Эта страница использует содержимое оригинальной статьи, которая находится по адресу http://www.relativity.ru в соответствии с принципом добросовестного использования. Не преследуя коммерческие цели, а только в исследовательских и учебных целях. Если Вы автор этой статьи и размещение здесь этой статьи нарушает Ваши авторские права сообщите нам это здесь Нарушение авторских прав - статья будет немедленно удалена.
Наблюдение[]
В 1929 г. Хаббл определил, что свет отдаленных галактик имеет красное смещение. Если вы рассмотрите красное смещение как эффект Доплера, то тогда галактики отдаляются по закону:
(скорость отдаления) = H * (расстояние до Земли)
Буквой H обозначают постоянную Хаббла. Ее значение, полученное самим Хабблом, было 550 километров в секунду на мегапарсек. Нынешние измерения лежат в диапазоне от 40 до 100 км/с/Мпк. (Измерить красное смещение легко, в отличие от расстояния. Грубо говоря, астрономы разбились на два "лагеря", одни предпочитают считать H = 80 км/с/Мпк, другие - 40-55).
Формула Хаббла не говорит о том, что Земля находится в особенном положении во Вселенной. Известная модель Вселенной в виде надувающегося воздушного шара с рассыпанными по нему галактиками показывает, что "двойник" Хаббла на любой планете получит точно такой же результат.
Но относительно близкие к нам объекты (Солнечная система, наша и соседние галактики) не дают никакого красного смещения. Близлежащие звезды и галактики движутся относительно Земли, но это не похоже на "движение Хаббла", которое наблюдается для отдаленных галактик. Например, галактика Андромеды дает голубое смещение вместо красного. Поэтому приговор экспериментаторов: наша галактика не расширяется!
Теория[]
Теоретическими моделями являются, в частности, пространство-время Фридмана-Робертсона-Волкера.
Космологи моделируют Вселенную используя "пространство-время", то есть решения полевых уравнений Эйнштейна из общей относительности. Русский математикАлександр Фридман обнаружил важнейший класс общих решений в 1923 году. Та самая модель Вселенной в виде расширяющегося воздушного шара - "живая версия" одного из решений Фридмана. Робертсон и Волкер в последствие расширили работу Фридмана.
Модели пространства-времени Фридмана совершенно разные: расширающаяся, сжимающаяся, плоская, искривленная, открытая, закрытая,... Надувающийся воздушный шар - иллюстрация только к нескольким из них.
Идея метрики в общей относительности играет главенствующую роль. Метрика содержит много информации; ее часть, которая нам необходима, это расстояния между объектами. В расширяющейся Вселенной Фридмана расстояние между любыми двумя точками "шара" увеличивается постоянно. Однако, эта модель не описывает наше пространство-время в малом масштабе.
Вы можете представить это несколькими способами. Вы могли бы подумать о "приближении термодинамики" - усредняя движение каждой частицы по всему объему вы получите непрерывный поток. Подобно этому, предполагается, то если мы усредним метрику по всей Вселенной, мы получим пространство-время Фридмана.
Если вернуться в надувающемуся шару, то галактики не прорисованы на нем. Модель Фридмана не учитывает такие маломасштабные объекты. На воздушном шаре они будут точками. Любые две точки в расширяющемся пространстве-времени будут постепенно расходиться.
В масштабах Солнечной системы мы получаем довольно хорошее приближение метрики, используя другое решение уравнений Эйнштейна - метрику Шварцшильда. Она моделирует гравитационное поле Солнца. (А гравитационное поле в ОТО - это всего лишь синоним "метрики"). В модели Шварцшильда нет расширения, то есть Земля не отдаляется от Солнца.
Между прочим, постоянная Хаббла, вообще говоря, константой не является. На самом деле она уменьшается. Представьте, что галактика на расстоянии D световых лет от Земли отдаляется со скоростью V=H*D. D постоянно увеличивается. Но увеличивается ли V? Нет. Фактически, V уменьшается. (В терминологии Ньютона вы можете сказать, что "гравитационное притяжение" вызывает это замедление. Но будте осторожными, релятивисты вам обязательно возразят). Итак, H постепенно уменьшается. Но она постоянна по всей Вселенной, т.е. для любого ее объекта.
Реальная метрика Вселенной, конечно, невероятно сложна; вы не можете не использовать идеализированные решения (типа метрик Фридмана и Шварцшильда), чтобы справиться с трудностями. Наше уровень знаний о крупномасштабной структуре Вселенной еще фрагментарный и неточный.