Красное смещение в спектрах космических

Тигунцев С. Г.
Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru
Красное смещение в спектрах космических объектов носит
гравитационный характер – Вселенная не расширяется
Степан Г. Тигунцев
Россия, Иркутск
Июль 02, 2014
Аннотация
Получена зависимость для космических объектов любой массы, какая только
возможна во Вселенной, которая охватывает все возможные варианты величин красных
смещений, обусловленных гравитацией объектов. При этом дополнительно следует
учитывать незначительные смещения (красное и фиолетовое) обусловленные движением
объектов (от нас и к нам).
В 1913 году американский астроном Весто Слайфер начал изучать спектры света,
приходящего из десятка известных туманностей. В то время астрономы использовали
спектрографический анализ для определения химических элементов, присутствующих в
звездах. К тому времени было известно, что спектр света связан с определенными
элементами, показывающими характерные образцы линий, которые служат своего рода
визитной карточкой элемента. В. Слайфер заметил, что в спектрах объектов, которые он
изучал, линии определенных элементов были смещены в направлении красного конца
спектра. Это явление и было названо "красным смещением". Открыв явление «красного
смещения» В. Слайфер начал объяснять его эффектом Доплера, Он заключил, что объекты
движутся от Земли со скоростями, достигающими миллионы миль в час.
Это был первый большой шаг к идее, что вся Вселенная расширяется.
Другой шаг, ведущий к убеждению в расширении Вселенной, был сделан в 1917 году,
когда Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности. До Эйнштейна ученые всегда
предполагали, что пространство простирается бесконечно по всем направлениям, и что
геометрия пространства Эвклидова и трехмерна. Но Эйнштейн предположил, что
пространство может иметь другую геометрию - четырехмерного искривленного замкнутого
пространства-времени.
Согласно теории Эйнштейна существует множество форм, которые может принимать
пространство. Одна из них - замкнутое пространство без границ, похожая на поверхность
сферы; другая - отрицательно искривленное пространство, которое бесконечно простирается
во всех направлениях. Сам Эйнштейн думал, что Вселенная статична, и он приспособил свое
1
Тигунцев С. Г.
Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru
уравнение для этого.
Но, почти, в то же время, датский астроном Вильям де Ситтер нашел решение
уравнения Эйнштейна, которое предсказывало расширение Вселенной. Работа де Ситтера
вызвала интерес среди астрономов всего мира. Среди них - Эдвин Хаббл. Он присутствовал
на конференции Американского Астрономического Общества в 1914 году, когда В. Слайфер
докладывал о своих оригинальных находках в движении космических объектов.
В 1928 году в обсерватории Маунт Вильсон Э. Хаббл взялся за работу в попытке
соединить теорию де Ситтера о расширяющейся Вселенной и наблюдения В. Слайфера
удаляющихся космических объектов. Хаббл рассуждал примерно так: В расширяющейся
Вселенной следует ожидать удаление галактик друг от друга. И, более далекие галактики
будут удаляться друг от друга быстрее. Это должно означать, что из любой точки, включая
Землю, наблюдатель должен видеть, что все другие галактики удаляются от него, и, в
среднем, более далекие галактики должны двигаться быстрее.
Э. Хаббл думал, что если бы это было верно и наблюдалось на самом деле, то
оказалось бы, что существует пропорциональная зависимость между расстоянием до
галактики и степенью красного смещения в их спектре. Он наблюдал, что в спектрах
большинства галактик имеет место красное смещение, и галактики на больших расстояниях
от нас имеют большее красное смещение.
Хотя,
в
общем,
вид
закона
для
расширения
Вселенной
был
установлен
экспериментально для галактик бельгийским учёным Жоржем Леметром ещё в 1927 году,
однако только в 1929 году Э. Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа, который
разрешает ближайшие галактики на звезды, обнаружил среди них цефеиды, используя
зависимость «период-светимость» которых, измерил расстояние до них. Расстояние,
определенное до цефеид, а также красное смещение галактик, позволили построить
зависимость, связывающую красное смещение и расстояние линейным образом:
cz=H0D
где z — красное смещение галактики, D — расстояние до неё, H0 — коэффициент
пропорциональности, называемый постоянной Хаббла.
При малом значении z выполняется приближённое равенство cz=Vr, где Vr — скорость
галактики вдоль луча зрения наблюдателя, c — скорость света.
Полученный Э. Хабблом коэффициент пропорциональности составлял около 500 км/с
на мегапарсек. Современное значение составляет 73,8 ± 2,4 км/с на мегапарсек. Столь
существенная разница возникла из-за неучета Э. Хабблом поправки на поглощение в
2
Тигунцев С. Г.
Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru
зависимости «период-светимость» (которое тогда ещё не было открыто) и вклада
собственных скоростей в общую скорость для местной группы галактик.
