Путенихин П.В., Радиус видимой Вселенной - Разное - Публикации - Каталог научных статей

Путенихин П.В., Радиус видимой Вселенной

[ Скачать с сервера (1.64 Mb) ]	04.02.2016, 19:39
Радиус видимой Вселенной Путенихин П.В. m55@mail.ru Аннотация В предлагаемой работе на основе общепризнанных данных приводится прямое, численное определение видимого радиуса Вселенной, который отличается от общепризнанного. Статья содержит анимацию. Известные на сегодняшний день инфляционные модели Большого Взрыва предсказывают различные значения начального размера Вселенной после завершения этапа инфляции: «… период «раздувания» … называется инфляционным периодом. За это время размеры Вселенной увеличились в 10⁵⁰ раз, от миллиардной доли размера протона до размеров спичечного коробка» [1]. «В конце инфляционного периода наша Вселенная приобрела размер около 1 см в диаметре…» [2]. «Вселенная расширилась на 50 порядков – была меньше протона, а стала размером с грейпфрут» [3]. «к окончанию инфляционного периода вселенная приобрела размер примерно 1 см» [5]. «зародыш Вселенной вырос от нуля до размеров мячика для игры в пинг-понг» [13]. Сам процесс инфляционного раздувания длится мельчайшую долю секунды, после чего начинается многомиллиардный в годах процесс хаббловского расширения Вселенной. До настоящего времени Вселенная по приведённым ниже оценкам расширилась от 10⁸ до 10³⁰ метров. На приведённых рисунках видно, что время после инфляционного расширения T₁₄ составляет порядка 10¹⁷ секунд или общепризнанные 13,8 млрд. лет: Рис.1. За время жизни Вселенная увеличивается по разным оценкам до размеров 10⁸ - 10³⁰ метров. Рисунки из работ (слева направо) [6, 11, 7] Радиус Вселенной на сегодняшний день на приведённых рисунках показан порядка 10⁸ - 10³⁰ метров. На последнем (правом) из представленных рисунков нынешний радиус Вселенной равен примерно 10¹⁴ световых лет. В соответствии со стандартной моделью Большого Взрыва начальный радиус Вселенной должен был быть порядка нескольких сантиметров, а дальнейшее расширение было линейным. Инфляция позволяла устранить некоторые проблемы, возникающие в стандартной модели Большого Взрыва. Однако, первые инфляционные сценарии также не были лишены недостатков, что привело к дальнейшему их развитию и появлению новых инфляционных моделей, в которых на стадии инфляции Вселенная расширилась существенно сильнее. Например, в [12] приводится величина расширения пространства в 10 в степени 10⁵ – 10¹² раз, что практически означает размер Вселенной точно с этими же числовыми значениями: 10 в степени 10⁵ – 10¹² см. Наибольший размер Вселенной по завершению стадии инфляции из этого диапазона предсказывает новая инфляционная теория А.Линде: «Главное отличие инфляционной теории от старой космологии становится очевидным, если посчитать размер типичной инфляционной области в конце инфляции. Даже если начальный размер инфляционной вселенной был очень мал (порядка планковской длины lp~10³³ см), после 10^-35 секунды инфляции вселенная достигает огромных размеров – l~10^{1`000`000`000`000} см» [8]. «Согласно некоторым моделям раздувания, масштаб Вселенной (в см) достигнет 10 в степени 10¹²» [4]. Рис.2. Согласно новым инфляционным теориям за время раздувания порядка 10^-35с Вселенная увеличивается по разным оценкам в 10^100`000 - 10^{1`000`000`000`000} раз. Рисунки из работ (слева направо) [12, 9] Такой разброс размеров Вселенной, очевидно, должен привести к различным итоговым параметрам Вселенной. Исследуем некоторые группы этих сценариев инфляционного расширения Вселенной. В дальнейших расчетах удобно использовать в качестве основных единиц измерения световой год (расстояния) и год (время) вместо традиционных мегапарсека и секунды, поскольку в приведённые ниже уравнения мы будем подставлять числовые значения и возраста Вселенной (в годах), и размера Вселенной (в световых годах) и