[вернуться к содержанию сайта]
Аристарха Аполлоновича Белопольского (1854–1934) поистине можно считать отцом русской астрофизики. Именно его перу принадлежит первый русский учебник по астрофизике. Одним из первых он стал широко применять в астрономических исследованиях фотографию и спектральный анализ (рис. 1). Но здесь поговорим о тех смелых, пионерских работах Белопольского, о которых мало кто знает, а именно о его воззрениях на природу цефеид и красного смещения.
Цефеиды – это звёзды, волнообразно меняющие яркость, "мигающие" словно маяк. Их и называют "маяками вселенной", ибо с помощью цефеид астрономы определяют, как далеко от нас лежат островки звёзд и галактик, разбросанные в безбрежном океане космоса. По эффекту Доплера Белопольский нашёл, что цефеиды ещё и движутся, синхронно с яркостью меняя направление своего движения [1]. Это привело его к мысли, что цефеиды – это не одиночные, но парные звёзды, как в вальсе кружащиеся одна возле другой (см. о них книгу В.М. Липунова "В мире двойных звёзд", М., 1986). Именно у двойных звёзд Белопольский не раз встречал те же, что у цефеид, плавные колебания лучевой скорости, вызванные движением по орбите (рис. 2). Если цефеиды – двойные, то движение более яркой звезды вокруг невидимого спутника создаст и волнообразные колебания яркости, как у тех двойных, что мигают с орбитальным периодом от затмений или по иным причинам.
Но такой взгляд на цефеиды вскоре был оставлен, уступив место современному. Согласно ему цефеиды – это пульсирующие, периодически раздувающиеся звёзды. Расширяясь, их поверхность движется к нам, а, сжимаясь, – от нас, приводя к смещению линий в спектрах. Пульсацией объясняют и обнаруженные у цефеид колебания яркости и температуры (рис. 3). Впрочем, не вполне ещё ясно, почему эта пульсация не затухает, подобно любым колебаниям. Есть у цефеид и масса других странностей, объясняемых лишь с натяжкой, либо вовсе не объяснимых.
Поэтому некоторые предлагают вернуться к представлениям Белопольского о цефеидах, как о двойных звёздах. Так, В.И. Секерин показывает [2], как двойные звёзды меняли бы яркость, если б их скорость дополнительно сообщалась испущенному ими свету (подобно тому, как при залпе из корабельных орудий скорость снарядов складывается со скоростью судна). От переменной скорости звезды разные скорости приобрёл бы и её свет (рис. 4). Он приходил бы к нам то запаздывая, то опережая "график". Вот звезда и кажется то ярче, то темнее и тем заметней, чем больший путь проделал свет. Совсем как в общественном транспорте: трамваи, поначалу следующие друг за другом строго по расписанию, через равные интервалы, с течением времени утрачивают эту периодичность - одни отстают, другие же идут с опережением графика. В итоге на одних участках дороги трамваи скапливаются, а на других их почти нет. Как и для света, колебания частоты (следования вагонов) растут пропорционально пройденному пути.
Если первый трамвай выехал со скоростью V1, а второй, спустя время T, – со скоростью V2, то к остановке, расположенной на расстоянии L, они прибудут: первый – за время L/V1, второй – за L/V2. На разность времен хода L(V1–V2)/V1V2 и вырастет промежуток времени T' между приходом трамваев к остановке в сравнении с исходным T. Так и для двух лучей света: будучи испущены звездой с разрывом времени T, они придут к наблюдателю с разрывом T'=T+L(V1–V2)/V1V2. Разные скорости V1 и V2 лучи приобретают от переменной лучевой скорости звезды – её лучевого ускорения a. В первый миг звезда испускает луч со скоростью V1, а в следующий, спустя время T, её скорость убудет на величину aT, и на столько же замедлится луч: его скорость V2 составит V1–aT. Отсюда, считая скорости лучей V1 и V2 примерно равными скорости света c, находим T'=T(1+La/c2).
