[вернуться к содержанию сайта]

    Если посмотреть на итоги многосуточных полётов советских лётчиков-космонавтов, и в частности на полёт В. Быковского в корабле “Восток-5”, с позиций одной лишь математики, то нетрудно подсчитать, что за пять суток полёта было пройдено расстояние, почти в 9 раз превышающее путь от Земли до Луны. За всю историю летательных аппаратов столь длительных беспосадочных полётов не было.

    Но учёные идут дальше. Настанет день, когда человек полетит к Луне, а затем к Венере, Марсу... Далёкие рейсы в звёздный океан потребуют обширных знаний астрономии, небесной механики, спектрометрии и т. д. Надо найти ответы на многие вопросы, среди которых и загадка “красного смещения”. Австрийский физик X. Доплер открыл в 1842 г. эффект смещения частоты звука. Этот эффект особенно ярко проявляется при движении поезда мимо наблюдателя, когда тон (частота) паровозного гудка при приближении поезда становится высоким, а при удалении – более низким.

    В конце прошлого века замечательный русский астроном А. А. Белопольский на опыте доказал, что то же самое происходит и со светом – при движении источника его к нам или от нас частота световых волн также меняется.

    Предположим, что звезда всё время находится на постоянном расстоянии от Земли. Тогда спектры всех элементов, входящих в состав звезды, будут точно такими же, как и спектры этих элементов, полученные в земных условиях. Если же звезда удаляется от наблюдателя, то все линии её спектра сместятся в сторону красной (более длинноволновой) части спектра, а если она приближается, то в сторону синей части спектра. Чем быстрее движется звезда к нам или от нас, тем заметнее этот сдвиг линий спектра.

    В 1924 году американский астроном Хаббл начал фотографирование спектров излучения весьма далёких звёздных систем и обнаружил “красное смещение” линий спектра. Продолжая изучение отдаленных галактик с помощью совершенных оптических и радиоастрономических телескопов, астрономы столкнулись с одним необычным явлением. Чем дальше галактика, тем больше спектральные линии находящихся в ней элементов смещены к красному концу спектра. Если верить в непогрешимость закона Доплера-Белопольского для столь больших расстояний, то причиной “красного смещения” может быть удаление галактик от наблюдателя.

    Удивительно и то, что скорость удаления галактик оказалась пропорциональной их расстоянию. Так, галактики, находящиеся на расстоянии в три миллиарда световых лет, удаляются со скоростью 70 тысяч километров в секунду. По данным академика В. Амбарцумяна, недавно определенная согласно эффекту Доплера-Белопольского скорость одной из радиогалактик, удалённой от нас на шесть миллиардов световых лет, равна 140000 км в секунду. Эти результаты измерений дали основание многим учёным сделать вывод: Метагалактика¹ расширяется.

    Следуя этому выводу, астроном Хаббл выдвинул гипотезу, что несколько миллиардов лет тому назад видимая область Вселенной, простирающаяся сейчас на невообразимо огромные расстояния, занимала сравнительно небольшой объём. Вещество в нём находилось под действием температур в миллиарды градусов и давления в сотни миллионов атмосфер. При определённых условиях произошёл взрыв чудовищной силы и куски вещества разлетались во все стороны со скоростями, близкими к скорости света. Этот взрыв и послужил началом современной Метагалактики. По расчётам Хаббла такой взрыв мог произойти около 6 миллиардов лет назад. Если предположить, что скорость разлетания (кусков) вещества была близка к скорости света, то можно установить и размеры (радиус сферы) Метагалактики – около 6 миллиардов световых лет (1 световой год равен 9,463·10¹⁰ км).

    Очевидно, более удалённых систем астрономы не должны обнаруживать, так как это расстояние и является границей нашего мира. По мере разлетания “кусков” нашего мира скорость их должна уменьшаться благодаря действию сил всемирного тяготения. Процесс расширения Вселенной должен смениться обратным процессом сжатия, а затем опять расширения и т. д. Таким образом, можно прийти к выводу о том, что Вселенная должна пульсировать.

    Гипотеза о расширении Метагалактики и её образовании из одного центрального тела даёт основание для идеалистических выводов, которые делают некоторые реакционные учёные. В частности, за эту гипотезу ухватились на Западе философы-идеалисты и служители католической церкви, пытаясь с её помощью доказать, что господь сотворил Вселенную именно шесть миллиардов лет назад. Однако и среди учёных-материалистов также находятся сторонники этой гипотезы. Они свои предположения основывают на том, что очень большие системы космических масс, сравниваемые с Метагалактикой, должны быть неустойчивы в силу самого характера эйнштейновского закона тяготения. Ряд учёных-астрономов отрицают реальность гипотезы о расширении Вселенной, усматривая в ней противоречия известным законам природы.

    Подлинная причина “красного смещения” ещё не известна, но зависимость смещения частоты от удаления уже используется в астрономии для определения расстояния от Земли до удалённых туманностей и галактик.