постоянную Хаббла (километры, секунды, мегапарсеки). Для сопоставимости единиц измерения разных величин сразу же переведём значение постоянной Хаббла в новые единицы измерения. Современное значение постоянной Хаббла в обычных единицах равно 67,80 ± 0,77 (км/с)/Мпк. Возраст Вселенной в рамках модели ΛCDM составляет около 13,8·10⁹ лет. Единица космологических расстояний 1Мпк приблизительно равна 3`000`000 световых лет, а единица расстояний 1 световой год (сг) равна 9,4610¹² км или приблизительно 10¹³ км. Длительность года равна приблизительно 30 млн. секунд. Таким образом, используя приблизительные значения величин, найдём значение постоянной Хаббла в этих новых единицах измерения: (1) Скорость света в этих же единицах: Впрочем, это очевидно по определению: свет проходит за один год расстояние в один световой год. Радиус наблюдаемой Вселенной* «Наблюдаемая Вселенная – понятие в космологии Большого Взрыва, описывающее часть Вселенной, являющуюся абсолютным прошлым относительно наблюдателя. С точки зрения пространства, это область, из которой материя (в частности, излучение, и, следовательно, любые сигналы) успела бы за время существования Вселенной достичь нынешнего местоположения (в случае человечества – современной Земли), то есть быть наблюдаемыми» [10]. По имеющимся общепризнанным данным возраст вселенной составляет T₁₄=13,8 млрд. лет. Из этого следует, как считается, что до Земли уже должны долетать фотоны, рождённые в момент возникновения Вселенной. Другими словами, любой фотон реликтового излучения провёл в пути Т₁₄ лет. Однако, в связи с расширением Вселенной также очевидно, что до Земли должны долететь и фотоны, которые излучены с меньшего расстояния, чем Т₁₄ световых лет. Действительно, на протяжении этого времени Земля постоянно удалялась от источника излучения. Поэтому дошедшие до Земли фотоны, имея возраст Т₁₄ лет, рождены на удалении от Земли, меньшем, чем Т₁₄ световых лет. Из уравнений общей теории относительности известно соотношение для постоянной Хаббла H, которое является релятивистским выражением уравнения закона Хаббла: (2) где а – масштабный фактор. Масштабный фактор отражает расширение Вселенной и указывает, что при этом собственно движения звёзд и галактик нет. Расширяется само пространство, поэтому собственные пространственные координаты их остаются неизменными, а изменяется масштаб этих координат. Из соотношения (2) следует, что уравнение для масштабного фактора имеет вид: (3) Действительно, лишь в этом случае: Подставим в уравнение (3) известные значения величин: и вычислим: откуда находим: и подставляем в уравнение (3): (4) Из полученного уравнения можно вычислить, что в начальный момент времени (после того, как были сформированы галактики) самый удалённый от Земли источник, фотоны от которого в настоящее время достигли Земли, находился от Земли на расстоянии приблизительно: (5) В вычислениях мы использовали приблизительные значения величин и исходили из следующих вполне приемлемых допущений. Основное допущение – это принятие за истину соотношения из общей теории относительности (2) и, соответственно, закона Хаббла, а также его следствия (3). Второе допущение - за всё время пост-инфляционного расширения Вселенной постоянная Хаббла была не менее принятой ныне величины. Причём, чем больше средняя величина постоянной Хаббла, тем меньше будет фактический радиус наблюдаемой Вселенной. Поэтому, в связи с открытием ускоренного расширения Вселенной, полученный результат следует считать несколько завышенным, поскольку ранее постоянная Хаббла, по всей видимости, была меньше. То есть, Земли достигли фотоны от источников, удалённых несколько более чем на 5 млрд. световых лет. Третье допущение – это приблизительное постоянство постоянной Хаббла, её независимость от времени. Это приемлемое, можно сказать, общепринятое допущение, поскольку это следует