Поскольку свет, испущенный звездой за время T, воспримется в течение момента T', пропорционально ему должна периодически, в зависимости от ускорения, меняться и яркость звезды, "концентрация" света, аналогично плотности трамваев на разных участках пути. Колебания яркости следуют за колебаниями лучевого ускорения звезды и выражены тем сильней, чем ускорение выше, а звезда – дальше. Выходит, только звёзды с большой удалённостью и ускорением могут заметно менять свой блеск. Изменяются и спектры звёзд. Ведь свет – это периодический, волновой процесс, и подобно расстояниям между трамваями, периоду и частоте их следования, должны меняться длины волн света, период световых колебаний T'=T(1+La/c2) и их частота f'=1/T'≈f(1–La/c2). Этот эффект, открытый ещё в 1908 г. швейцарским физиком Вальтером Ритцем, отличает от доплеровского то, что частоту света преобразует не лучевая скорость, но лучевое ускорение источника, и тем сильнее, чем дальше он находится [3].
Таким образом, синхронно с колебаниями яркости двойной звезды в её спектре будут "гулять" линии поглощения. Их смещения от эффекта Ритца, как показывают расчёты, много больше доплеровских. Поэтому у цефеид кривая спектрального смещения должна отражать не колебания скорости, но, подобно кривой блеска, колебания ускорения звезды. Недаром кривые блеска и "скорости" (спектрального сдвига) цефеид зеркально похожи. Сдвиг частоты меняет и цвет (спектр излучения): звезда становится то "синее", то "краснее". А поскольку по цвету находят её температуру (все видели, как раскалённый волосок в лампе, остывая, становится из жёлтого красным), то будет казаться, что в фазе со "скоростью" и блеском меняется "температура" звезды (рис. 5).
Итак, если прав Белопольский и Ритц, то, подобно мерцанию простых звёзд, меняющих цвет и яркость от волнения, турбулентности земной атмосферы, колебания блеска и цвета цефеид окажутся иллюзией. И если космонавтам не видны мерцания звёзд, то и астронавт, оказавшийся рядом с цефеидой, нашёл бы её горящей ровным светом. Отдаляясь от цефеиды, он бы заметил колебания яркости, сперва едва заметные, но чем дальше, тем всё более выраженные. Многие странности цефеид, вроде изменения формы кривой блеска (эффект Блажко), степени и периода его колебаний, легко объяснимы гипотезой Белопольского. Все они суть следствия изменений звёздных орбит (их наклона, положения, формы, орбитального периода и т.д.), отражающихся на ускорениях, в свою очередь влияющих на колебания блеска [4]. Наконец, раз согласно Белопольскому цефеиды – это тесные двойные системы, где расстояние между звёздами сопоставимо с их радиусами, то у звёзд с большими периодами, орбитами, велики будут и размеры, а значит и светимости. Отсюда их зависимость период-светимость...
Но поговорим о другой интересной идее А.А. Белопольского – о его взглядах на природу красного смещения. Известно, что в спектрах далёких галактик все линии смещены в красную область, причём тем сильней, чем дальше от нас расположена соответствующая галактика. Это считают проявлением эффекта Доплера: свет движущихся галактик меняет частоту с исходной f на более низкую f'= f(1–V/с). Причём скорость V "разлёта" галактик должна расти пропорционально их удалённости L по закону Хаббла V=LH. Здесь H – постоянная Хаббла, равная 55 (км/с)/Мпс, – показывает рост скорости "разлёта" галактик с удалением на каждый мегапарсек.
Многие учёные сразу подвергли это надуманное объяснение критике, поскольку действующие между галактиками силы тяготения должны, по идее, их сближать, то есть красное смещение не может быть вызвано их разлётом и эффектом Доплера [5]. Поэтому А.А. Белопольский нашёл в 1930 г. иное объяснение красному смещению. Он первым понял, что галактики не разлетаются, и что не в эффекте Доплера причина их "покраснения". Причина, по мнению Белопольского, состояла в ином эффекте, по которому "расстояние светящегося источника оказывает какое-то влияние на световую волну, увеличивая ее длину" [6, с. 272]. Одни гребни световых волн должны постепенно отставать от других, наращивая длину волны и снижая частоту (рис. 6).