    Рассматривая гипотезу Хаббла по существу, можно обнаружить в ней ряд противоречий. Трудно представить себе причины, которые могли бы привести к образованию гигантского центрального тела, вмещающего в себе все тела Метагалактики. На основе известных законов механики весьма сложно объяснить, почему скорость разбегания “кусков” Метагалактики пропорциональна расстоянию от центра взрыва. Если существуют далёкие миры, кроме Метагалактики, которые не участвовали в начальном взрыве, то наблюдение за ними должно показать смещение спектра, не зависящее от дальности. В частном случае, если наша Земля оказалась бы вблизи внешней границы взрыва, то все небесные тела Метагалактики удалялись бы от Земли со скоростями, пропорциональными расстоянию. Половина видимого звездного неба, относящаяся к Метагалактике, имела бы “красное смещение”, а другая половина звёздного неба его бы не имела.

    Однако таких особенностей на практике не наблюдается. Можно привести ещё много существенных замечаний, указывающих на противоречия гипотезы о расширении Вселенной с известными законами природы. В частности, на основе этой гипотезы можно логически прийти и к таким абсурдным выводам, что Земля находилась в центре взрыва и что, кроме Метагалактики, других миров не существует.

    Наиболее разумное объяснение причин появления “красного смещения” – предположение, что не расширение Вселенной, а само пространство, в котором проходит луч света, вызывает изменение частоты колебаний света. Эта мысль не нова. Ещё Белопольский предполагал, что свет звёзд, проходя огромные космические пространства, по дороге “стареет”, т. е. уменьшает свою частоту. Причиной “старения” он считал рассеяние света в межзвёздном пространстве, сходное с “покраснением” цвета Солнца на заре (из-за насыщенности атмосферы мелкими пылинками). Однако такое объяснение встречается с рядом противоречий.

    При рассеянии света происходит изменение его направления. Если бы рассеяние света в межзвёздном пространстве существовало, то изображение туманностей в телескопе представлялось бы не в виде микроскопической точки, а в виде широкого расплывчатого пятна, чего, однако, не наблюдается.

    Далее, рассеяние испытывали бы только коротковолновые излучения, а длинноволновые достигали Земли без “красного смещения”. Однако наблюдения показывают, что смещение длин волн видимого света и длинных радиоволн, излучаемых одним и тем же объектом, даёт для скорости его удаления поразительно согласующиеся значения. Следовательно, объяснить “красное смещение” рассеянием света нельзя.

    Наблюдения показали, что свет далёких звёзд, проходя вблизи Солнца, искривляет свой путь вследствие влияния силы тяготения. Можно предположить, что наиболее вероятной причиной “красного смещения” является влияние полей тяготения на луч света, проходящий безбрежные космические пространства в пределах влияния сил тяготения огромных скоплений небесных тел.

    Однако это предположение также требует теоретической и экспериментальной проверки.

    Гипотеза о расширении Метагалактики основывалась на допущении, что закон Доплера-Белопольского справедлив для любых расстояний Вселенной. Однако материалистическая философия утверждает, что законы природы справедливы в определённых условиях и имеют ограничения. Так, например, законы механики Ньютона, в том числе и закон всемирного тяготения, оказались справедливыми только для малых скоростей по сравнению со скоростью света. Ограничения законов Ньютона для больших скоростей были раскрыты А. Эйнштейном.

    Не является ли гипотеза о расширении Метагалактики результатом того, что закон Доплера-Белопольского принят как абсолютный и неизменяемый закон, не имеющий каких-либо ограничений? Очевидно, именно в этом и заключается причина ложных выводов и неверных обобщений, вытекающих из наблюдаемого “красного смещения” в спектре излучения далёких миров.

    Накопленные экспериментальные данные о “красном смещении” во всех без исключения участках спектра дают полное основание утверждать, что изменение частоты электромагнитного излучения зависит от пройденного расстояния. Найдем эту зависимость. Будем полагать, что небесное тело излучает электромагнитные колебания с частотой f₀. Луч, проходя расстояние l, изменяет свою частоту, и она становится равной f. Изменение частоты могло произойти вследствие как лучевой скорости V (скорость удаления или приближения небесного тела относительно наблюдателя), так и расстояния l между небесным телом и наблюдателем, т.е.

f=f₀·F(V, l),                                (1)

где F(V, l) – искомая функция от скорости и расстояния.

    Допустим, что изменение скорости произошло от 0 до ΔV, а расстояния от 0 до Δl. При этом частота изменилась на Δf. Тогда Δf можно найти по формуле:

Δf = f₀[F(ΔV, Δl) – F(0, 0)],                        (2)

где F(0, 0) – значение функции F(V, l) при V=0 и l=0.

    Разлагая выражение (2) в ряд Маклорена и ограничиваясь линейным приближением, получим:

                        (3)

    Закон Доплера-Белопольского записывается так:

Δf = f₀ΔV/c,                            (4)

где c – скорость света.

    Сравнивая зависимости (3) и (4), увидим, что

∂F/∂V=1/c.                                (5)

    Другую частную производную найдём из следующих соображений.