из графиков расширения Вселенной практически всех авторитетных исследователей и теоретиков, что видно на рис.1 и 2, на которых графики расширения выглядят либо приемлемо прямолинейными, либо вообще с убывающей по времени постоянной Хаббла. Последнее означает завышенное значение радиуса, то есть, он должен быть меньше 5 млрд. световых лет. Из приведённых доводов должно следовать, что в астрономических наблюдениях невозможно «увидеть» галактики, удалённые более чем на 5 млрд. световых лет. Фотоны от любой галактики в возрасте, близком к возрасту Вселенной, достигшие Земли, были испущены, когда галактика находилась не дальше 5 млрд. световых лет (5). Далее из этого должно следовать, что никакое красное смещение не может соответствовать удалённости более чем на это расстояние и приводимые в космологической литературе сведения о том, что обнаружены галактика или квазар, удалённые на 10-12 млрд. световых лет, вызывают недоверие. Собственно говоря, это достаточно очевидное обстоятельство. Поскольку возраст Вселенной 14 млрд. лет, любой фотон мог быть в пути не дольше этого времени. Если фотон двигался к Земле из точки с удалённостью 12-14 млрд. лет, то со скоростью света он прошёл бы это расстояние и достиг бы Земли за время жизни Вселенной только в случае, если бы Земля не удалялась. Но Земля удалялась, причём с достаточно высокой скоростью: Рис.3. Если звезда удалена от Земли более чем на 5 млрд. световых лет, то фотон не сможет её достичь за время жизни Вселенной. На рисунке изображена схема движения к Земле фотона от удалённой Звезды и рядом – иконка (кнопка) для запуска анимации. Поскольку Земля удаляется от Звезды, фотон за время жизни Вселенной достигнет только точки, где Земля находилась в момент его испусканий (бледный синий кружок) – на расстоянии 13,7 млрд. световых лет. Это очевидно, поскольку за это время в 13,7 млрд. лет Земля удалится от этой точки. Достичь Земли смогут только фотоны, удалённые от неё в момент излучения не более чем на 5 млрд. световых лет (приблизительно). Это расстояние, видимо, и следует считать наблюдаемой границей Вселенной. Тем не менее, в космологической литературе указывается радиус наблюдаемой Вселенной, близкий по величине к её возрасту – около 14 млрд. световых лет. На рисунке показана крупномасштабная карта Вселенной с самыми удалёнными квазарами (галактиками), известными к декабрю 2014 года: Рис.4. Крупномасштабная карта Вселенной с наиболее удалёнными квазарами (сведения на декабрь 2014 года). Кружки квазаров условно подкрашены в соответствии с их красным смещением. Каждый из квазаров (галактик) изображен цветным кружком, подкрашенным условно в цвет, соответствующий его красному смещению. Сведения о нескольких из изображенных на рисунке квазарах представлены в таблице: Таблица 1 quazar RA Decl Z Удаленность, млрд.св.лет Ссылка на статью (координаты) SDSS J1030+0524 157,50 5,40 6,280 12,832 http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0108097v3.pdf HCM-6A 39,98 -1,56 6,560 12,881 http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0203091.pdf SDF J132418.3+271455 201,08 27,25 6,578 12,884 http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0312228.pdf SDF J132522.3+273520 201,34 27,59 6,597 12,887 http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0312228.pdf SDF-46975 200,93 27,34 6,844 12,926 http://iopscience.iop.org/0004-63...._83.pdf LAE J095950.99+021219.1 149,96 21,36 6,944 13,10 http://iopscience.iop.org/2041-82....L28.pdf IOK-1 201,08 27,28 6,964 12,88 http://arxiv.org/pdf/1008.4837.pdf В таблице приведены названия квазаров, их координаты R и Decl (Right ascension, Declination) и красное смещение Z. Ссылки на источники данных об этих галактиках (квазарах) указаны в последней колонке таблицы. По некоторым из галактик в указанных источниках не приведены сведения об их удалённости. В таблице эти