согласуются с исходными теоретическимисоотношениями, выведенными на основе представлений об устойчивости Вселенной и «старении»фотонов. В целом они находятся в непримиримых противоречиях с космологическимимоделями теории Большого Взрыва при любых комбинациях параметров этих моделей.

"… Тщательноеисследование возможных источников ошибок показывает, что наблюдения, по-видимому,согласуются с представлениями о нескоростной природе красных смещений.

… В теории досих пор продолжается релятивистское расширение Вселенной, хотя наблюдения и непозволяют установить характер расширения.

Итак,исследования пространства закончены на ноте неопределенности, но так и должнобыть. Мы находимся, по определению, в самом центре наблюдаемой области. Нашихближайших соседей мы знаем, пожалуй, достаточно хорошо. По мере увеличениярасстояния наши знания уменьшаются, причем уменьшаются быстро. В конечном счетенаши возможности ограничены пределами наших телескопов. А дальше мы наблюдаемтени и ищем среди ошибок измерений ориентиры, которые едва ли являются болеереальными.

Исследованиебудет продолжено. Пока не исчерпаны возможности эмпирического подхода, неследует погружаться в призрачный мир умозрительных построений." ( Хаббл«Мир туманностей», 1936 г.)

Белые дырырассматриваются в качестве одного из классов космологических объектов, вкотором может происходить образование вещества.

Белая дыра — взрывающийся объект, возникающий из сингулярности пространства-времени. Визвестном смысле белая дыра — это обращенная во времени черная дыра. Последняя,наоборот, возникает при коллапсе массивного объекта с образованиемсингулярности. В отличие от черной дыры белая дыра — яркий объект.

Рассмотримболее подробно типичную замкнутую поверхность нулевой массы (см. рис.). Пустьпучок мировых линий дважды пересекает эту поверхность: сначала на участке Р1,затем на участке Р2. Как описывается такая ситуация в сравнительно более узкихрамках ОТО?

/>

Пучок мировыхлиний, пересекающих замкнутую поверхность нулевой массы, можно интерпретироватькак рождение двух пар. Каждая пара состоит из одной черной и одной белой дыры.Описание этого явления в рамках общей теории относительности можно провестилишь отдельно  на каждом  из участков I, II  и III. На участке I образуется черная дыра; на участке IIвзрывается белая дыра и затем вещество образует черную дыру; на участке III образуется белая дыра. (См.Дж.Нарликар «НеистоваяВселенная»М., Мир, 1985)

В теорииЭйнштейна области Р1 и Р2 интерпретируются как сингулярности впространстве-времени. Уравнения этой теории «не позволяют» пересекатьсингулярность, т. е. не дают возможности единым образом рассматриватьфизические процессы до и после сингулярности. Самое большое, что можно сделатьв общей теории относительности, — это рассмотреть по отдельности процессы втрех областях: I, II, III. В области I пучок частицустремляется к пространственно-временной сингулярности. Это типичный случайгравитационного коллапса. Хотя сингулярность и достигается на участке P1, она скрыта от удаленного наблюдателя О (его мировая линияне пересекает поверхность нулевой массы — см. рис.) горизонтом черной дыры. Вобласти II пучок частиц выходит из сингулярности научастке Р1 и устремляется к сингулярности на участке Р2. В области  III частицы снова рождаются из сингулярности на участке Р2.

Такое появлениечастиц из сингулярности в значительной степени аналогично рождению всейВселенной в Большом взрыве. Местный взрыв такого рода в некоторой областипространства называется белой дырой. В этом смысле белая дыра — это обращеннаяво времени черная дыра.

В ОТО белыедыры были низведены до положения «бедных родственников» черных дыр.Причины этого следующие. Черная дыра образуется при гравитационном коллапсемассивного объекта, и появление сингулярности завершает этот процесс, тогда какбелая дыра начинается с сингулярности, а заканчивается на стадии обычногосостояния вещества. Физики относятся с предубеждением к объектам, самовозникновение которых непонятно, хотя Большой взрыв, например, составляетисключение из этого правила. По сути дела, белые дыры впервые были предложеныкак примеры отдельных малых взрывов в тех областях пространства, где первичныйвзрыв почему-то «задержался». Вторая причина«непопулярности» белых дыр заключается в том, что, согласно некоторымрасчетам, они очень нестабильны. Оказывается, что вскоре после взрыва белойдыры окружающая среда сглаживает и замедляет растекание вещества — и в этомместе начинает формироваться черная дыра. Этот процесс соответствует тому, чтопроисходит в области II на рис.

С точки зренияболее широкого подхода в рамках масштабно-инвариантной теории тяготения то, чтоинтерпретируется наблюдателем О как черная дыра в области I, причинно связано с белой дырой в области III.

Именно потому,что в ОТО области I, II и III приходится рассматривать по отдельности, происхождениебелой дыры там связывают с сингулярностью так, что дальше в прошлое, засингулярность, проследить ее историю нельзя. До тех пор пока не будетрассмотрена в целом вся картина, состоящая из областей I+ II + III, нельзя как следуетпредставить себе и свойства белых дыр. По этой причине необходимо еще разпровести все расчеты по нестабильности белых дыр, но уже в рамках болееширокого подхода, предлагаемого масштабно-инвариантной теорией тяготения.

Если допустить,что существуют белые дыры типа III, то у нас враспоряжении оказывается своеобразный генератор заряженных частиц и квантовэлектромагнитного излучения очень высоких энергий. Дело в том, что поверхностьбелой дыры будет приближаться к удаленному наблюдателю О с огромной скоростью,и поэтому фотоны, испущенные с ее поверхности, будут очень сильно смещены всинюю сторону за счет эффекта Доплера. Это синее смещение так велико на раннихстадиях взрыва, что оно значительно преобладает над большим гравитационнымкрасным смещением, связанным со сверхплотной упаковкой вещества в белой дыре.

По-видимому,звезды не «гибнут» в результате взрывов, а превращаются вмаломассивные, труднодоступные для наблюдений объекты. Процесс«рождения» звезд заключается в том, что маломассивные объекты,попадая в плотные облака пыли и газа, увеличивают свои массы и светимости.

Механизмобразования вещества вблизи черных дыр связан с эффектом Хокинга: />

В плоскомпространстве-времени в вакууме непрерывно рождаются и аннигилируют виртуальныепары частиц (а). Тяготение черной дыры влияет на этот процесс(б).(См.Дж.Нарликар «Неистовая Вселенная»М., Мир, 1985) Эффект Хокингаоснован на взаимодействии вакуумных флюктуаций с черной дырой. Этот эффектиллюстрирует пространственно-временная диаграмма, приведенная на рисунке.Граница черной дыры отмечена парой жирных сплошных линий. Тяготение чернойдыры, воздействующей на виртуальные пары, может приводить к трем качественноразличным результатам, показанным на рисунке. Первый (1) — обе частицы парыпадают в черную дыру; второй (2) — пара аннигилирует как обычно, словно чернойдыры не существует;  третий (3) — одна частица пары падает в черную дыру, адругая нет. Последний случай описывает механизм рождения частиц: удаленныйнаблюдатель, зарегистрировавший частицу, избежавшую падения в черную дыру,воспринимает этот акт так, будто эту частицу (или античастицу) породила чернаядыра.