Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

168 ГЛАВА а

что масса обладает инерциальнымн свойствами из-за взаимодействия ее с остальным веществом Вселенной. Согласно Эйнштейну, это взаимодействие носит харак ­ тер тяготения, и поэтому его сила зависит от значения гравитационной постоянной и от количества вещества во Вселенной. Проблема вычисления суммарного эф ­ фекта от всего вещества довольно похожа на расчет фо­ нового излучения от однородно распределенных в про­ странстве источников, и мы должны вновь ввести обрыв на расстоянии порядка стоТогда условие, что во Все­ ленной имеется как раз такое количество материи, что­ бы отдельное Тело имело наблюдаемую инерцию, запи­

ривался вопрос о местоположении спиральных туманно­ стей (стр. 54), чтобы показать, что Млечный Путь не содержит все вещество Вселенной.

Второе совпадение, которым мы воспользуемся в аст­ рофизическом контексте на стр. 188, объяснить сравни­ тельно легко. Наиболее подробный вариант этого объяс­ нения был развит Картером . Оно имеет ценность только как пища для размышлений, и некоторые из рассужде­ ний в нем представляются скорее правдоподобными, чем обладающими доказательной силой; тем не менее оно показывает, что в настоящий момент нет фатальной не­ обходимости специально создавать новую теорию, кото­

Время наступления этой фазы зависит от микроскопи­

М О Д Е Л И В С Е Л Е Н Н О Й [ ß 9

ла тоТаким образом, мы получаем связь между микро*

объяснения второго совпадения призывать на помощь но­ вую далеко идущую теорию.

как вообще галактики ухитрились родиться в расши ­ ряющейся Вселенной? Необходим какой-то процесс их образования, так как, вероятно, некогда вся Вселенная была намного плотнее, чем вещество в галактиках в на­

к следующему: если Вселенная первоначально была од­

в галактики за нужное время. Необходимо, вероятно,

сжатия Вселенной, предшествовавшей современной фазе расширения.

170 ГЛАВА 8

удивительного, что вещество было некогда в одном месте в один момент времени. В противоположность этому в неоднородной Вселенной никакой сингулярности суще­ ствовать не может. Этот аргумент некорректен. Эллис, Хокинс и Пенроуз показали, что, коль скоро вещество во Вселенной подчиняется физически возможному урав ­ нению состояния, то, согласно общей теории относитель­ ности, в прошлом должны возникнуть одна или больше физических сингулярностей. Основная причина этого

неоднородном мире некоторая часть вещества д о л ж н а сжаться до бесконечной плотности. Возможно, квантовомеханическое рассмотрение позволит избежать столь буквального понимания сингулярности, но оно не смо­ жет предотвратить появление очень больших плотностей, скажем 105 9 г/см3 , которые соответствуют радиусу кри­ визны Ю - 2 6 см. Д л я практических целей такую плот­ ность можно вполне считать соответствующей сингу­ лярности.

Б ы л о выполнено немало работ с целью подробно ис­ следовать природу сингулярностей в неоднородной Все­ ленной. Имеются указания на то, что сингулярности д о л ж н ы быть четко отделены одна от другой и большая часть вещества во Вселенной на самом деле не прошла через стадию сингулярности. Если это так, то может возникнуть теоретическая возможность «отзвука» от предшествующей стадии сжатия . Вопрос о том, появи­ лась ли реальная Вселенная в результате такого «от­ звука», является по многим причинам заманчивым для космологии, но т а к ж е и одним из наиболее трудных.

Г Л А В А 9

П О И С К И М Е Ж Г А Л А К Т И Ч Е С К О Г О Н Е Й Т Р А Л Ь Н О Г О В О Д О Р О Д А

Введение

В гл. 8 мы видели, что из всех релятивистских моде­ лей Вселенной особую роль играет модель Эйнштейна — де Ситтера, в которой имеет место соотношение

• ^ G p t 2 = l .

Полученные из наблюдений величины Ö й t дают для этой модели, что в современную эпоху

р ~ 2 • 10~ 2 9 г/см 3 .

Если допустить, что основную долю вещества составляет водород, то мы получим для концентрации частиц в со­ временную эпоху

/ г н ~ 1 0 _ 5 с м _ 3 >

Однако вещество, доступное в настоящее время наблю­ дениям, а именно вещество в галактиках, дает для кон­ центрации частиц значение всего лишь

энергию. Очевидно, представляло бы большой интерес узнать, какое значение концентрации частиц ближе к истине, и на решение этого вопроса было затрачено много усилий. Возможно, существует большое число слабых галактик, вклад которых в Пц не учтен в приве­ денной выше оценке, но обычно такую возможность не

172ГЛАВА я

принимали в расчет. Внимание в основном было со­ средоточено на возможном содержимом межгалактиче ­ ского пространства.

которого от 10 до 30 раз больше, чем вещества в самих галактиках скопления. Такое вещество пока еще не об­

вполне может находиться в форме, исключавшей до на­ стоящего времени его обнаружение, например пред­ ставлять собой ионизованный водород с температурой 106 К- Далее если межгалактическое вещество и суще­

твердых частиц, нейтрино или гравитационных волн. В этой книге мы ограничимся возможностью, что «недо­ стающая материя», если и существует, то в форме газа. Преимущество такой точки зрения в том, что она со­ храняет связь с астрофизическими проблемами образо­ вания и развития галактик и скоплений галактик. Это

галактик, то, вероятно, межгалактический газ содержит

ние образовались. Этот вопрос будет рассмотрен в гл. 11. Результаты можно кратко сформулировать, сказав, что, по