Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной - [34]
Сегодня его легко измерить, как мы можем видеть на рисунке 2. Это изображение — проекция, на которой показано все небо. Яркая полоса на большой оси соответствует плоскости нашей галактики. Завихрения вокруг этой плоскости — также часть нашей галактики. Когда мы отделяем части галактики, можно оценить космическое микроволновое излучение.
РИС. 2
На рисунке 3 представлена более выраженная анизотропия, так называемая биполярная анизотропия, связанная с движением Земли относительно излучения. Млечный Путь направляется к самой темной точке этой карты со скоростью 600 км/с.
РИС. 3
Как мы уже сказали, закон Хаббла легко получить теоретически. Рассмотрим закон с трех сторон: вначале с помощью самого примитивного объяснения, а затем в приложении будут представлены два других, более точных способа, требующих минимальных знаний классической механики флюидов. Несмотря на то что модели Вселенной являются следствием применения общей теории относительности, закон Хаббла может быть выведен с помощью более элементарных рассуждений — как следствие так называемого космологического принципа.
Согласно космологическому принципу, который также можно было бы назвать принципом Джордано Бруно, Вселенная гомогенна и изотропна. Говоря, что Вселенная гомогенна, мы имеем в виду, что все ее точки одинаковы: везде одинаковая температура, одинаковая плотность и так далее, при этом мы говорим об очень больших масштабах. Говоря, что Вселенная изотропна, мы хотим сказать, что куда бы мы ни посмотрели, вне зависимости от направления наблюдений, все эти направления будут равноправны, включая очень большие масштабы. Таким образом, в любом уголке Вселенной все воображаемые наблюдатели будут видеть примерно одно и то же.
Существует множество моделей Вселенной, но практически все они основываются на космологическом принципе. Считается, что достаточным масштабом для использования космологического принципа являются 300 мегасветовых лет. Кроме того что этот философский принцип привлекателен сам по себе, мы вынуждены принять его, ведь если мы будем считать наше положение как наблюдателя уникальным, то как мы осмыслим Вселенную в ее полноте? И как тогда мы сможем заниматься космологией?
Этот круг в определенном положении показывает распределение галактик относительно координаты прямого восхождения и красного смещения, принятого за координату удаления. Мы можем видеть сеть пустот, ограниченных нитевидными переплетениями.
Крупномасштабная структура Вселенной Космологический принцип пригоден для использования на больших масштабах, примерно 500 мегасветовых лет. Для меньших масштабов существует крупномасштабная структура Вселенной. Сверхскопления (скопления скоплений галактик) группируются, образуя сеть нитевидных переплетений, проходящих через огромные пустоты.
Представим, что мы рассматриваем три галактики, расположенные на расстоянии 10, 20 и 30 Мик. Обозначим эти три галактики как Л, В и С. Представим, что мы определили скорость удаления Л, равную 1000 км/с. Какой будет скорость В? Так как с А видно то же, что и нам, расстояние до В равно 10 Мпк, скорость, которую с А можно измерить у В, будет равна 1000 км/с. Следовательно, мы должны отметить, что скорость В составит 1000 + 1000 = 2000 км/с. Также для А скорость С будет равна 2000 км/с, поэтому для нас она составит 3000 км/с. Мы доказали закон Хаббла.
Это рассуждение, основанное на классических теориях, является моноразмерным: галактики находятся па одной линии. Но если мы приложим определенные усилия и представим трехмерную модель, то вновь получим закон Хаббла. В приложении рассматривается доказательство закона Хаббла для читателя, знакомого с элементарной механикой жидкостей.
РИС. 1
РИС. 2
В реальности существует возможность того, что Вселенная не гомогенна, и при этом мы можем заниматься космологией. Речь идет о модели фрактальной Вселенной, в которой плотность меняется в зависимости от масштаба (см. рисунки 1 и 2).
На рисунке 1 материя группируется вокруг октаэдра, как в А. Представлены четыре вершины, гак как две другие расположены над и под листом бумаги соответственно. Как распределяется материя в скоплении А? Приблизимся к А и увидим, что распределение такое же, как на рисунке 1. И так бесконечно. На рисунке 2 материя распределяется по граням октаэдра. Но внутри октаэдра могут находиться семь малых октаэдров. И так до бесконечности.
ГЛАВА 4
Гомогенность Вселенной
Физики-релятивисты исходили из космологического принципа гомогенности и изотропии Вселенной. Но был ли совместим этот принцип с наблюдениями? Хаббл проверил теорию с помощью 100-дюймового телескопа Маунт-Вилсона, однако ему нужна была еще одна, более основательная проверка. Для этого в распоряжении ученого уже имелся 200-дюймовый телескоп в Маунт- Паломаре, но сердечный приступ прервал эту работу.
Изучать деятельность Хаббла лучше, помещая ее в соответствующий исторический контекст, в котором теоретические разработки на шаг опережали наблюдения. Часто они становились стимулом для практических исследований и в любом случае нуждались в подтверждении опытом. Гомогенность Вселенной, которая принималась релятивистами как данность, требовала исследований с помощью телескопов. Хаббл в конце жизни взялся за эту задачу и значительно приблизился к результату, хотя предполагаемая гомогенность Вселенной даже сегодня не является полностью доказанной.