Кроме красного смещения, обусловленного расширением Вселенной в физике
рассматривается ещё гравитационное красное смещение, которое считают следствием
замедления темпа времени обусловленного гравитационным полем (эффект общей теории
относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым
эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейном в 1911, наблюдалось, начиная с 1919
года сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых других звёзд. Гравитационное красное
смещение принято характеризовать условной скоростью V, вычисляемой формально по тем
же формулам, что и в случаях космологического красного смещения. Значения условной
скорости: для Солнца V = 0,6 км/сек (z = 0,2*10-6), для плотной звезды Сириус V = 20 км/сек
(z = 0,6*10-4). В 1959 г. впервые удалось измерить красное смещение, обусловленное
гравитационным полем Земли, которое очень мало: V = 7,5*10-5 см/сек (z = 2,5*10-15, опыт
Паунда-Ребки). В некоторых случаях (например, при гравитационном коллапсе) должно
наблюдаться красное смещение обоих типов (в виде суммарного эффекта).
Вместе с тем среди ученых до сих пор нет единого устоявшегося мнения о природе и
принципах использования красного смещения в картине Вселенной.
При работе над статьей «Красное смещение как характеристика скорости света от
космических
объектов»
http://technic.itizdat.ru/docs/stiguncev/FIL13563947120N264802001/
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9528.html мне удалось выявить зависимость скорости
света от космических объектов от красного смещения в их спектрах: С’=Co/(1+z), которая
показывает насколько снижается скорость Со (299792458 м/с) фотонов испущенных
объектом его гравитацией. Используя разработанную методику расчета скорости света,
распространяющегося в гравитационном поле, удалось получить соотношение размера
объекта и его массы для нейтронной звезды и для квазара.
В данной работе я поставил задачу определить расчетным путем всю шкалу
гравитационных красных смещений для объектов любой массы и любых размеров без
относительно того открыты объекты с такими параметрами или нет.
Для начала я выявил, что для объектов ЛЮБОЙ массы красное смещение будет
одинаковым при одинаковом соотношении R/M, где R – радиус объекта в км, М – масса
объекта в массах Солнца.
Затем, задаваясь величиной соотношения R/M для одного из значений массы, получил
массив точек z=f(R/M) (таблица 1). Расчеты поводил в Excele. Для получения одной точки
составлял таблицу размером 7х16000.
3
Тигунцев С. Г.
Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru
Таблица 1
R/M
z
R/M
z
R/M
z
2,74
26,156
2,85
3,837
4
0,719
2,75
12,797
2,86
3,645
4,5
0,544
2,76
9,469
2,87
3,475
5
0,437
2,77
7,782
2,88
3,324
6
0,312
2,78
6,719
2,89
3,188
7
0,241
2,79
5,972
2,9
3,065
8
0,195
2,8
5,411
3
2,257
9
0,163
2,81
4,969
3,2
1,536
10
0,139
2,82
4,61
3,4
1,185
15
0,077
2,83
4,311
3,6
0,972
20
0,051
2,84
4,056
3,8
0,826
30
0,028
По величинам из таблицы 1 построен график зависимости z = f(R/M) (рис. 1).
Рис. 1
Теперь, зная красное смещение космического объекта, по графику можно сразу
4
Тигунцев С. Г.
Научно-энциклопедический портал: Russika.Ru
определить соотношение размера объекта к его массе. Обычно для астрономов не составляет
особого труда определение массы объекта, тогда используя зависимость z=f(R/M) можно
определить и его размеры. При этом под размерами объекта понимается радиус его
излучающей поверхности.
Таким образом, приведенная зависимость для объектов любой массы, какая только
возможна во Вселенной, охватывает все возможные варианты величин красных смещений,
обусловленных гравитацией объектов. При этом следует учитывать смещения (красное и
фиолетовое) обусловленные движением объектов (от нас и к нам). По расчетным прогнозам,
скоро обнаружат объекты с красным смещением Z = 26 и более (недосформировавшиеся
черные дыры, свет, вырвавшийся из этого объекта будет иметь скорость 11111 км/с и менее),
которые вероятнее всего будут расположены в нашей Галактике. Получить расчетным путем
наибольшую величину красного смещения Z = 197,496 удалось для R/M = 2,7366. Вероятно
это предел обнаруживаемости для используемой мною точности. Думаю, что расчеты,
проведенные с применением других программных средств, могут дать некоторое уточнение
величин (до 10%), однако общий вид зависимости не изменится. Эта зависимость проверена
также для таких объектов, как Солнце и Земля, получено точное совпадение. Соответственно
говорить теперь о красном смещении, как об явлении обусловленном расширением
Вселенной будет не корректно, потому как все возможные красные смещения объясняются
гравитацией, т.е. соотношением масс и размеров объектов и собственными скоростями
движения объектов по орбитам (вполне вероятно, что галактики также движутся по своим
орбитам вокруг какого-то центра Вселенной).
Дополнительно хотелось бы обратить внимание на некорректность проведения
экспериментов Э. Хабблом – расстояние до галактик определялось им по цефеидам, а
красное смещение по галактике в целом. В более поздних исследованиях у цефеид были
определены скорости пульсаций их оболочек (красные и фиолетовые смещения), однако ни в
одном из исследований мне не удалось обнаружить соответствие пекулярной скорости
галактики скоростям пульсации цефеид. Т.е. по скоростям пульсации поверхностей цефеид
следует, что они не участвуют в явлении расширения Вселенной, а галактика, в которой они
находятся при этом убегает.
Выводы: красное смещение в
спектрах космических объектов носит преимущественно
гравитационный характер и частично обусловлено собственным движением объектов.
2013 год.
5