Красное смещение излучения галактик первоначально объясняли разлётом галактик после Большого взрыва, произошедшего в сингулярной точке. Позже стали объяснять расширением пространства Вселенной в результате повсеместного взрыва в горячей Вселенной. Но на самом деле красное смещение явление оптическое. Оно определяется тем, преимущественно из какой области галактики излучение попадает в спектр галактики.
Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) была создана в 1916 г. Найденное в 1922г А.Фридманом нестационарное решение уравнений ОТО и сформулированный в 1929г Хабблом закон зависимости расстояния до галактики от её красного смещения послужили основанием для введения гипотезы Большого взрыва. Несостоятельность модели точечного взрыва в холодной Вселенной с последующим разлётом галактик обнаружилась очень скоро и в 1948 году эта модель была заменена моделью о повсеместном взрыве в горячей Вселенной с последующим расширением самой Вселенной. Насколько известно, вопрос, была ли взрывающаяся Вселенная бесконечной или конечной, не ставился. А вопрос интересный. Если Вселенная была бесконечной, то о повсеместном (единовременном?) взрыве говорить нельзя. А если конечной, то каков был её размер.
Эти два сценария (холодный взрыв в точке и горячий взрыв повсюду) абсолютно несовместимы. Но это каким-то образом перестали замечать и обе концепции в совокупности сейчас называют Большим взрывом, а дальнейшее развитие теории происходило и происходит на базе ОТО. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна до сих пор считается самой совершенной теорией. По крайней мере так её оценил в 2006г Ли Смолин в своей книге «Неприятности с физикой». А как известно, Ли Смолин находится «в списке 100 самых выдающихся мыслителей мира» (Википедия). Но, между тем, ещё в 1988г в Международном Ежегоднике «Наука и человечество» было опубликовано исследование академика А.А. Логунова «Новые представления о пространстве, времени и гравитации». В этой работе указывалось на два физических несоответствия в теории Эйнштейна. Первое физическое несоответствие, замеченное А.А. Логуновым и его коллегами, состояло в том, что законы сохранения (массы, энергии, импульса и др.) каждый в отдельности не выполняются. В ОТО постоянное значение могут иметь только некоторые комбинации величин массы, энергии, импульса и т.д., но не каждая из этих величин в отдельности. Второе несоответствие состоит в том, что основной постулат теории о равенстве тяжелой и инертной масс, на самом деле в этой теории не выполняется. Гравитационная масса тела никогда не равна нулю. Для инертной же массы в ОТО можно получить любые значения, в том числе нулевые и отрицательные. Дело в том, что в ОТО инертная масса тела зависит от выбора системы координат. Криволинейная система координат, принятая в ОТО, позволяет сделать такой выбор.
Понятно, что следствия из теории, имеющей такие тяжёлые физические несоответствия, нельзя считать надёжными. В частности, это касается решения Фридмана о расширении Вселенной. И действительно, после того, как Логунов дополнил 10 уравнений Эйнштейна ещё четырьмя уравнениями, обеспечивающими выполнение законов сохранения (каждого в отдельности), выяснилось, что в такой модифицированной системе уравнений неограниченного расширения Вселенной нет. Так же, как нет и чёрных дыр. Таким образом, теорию Большого взрыва, основанную на ОТО, нужно воспринимать с большой долей сомнения.
Введение гипотезы Большого взрыва означает, по сути, отказ от закона Причины и Следствия, что вызывает неприятие у многих учёных. Вот симптомы этого.
22 мая 2004г. в Интернете6 и журнале New Scientist7 было опубликовано «Открытое письмо к научному сообществу» за подписями тридцати трёх ученых с мировой известностью. В письме говорится о фундаментальных проблемах теории Большого взрыва и о неоправданном ограничении космологических исследований только рамками теории Большого взрыва.
15 марта 2014 г в Австралии вышел документальный фильм «Что было до Большого взрыва», в котором пять известных космологов попытались наметить выход из тупиковой научной ситуации, вызванной теорией Большого взрыва.
Есть и другие примеры.
