Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

Но мы не можем допустить существования многих миров: расширяющихся, сжимающихся, более однород­ ных, менее однородных и т. д., общие свойства кото­ рых могут быть установлены из наблюдений, а затем сформулированы в виде законов природы. Существует только одна Вселенная, так что в данном случае важным является реальное поведение этого единственного в своем роде феномена. З а к о н ы природы д о л ж н ы быть, следовательно, сформулированы таким образом, чтобы они относились только к реальной Вселенной, поскольку других вселенных, по определению, не может существо­ вать. Иными словами, нужно разработать теорию, кото­

ных возможностей, или моделей Вселенной. Излишне

она слишком широка. Можно сформулировать это утвер­

вает круг возможных явлений. Достаточно сильная тео­ рия еще не найдена.

связи физики элементарных частиц и космологии. Кроме соображений общего характера, исходя из которых мо­

жду космологическими и атомными величинами. Они

140 Г Л А В А 8

удачной, они представляют большой теоретический ин­ терес. Тем не менее мы не касаемся их в нашей книге. Вместо этого мы просто допустим, что локально уста­

делить условия, которые господствовали во Вселенной, когда она была очень плотной, без попытки понять, по­

временной физики, численные совпадения. В настоящее время имеются веские причины для такого прагматиче­ ского подхода. Как мы подчеркивали в предисловии, на космологов обрушился целый поток новых данных на­ блюдений, которые они д о л ж н ы согласовать со своими моделями. П р е ж д е всего они должны ответить на во­ прос: можно ли объяснить наблюдения исходя из извест­ ных физических законов? Пока ищется ответ на этот вопрос и пока производятся все новые и новые наблюде­

зированы, мы взглянем на Вселенную с новых, более благоприятных позиций, и на эти принципиальные во­ просы можно будет ответить.

Н ь ю т о н о в с к а я динамика б о л ь ш о г о г а з о в о г о о б л а к а

Чтобы подготовить читателя к пониманию реляти­ вистской космологии, рассмотрим ньютоновскую дина­

и Мак - Кри в 1934 г., по существу совпадают с выводами релятивистской теории. Не надо слишком однозначно связывать свойства газового облака со свойствами галак­ тик и квазаров, которые составляют Вселенную. Можно рассматривать галактики и квазары либо как частицы

газа, либо как локализованные конденсации в межга­ лактическом (атомарном или ионизованном) газе, пове­ дение самих конденсаций позволит проследить среднее движение газа и, возможно, определить среднюю его плотность в их окрестностях.

Газовое облако не должно приниматься бесконечно большим. Как установил Ньютон, его динамика и теория тяготения сталкиваются с рядом трудностей, если при­ менять их к бесконечной системе. Например, гравита­ ционный потенциал в некоторой точке, обусловленный всем веществом в такой системе, был бы бесконечным. Этой трудности не возникает в общей теории относи­ тельности, но в теории Ньютона мы можем избежать ее, рассмотрев облако больших, но конечных размеров . Другой способ преодолеть эту трудность был предложен в прошлом веке Нейманом и Зеелигером, которые доба ­ вили к ньютоновской силе гравитации силу отталкива­ ния, прямо пропорциональную расстоянию частицы от начала координат и не зависящую от физических свойств

имеется одно важное различие. Большое облако имеет выделенный центр, в то время как в бесконечно боль­ шом облаке его нет. Однако нежелательно, чтобы суще­ ствовала выделенная точка, и мы можем свести этот эффект к минимуму, взяв облако однородным вплоть до его границы, изотропным около центра и размером много больше, чем любое расстояние, которое мы еще в состоянии измерить. Тогда из любой галактики или ква­

и изотропный -мир. В последующем анализе мы никогда не будем делать различия с наблюдательной точки зре­ ния между бесконечной Вселенной и конечной Вселенной, достаточно большой по сравнению с любыми наблюдае ­ мыми расстояниями. Спорность предположения, которое мы сделали, заключается не столько в том, что мы по­ лагаем Вселенную конечной, а в том, что мы предпола­ гаем ее однородной и изотропной. Пока что мы можем

142ГЛАВА 8

считать это допущение полезным для первой атаки на

упрощает картину движения облака, которую видит любой наблюдатель, движущийся вместе с ним. В самом деле, скорость ѵ частицы, радиус-вектор которой г для наблюдателя, движущегося с облаком, удовлетворяет

сительно движущейся вместе с облаком частицы удов­ летворяет линейному соотношению между скоростью и расстоянием, т. е. у ж е известному нам закону Хаббла . Этот результат показывает, сколь сильным является до­ пущение об однородности и изотропности. Можно, ко­ нечно, считать этот линейный закон приближением пер­ вого порядка для более сложного закона, однако это, по-видимому, хорошее приближение к наблюдаемой картине. Если проверять его для достаточно больших расстояний, так что член второго порядка по г станет, возможно, заметным, то мы должны т а к ж е допустить, что

можно избавиться от малого нелинейного члена, слегка

получить выражение для положения частицы в момент