расстояния вычислены с помощью «Космологического калькулятора» (http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html). В таблице они показаны с тремя знаками после запятой и выделены курсивом. Остальные сведения взяты из источников по ссылкам. Дата обращения по приведённым ссылкам – конец 2014 года. Как видно из таблицы, все квазары удалены от Земли на расстояние практически свыше 13 миллиардов световых лет. Как показано в выше приведённых расчетах, за 13 с лишним миллиардов световых лет свет от таких галактик, видимо, не мог достичь Земли. То есть, получается, наблюдать галактики на таком удалении от Земли вряд ли возможно. Это значит, что космологические способы вычисления расстояний до галактик, вызывают определённые сомнения. Более того, очевидно, что за 14 млрд. лет фотоны от галактик, удалённых на 14 млрд. световых лет, достичь Земли могли лишь в случае стационарной (не расширяющейся) Вселенной. Сразу отметим, что это весьма странный, если не сказать нелепый, вывод. Ставятся под сомнения множество общепризнанных теорий и выводов: общая теория относительности, закон Хаббла, теория Большого взрыва… Понятно, что это совершенно исключено. Следовательно, вывод о радиусе видимой Вселенной в 5 млрд. световых лет, по сути, является очередным космологическим парадоксом. Либо расчеты содержат ошибку. Литература 1. Большой взрыв: Инфляционная модель, Студопедия, 2014, URL: http://studopedia.ru/3_49059_bolshoy-vzriv-inflyatsionnaya-model.html (дата обращения 04.02.2016) 2. Гусев А., Как возникла Вселенная?, 2008, URL: http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-14628/ (дата обращения 04.02.2016) 3. Инфляционная стадия расширения Вселенной. Элементы, URL: http://elementy.ru/trefil/21082?context=20444 (дата обращения 04.02.2016) 4. Казютинский В.В., Инфляционная космология: теория и научная картина мира, URL: http://maxpark.com/community/5654/content/2561589 (дата обращения 04.02.2016) 5. Кокин А.В. Стандартная модель вселенной. Модель Большого взрыва, 2011, URL: http://www.avkokin.ru/documents/584 (дата обращения 04.02.2016) 6. Левин А., Всемогущая инфляция, «Популярная механика» №7, 2012, URL: http://www.sibai.ru/vsemogushhaya-inflyacziya.html (дата обращения 04.02.2016) 7. Левин А., Теория инфлантонов, 2012, URL: http://imxo.in.ua/uk/6_liudina-i-nauka/27_nauka-i-mi/1753_teoriia-inflantonov/ 8. Линде А.Д., Инфляция, квантовая космология и антропный принцип, 2002, URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1181084 (дата обращения 04.02.2016) 9. Линде А.Д., Многоликая Вселенная (презентация), 2007, URL: http://elementy.ru/lib/430484 (дата обращения 04.02.2016) http://www.myshared.ru/slide/380143/ 10. Метагалактика, Википедия, 2015, URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Метагалактика (дата обращения 04.02.2016) 11. Модель инфляционной вселенной, База документов Reftrend.ru, URL: http://reftrend.ru/685191.html (дата обращения 04.02.2016) 12. Раздувающаяся вселенная, Физическая энциклопедия, URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4465/РАЗДУВАЮЩАЯСЯ (дата обращения 04.02.2016) 13. Эймос Дж., Обнаружена гравитационная волна Большого взрыва, 2014, URL: http://www.bbc.co.uk/russian/science/2014/03/140317_us_big_bang_discovery (дата обращения 04.02.2016) 27.03.2015 Адрес статьи в интернете URL: http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/rw99.shtml Иллюстрации и уравнения к статье (зеркала) http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ https://cloud.mail.ru/public/8WpP/qeaUMAiGz https://cloud.mail.ru/public/Hq7e/jZ9YZGJW9 https://yadi.sk/d/EZg36rrKmJDwk https://drive.google.com/folderview?id=0B0uM56-EnG4ZaUFJb0YzY3YtcVU&usp=drive_web http://fileload.info/users/putenikhin/
Категория: Разное \| Добавил: m55 \| Теги: радиус, Путенихин, видимой, П.В., вселенной
Просмотров: 2918 \| Загрузок: 40