Сейчас уже понятно, что гипотеза Большого взрыва действительно приводит к тупиковой ситуации. Следующие понятия: стандартная модель, инфляция, тёмная материя, тёмная энеярги, теории возраста звёзд, галактик и самой Вселенной, не согласующиеся с результатами астрономических наблюдений и ряд других появились на свет вынужденно, для обоснования непротиворечивости теории Большого взрыва.
Замечание. По поводу стандартной модели приведём только одно свидетельство о появлении понятия «кварки» (из книги «Введение в классическую электродинамику», с.132): «Буквально только что упоминавшийся профессор ФИАНа Б.Л.Воронов (стр. 144) вновь готов нас удивить своими свидетельствами: «Я, может быть, позабавлю относительно кварка такой реальной историей. Кварк был предложен Гел-Маном [в 63- ем – 64- ом году]. На моих глазах, я был свидетелем, Игорь Евгеньевич Тамм, директор, заведующий теоретическим отделом ФИАН, в 65- м году проводил голосование: кто верит в кварки. Это было чистое измышление. Это было суждение, выведенное теоретиком на основании анализа структуры элементарных частиц методами теории групп. Он изучал некоторую симметрию и сказал, что в этой симметрии наиболее фундаментальны все остальные сущности. Значит, должны существовать носители этих фундаментальных понятий. Только понятий. Ну, кто верит? Поднялась только одна рука». Здесь всего в полном избытке – и методы теории групп, и некоторая симметрия, и даже голосование. Нет сущей мелочи – нет обсуждения физической модели. Решение проблемы – «протон состоит из кварков». Кварк возник как некий носитель математической структуры, некоего представления некоторой группы».
Были предприняты многочисленные попытки найти некосмологическое объяснение красному смещению. Их исчерпывающий обзор дан в работе «Недоплеровские объяснения красного смещения в спектрах далёких галактик». Но большинство астрономов и многие физики по-прежнему придерживаются доплеровской интерпретации красного смещения. Дело в том, что наблюдаемое красное смещение обладает свойством пропорциональности: для любой длины волны красное смещение, равное отношению приращения длины волны к длине волны
, имеет одно и то же значение. А этим свойством обладает только доплеровское смещение.Насколько можно судить по высказываниям различных авторов, иного объяснения красного смещения, кроме расширения Вселенной, сейчас не видят. Тем не менее, такое объяснение есть. В течение 1987-1995 гг. в реферативных журналах «Астрономия» последовательно появлялись сообщения о подтверждении некосмологической природы красного смещения. Разрабатываемая идея принадлежала В.М. Антонову. В конце 2005 года был создан научный сайт «Некоторые проблемы внегалактической астрономии», в первые две главы которого вошли почти все работы, о которых сообщалось в реферативном журнале. Сайт просуществовал до настоящего года, когда по финансовым соображениям был закрыт. Для желающих ознакомиться с концепцией Антонова могу добавить следующее: достаточно простое изложение основных результатов Антонова, относящихся к вопросу о красном смещении, есть здесь. Кроме того, основная идея о происхождении красного смещения изложена в популярной статье «Красное смещение галактик вызывается фоном ночного неба». В данной же работе об этом будет рассказано совсем коротко. Будут перечислены только выводы теории без объяснения того, как они получены.
ИТАК:
Красное смещение галактик и квазаров – явление оптическое. Вызвано оно двумя факторами:
1.Первый фактор. Аккреция (падение под действием гравитации) межгалактического газа на ядро галактики. Аккреция газа начинается с расстояния приблизительно в полтора раза большего, чем радиус звёздного диска галактики. Падающий на ядро газ постепенно ускоряется и в глубоких слоях галактики достигает релятивистских скоростей. При падении частицы газа сталкиваются с межзвёздным газом и между собой. При столкновениях атомы газа то ионизуются, то рекомбинируют, вновь становясь нейтральными. От этого рождается излучение, называемое рекомбинационным. В начале аккреции рекомбинационное излучение очень слабое, намного слабее излучения звёзд. Но в глубоких слоях галактики ситуация меняется – интенсивность рекомбинационного излучения многократно превосходит интенсивность излучения звёзд. Особенности красного смещения галактик как раз и определяются тем, из какой области галактики излучение попадает в спектр.
