Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Претензии на новизну, следующие из декларации о том, что интенсивность темпа (хода) времени во Вселенной неуклонно понижается и что в связи с этим появляется хроносомное красное смещение, которым можно объяснить кажущееся удаление галактик, это, конечно, очень серьезно, чтобы не попытаться поискать дополнительные аргументы.
…И они есть!
Но в начале немного истории. И во времена Аристотеля, и в эпоху миропонимания Ньютона Вселенная всегда считалась стационарной. Следовал такой концепции и Эйнштейн. Через 200 лет после Ньютона, создавая свою теорию тяготения, он мучился вопросом: каким образом Вселенной удается избежать коллапса, почему под действием всемирного тяготения Вселенная вместо того, чтобы сжаться, остается стационарной? Над этим, конечно, задумывались и раньше.[29]
Еще Ньютон понимал, сколь сложна проблема устойчивости Вселенной. Его рассуждения по этому поводу очень интересны. Вот как они выглядят в пересказе Девиса; «Если бы Вселенная коллапсировала под действием собственной гравитации, каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звезд. Предположим, однако, что Вселенная бесконечна и звезды распределены в среднем равномерно… В этом случае отсутствовал бы общий центр… Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения от всех своих соседей, но вследствие усреднения этих воздействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы…» {15}. Таким образом, по мнению Ньютона, именно по этой причине Вселенная не коллапсирует (обратим внимание, что этот подход Ньютона, в какой-то мере, предшествует принципу Маха, так как ставит поведение единичного субъекта Вселенной в зависимость от состояния и поведения всей остальной Вселенной).
Эйнштейна, однако, такие рассуждения Ньютона не удовлетворили. Он считал, что во Вселенной должны быть наряду с гравитацией и космические силы отталкивания, которые, в конце концов, и не позволяют сжиматься Вселенной. Именно по этой причине Эйнштейн и ввел в свое уравнение гравитационного поля дополнительный член, который приводит к появлению силы, обладающей нужными свойствами. Только привлечение дополнительных сил отталкивания (антигравитации) и позволило Эйнштейну создать свою модель стационарной Вселенной. Был ли сам Эйнштейн доволен таким решением проблемы устойчивости Вселенной? Если и да, то очень короткое время. Ведь никто никогда никаких сил отталкивания не наблюдал и не фиксировал. Пришлось допустить, что они очень слабы и по этой причине и на Земле, и в солнечной системе, даже в нашей Галактике, их не удается обнаружить. Для обоснования этого допущения пришлось, в свою очередь, допустить, что эти силы всемирного отталкивания обладают совершенно специфическими свойствами — они усиливаются с увеличением расстояния. Ничего подобного никто и никогда во Вселенной не предполагал — все силы уменьшаются с увеличением расстояния (и силы гравитации, и электромагнитные). Вы представляете, как, очевидно, мучился Эйнштейн с его великолепной научной интуицией, изначально чувствуя некоторую натяжку. Между тем, общая теория относительности была опубликована, и ее начали испытывать на прочность специалисты.
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 —ΔtSt.
Если первое событие случилось в момент времени t1, а второе — в момент времени t2 то интервал времени между этими событиями
ΔtSt = t2 - t1
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 St— 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=сΔtSt. (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 ΔtSt =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 St).
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 St; зависят только от t1
Так что же открыл в 1929 г. Эдвин Хаббл?