    Если лучевая скорость отсутствует, то “красное смещение” зависит только от расстояния от небесного тела до наблюдателя. Многочисленными опытами установлено, что сдвиг частот Δf₂ меняется от расстояния по линейному закону. Принимая за основу линейную зависимость, можно записать:

                            (6)

где l_пред – предельное расстояние, при котором частота излучения становится равной нулю (Δl≤ l_пред). Пользуясь указанными выше данными, приведёнными академиком В. Амбарцумяном, а именно, что при расстоянии Δl=3·10⁹ световых лет “скорость удаления” V=70000 км/сек, получим величину предельного расстояния из пропорции:

ΔV/c=Δl/l_пред,                                (7)

откуда

                            (8)

    Таким образом, если линейный закон сохраняется вплоть до скорости света, то на расстоянии l_пред= 12,85 миллиарда световых лет видимость любого источника света прекращается.

    Какой бы большей мощностью ни обладал источник излучения, дальше этого расстояния принципиально ничего нельзя увидеть, пользуясь приборами, основанными на приёме электромагнитных колебаний. На основании зависимости (6) получим приращение частоты при изменении расстояния на Δl:

                        (9)

    Следовательно, в уравнении (3) частная производная

                        (10)

    Подставляя в уравнение (3) значения (10) и (5), получим математическую формулировку уточнённого закона смещения частоты электромагнитных колебаний в зависимости от лучевой скорости и относительного расстояния:

.                        (11)

    Предельное расстояние l_пред необходимо уточнить. Так, например, по данным П. Куликовского² каждому миллиону световых лет соответствует приращение лучевой скорости на 150 км/сек. На основании этих данных получается l_пред=2 миллиарда световых лет.

    Из закона (11) следует, что если лучевая скорость положительная (небесное тело и наблюдатель приближаются друг к другу), то приращение частоты Δf₁> 0 и спектр частот принимаемого излучения сдвигается в голубую (более коротковолновую) область. Наличие расстояния Δl между источником излучения и наблюдателем всегда вызывает снижение частоты принимаемого излучения (если Δl>0, то Δf₂<0), т. е. наблюдается “красное смещение”.

    Формулировка закона (11) не зависит от физической природы, лежащей в основе распространения света и радиоизлучений, а только констатирует формальную зависимость сдвига частоты излучения от скорости и расстояния. Такой формальностью страдают многие ещё не познанные до конца законы природы. Например, закон всемирного тяготения констатирует зависимость сил тяготения от масс притягивающих тел и расстояния между ними, но не раскрывает природы происхождения сил тяготения. Однако это не умаляет полезности такого закона для практики.

    Из рассмотренного можно сделать интересные выводы. Наблюдаемое “красное смещение” излучения небесных тел, пропорциональное удалению,– результат не расширения Метагалактики, а влияния пространства на электромагнитные колебания.

    Закон Доплера-Белопольского не точен, так как он не учитывает влияния расстояния между наблюдателем и источником излучения на сдвиг частоты принимаемого излучения.

    Уточнённый закон смещения частоты электромагнитных колебаний позволяет учесть влияние скорости небесного тела относительно наблюдателя и расстояния между ними.

    Таким образом, уточнённый закон смещения частоты не оставляет места для гипотезы о расширении Метагалактики и не требует для своего доказательства каких-либо сверхъестественных сил, явлений или событий, а целиком базируется на результатах экспериментальных исследований. Этот закон ещё раз убедительно подтверждает, что основными силами, управляющими движениями далёких небесных галактик и туманностей, являются силы всемирного тяготения.

    Из уточнённого закона смещения частоты вытекают следующие практические рекомендации.

    По смещению частоты (“красное смещение”) можно определить расстояние до далёких звёзд, галактик и туманностей.

    Существует предельное расстояние l_пред, дальше которого свет от небесных тел не достигает наблюдателя. Для наблюдения далёких (не далее l_пред) звёздных миров необходимо использовать длинноволновые приёмники излучений (на практике установлено, что радиоастрономические телескопы видят в 2–3 раза дальше, чем оптические телескопы). Существует бесконечное множество звёздных миров за пределами сферы радиусом l_пред, которые наземный наблюдатель не может увидеть. Этим и можно объяснить наличие тёмных беззвёздных участков неба. Если бы не было ограничения в предельной дальности, то в силу бесконечно большого числа небесных тел всё ночное небо было бы освещено неравномерным светом звёзд. Космонавт, который будет перелетать на огромные расстояния в космическим пространстве, сможет увидеть новые звёздные миры благодаря смещению сферы предельной дальности (центр сферы перемещается вместе с наблюдателем).

    Уточнённый закон смещения частоты может быть использован для навигации космических кораблей. Так, например, измерение лучевых скоростей трёх небесных светил позволит определить величину и направление вектора скорости корабля, а также его угловые координаты.

1 Метагалактика – область Вселенной, доступная в настоящее время наблюдателю.

2 П. Г. Куликовский. Справочник астронома-любителя, 1953 г.

Дата установки: 09.01.2013
[вернуться к содержанию сайта]

W