Но ведь именно так в эффекте Ритца расстояние влияет на частоту света: f'=f(1–La/с2). И если красное смещение f'=f(1–LH/с) вызвано эффектом Ритца, а не Доплера, то постоянная Хаббла H=a/с. Ускорения a в галактиках вызваны их вращением: центростремительное ускорение a=V2/R, где V – окружная скорость звёзд в галактике, R – расстояние до её центра, откуда H=V2/Rс. Галактики часто грубо приравнивают друг к другу (обычно по величине, абсолютной светимости), поэтому примем и мы для всех них значения V и R известные для нашей Галактики. Поскольку основной вклад в яркость галактик и самые интенсивные спектральные линии дают их ядра, берём V и R ядер. Галактическое ядро имеет радиус R=0,002 Мпс и окружную скорость V=180 км/с. Подставив всё в формулу H=V2/Rс, найдём, что постоянная Хаббла должна по теории Белопольского равняться 54 (км/с)/Мпс. Это очень близко к тем 55 (км/с)/Мпс, что приведены в "Справочнике необходимых знаний", 2002 г. Тем самым эффект Ритца впервые позволил теоретически рассчитать значение постоянной Хаббла, конкретную величину которого не могла предсказать даже теория расширяющейся Вселенной и Большого взрыва. Причём, что очень важно, закон и постоянная Хаббла получены как естественное следствие гипотезы Белопольского и ритц-эффекта, а не искусственно вводимого расширения от Большого взрыва. Эффект Ритца снимает и все прежние возражения против идей Белопольского, ибо ритцево красное смещение проявлялось бы идентично доплеровскому – совершенно одинаково на всех частотах. То есть по смещениям спектров невозможно различить, какой их вызвал эффект – Доплера или Ритца.
Идеи Белопольского и Ритца становятся особенно интересны в свете новейших космических наблюдений, которые приносят всё больше фактов, их подтверждающих и противоречащих гипотезе Большого взрыва и расширяющейся Вселенной. Одних учёных это побуждает нагромождать всё больше новых искусственных гипотез – о тёмной массе и тёмной энергии, что делает концепцию Большого взрыва всё менее убедительной. К тому же доверие к ней было подорвано и другими странными фактами, например, чрезмерно большими красными смещениями квазаров и другими парадоксальными результатами. Поэтому остальные учёные убеждены в ошибочности теории Большого взрыва и они предрекают скорый коренной пересмотр космологии. Сотни учёных разных стран недавно даже опубликовали открытое коллективное письмо [7], где выразили недоверие теории Большого взрыва и призвали к поиску ей замены. И этой заменой вполне может стать гипотеза Белопольского вкупе с эффектом Ритца.
Итак, забытые идеи Белопольского обретают новую жизнь, если принять введённые Ритцем эффект и принцип сложения скорости света и источника, являющийся наиболее простым и естественным следствием опыта Майкельсона и аберрации звёздного света [8]. Подобно своему древнегреческому тёзке, Аристарху Самосскому, понявшему, что Земля обращается вокруг Солнца (а не наоборот), Аристарх Аполлонович на основе наблюдений пришёл к своему, сильно отличному от общепринятого видению космоса, так же нашедшему обоснование лишь много позднее. Это характеризует Белопольского как гениального провидца и пионера астрофизики, сумевшего в своё время увидеть не только значение спектральных приборов, но и замечательное будущее этой науки.
Список литературы:
1. Еремеева А.И. Пионер отечественной астрофизики // Вестник РАН, Т.74, №6, 2004.
2. Секерин В.И. Очерк о теории относительности. Новосибирск, 1988.
3. W.Ritz. Critical researches on general electrodynamics // Annales de Chimie et de Physique, Vol. 13, p. 145, 1908 (см. перевод на www.ritz-btr.narod.ru).
4. Семиков С.А. Как устроены маяки Вселенной? // Инженер, №9, 2006.
5. Мельников О.А., Попов В.С., Недоплеровские объяснения красного смещения в спектрах далёких галактик (в сб. "Некоторые вопросы физики космоса", М., 1974).
6. Белопольский А.А. Астрономические труды. М., 1954 (см. www.luchemet.narod.ru)
7. An Open Letter to the Scientific Community // New Scientist, May 22, 2004.
8. Martinez A.A., Ritz, Einstein and the emission hypothesis // Physics in perspective, №6 2004. (см. перевод на www.ritz-btr.narod.ru).
С.Семиков
Дата установки: 17.02.2007
Последнее обновление: 27.09.2012
[вернуться к содержанию сайта]