2. Второй фактор. Наличие мерцающего ночного излучения (фона ночного неба) даже в безлунную ночь. Величина красного смещения определяется по смещению тёмных и светлых линий в спектре галактики (рис.1). Фон ночного неба неустраним при получении спектров как наземными, так и космическими лабораториями.
Рис.1
Если бы не было фона ночного неба, то для далёкой галактики можно было бы зафиксировать излучение из любой области диска. Для этого нужно было бы сделать достаточно длительную экспозицию. Но наличие хаотического мерцания неба ограничивает длительность экспозиции, так как при слишком большой экспозиции пластинка просто засветится. Поэтому излучение с краёв далёкой галактики, которые светятся слабее, чем центр, в спектр не попадает. Рис.2 иллюстрирует эту ситуацию: по мере увеличения расстояния r до галактики в спектр попадает излучение из всё более глубоких её слоёв (на рисунке r1< r2< r3< r4). Значит, для близких галактик в спектр попадает в основном излучение из внешних слоёв галактики, т.е. излучение звёзд. Для очень далёких галактик в спектр попадает в основном излучение из очень глубоких слоёв, т.е. рекомбинационное излучение. Для галактик, находящихся на промежуточных расстояниях, в спектре будут представлены оба излучения.
Рис. 2
При исследовании явления аккреции с учётом фона ночного неба было установлено следующее.
1. Хотя газ аккрецирует на ядро галактики со всех сторон, но в спектр попадает в основном излучение из телесного угла в 60о (рис.3). Кроме того, заметные линии в спектре создаются только излучением из тонкого сферического слоя, который был назван эмиссионным слоем (на рис.3 он выделен цветом). Со стороны, обращённой к наблюдателю, газ от наблюдателя удаляется. Потому смещение спектральных линий из эмиссионного слоя будет красным. С противоположной стороны газ к наблюдателю приближается, и смещение спектральных линий было бы фиолетовым, если бы их удалось зафиксировать. Но фиолетовое смещение никогда не удавалось зафиксировать, потому что эта часть излучения экранируется ярким ядром галактики.
Рис. 3
2. Чем дальше от наблюдателя галактика, тем ближе к центру галактики расположен эмиссионный слой.
3. В спектре галактики красное смещение определяют по линиям двух типов – тёмным (линии поглощения) и светлым (линии излучения). Примеры таких линий показаны на рис.1. В спектрах очень близких галактик присутствуют только линии поглощения. В спектрах очень далёких галактик будут преимущественно линии излучения. Но независимо от того, по каким линиям (поглощения или излучения) находят красное смещение, величина красного смещения всегда соответствует скорости аккреции в эмиссионном слое.
Эти три перечисленных выше свойства и объясняют открытое Хабблом явление красного смещения – чем дальше галактика, тем больше смещено её излучение в красную сторону. Действительно, чем дальше галактика, тем глубже её эмиссионный слой. Чем глубже эмиссионный слой, тем больше в нём скорость аккреции. Чем больше скорость аккреции, тем больше будет найденное по этой скорости красное смещение. Ошибка гипотезы Большого взрыва состоит в том, что скорость аккрецирующего газа в эмиссионном слое была истолкована, как скорость всей галактики.
Открытый В.М. Антоновым механизм красного смещения был назван автором аккреционно-гравитационным. Разумеется, кроме трёх указанных выше свойств, В.М. Антоновым были установлены и многие другие свойства красного смещения. В частности, было установлено выполнение закона Хаббла, найденного ранее эмпирически.
В последние годы космические телескопы поставляют всё новые наблюдения, ставящие в тупик теорию Большого взрыва, и подтверждающие справедливость аккреционно-гравитационного механизма красного смещения. Во многих подобных случаях писалась популярная статья. Почти все такие статьи размещены здесь
