ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
2-18 |
ГЛАВА 16 |
|
положительному |
результату, который подтвердил бы |
|
всю |
эту вереницу |
предположений. |
Однако есть некоторые сложности. Галактика как це лое может иметь относительно поля фонового излучения как поступательную, так и вращательную скорость. По лагают, что это действительно так. Анализ скоростей галактик Местной системы показывает, что скорость на шей Галактики относительно Местной системы как це лого около 100 км/с. Кроме того, есть некоторое указа ние на принадлежность Местной системы к сверхскоп лению галактик, центр которого лежит в скоплении в
созвездии |
Девы . Это сверхскопление, по-видимому, так |
|
ж е имеет |
сплюснутую форму, |
что, возможно, является |
признаком |
его вращения как |
целого. Это предположе |
ние недавно было заново проанализировано с учетом современных данных о расстояниях и скоростях бли ж а й ш и х галактик. Результаты получились совершенно неопределенные; по-видимому, Местная система может вращаться вокруг скопления в созвездии Девы со ско
ростью около |
300 км/с, что |
затрудняет |
сравнение |
лю |
бых будущих |
наблюдений |
24-часовых |
вариаций |
фона |
с известным вращением Галактики. К тому же, воз
можно, следует ввести поправку на |
дифференциальное |
|
расширение сверхскопления |
и д а ж е |
на движение его |
центра тяжести относительно |
далекой |
материн. |
Если будет можно отделить эти маскирующие эф фекты и окажется, что сверхскопление вращается с пред
сказываемой |
скоростью, то |
стало бы возможно прове |
||
рить принцип |
Маха с гораздо большей |
точностью. Д е л о |
||
в том, что, хотя линейная |
скорость вращения |
Местной |
||
системы вокруг скопления |
в созвездии |
Девы |
была бы |
такого ж е порядка, что и скорость вращения Солнца во круг центра Галактики, угловая скорость Местной си стемы должна быть гораздо меньше угловой скорости
Солнца в Галактике, |
поскольку скопление |
в |
созвездии |
Д е в ы намного дальше |
от ее центра. Если |
из |
будущих |
наблюдений 24-часовых вариаций фона обнаружится вращение сверхскопления, то это проверит принцип Маха с точностью до 10~3 " в столетии, что в 500 раз превышает существующую в настоящий момент. Таким
И З О Т Р О П Н О С ТЬ КОСМИЧЕСКОГО И З Л У Ч Е Н И Я |
249 |
образом, измерения фона, возможно, дадут нам нужную информацию, касающуюся как природы местного сверх
скопления, |
так |
и справедливости принципа М а х а * ) . |
И з о т р о п н о с т ь |
Вселенной |
|
Предел, |
полученный П а р т р и д ж е м и Уилкинсоном для |
12-часовых вариаций фона, уверенно показывает, что расширение Вселенной с большой точностью изотропно. Возникает вопрос: почему Вселенная столь изотропна? Один из возможных ответов состоял бы в том, что изо тропной являлась сама сингулярность, из которой воз никла Вселенная, или, другими словами, что это внут реннее свойство материи. Такой ответ не кажется нам вполне удовлетворительным. Лучшее решение было
предложено Мизнером |
и Дорошкевичем, Зельдовичем |
и Новиковым. Согласно |
их предположению, Вселенная |
первоначально могла быть сильно анизотропной, но фи зические процессы, происходившие на ранних стадиях расширения, уменьшили анизотропию до очень малень кой величины. С точки зрения Мизнера, это явилось бы частным примером общего положения, что в значитель ной своей части современная структура Вселенной бо лее или менее независима от начальных условий. Если такое утверждение справедливо, то было бы возможно однозначно «предсказать» многие из наблюдаемых черт Вселенной как следствия общей теории относитель ности и других законов физики, которые можно при менить к данному случаю. Изучение' так называемой «программы Мизнера» находится пока в зачаточном со стоянии, однако оно будет иметь, по всей видимости, все возрастающее значение в теоретической космологии будущего.
Между тем нам хотелось бы кратко описать работу Мизнера об уменьшении анизотропии в расширяющейся Вселенной. Первоначально он ограничился однородными моделями, в которых пространство в любой момент вре мени является плоским (что аналогично случаю k = О
*) Хокииг показал недавно, что наблюдаемая изотропия микро волнового фона дает предел «абсолютной» угловой скорости Все ленной меньше 10°" в столетие.
250 ГЛАВА 16
для моделей Робертсона — Уолкера) . По-видимому, наи более важным механизмом уменьшения анизотропии яв ляется взаимодействие между нейтрино, рожденными в результате тепловых столкновений, и электрон-пози-
тронными |
парами, которое |
имело место при темпера |
||
туре Вселенной около |
101 0 |
К. |
Если в то время суще |
|
ствовала |
анизотропия |
скоростей |
расширения Вселенной, |
то в разных направлениях нейтрино испытывали бы раз личное допплеровское смещение, но столкновения ней трино с электрон-позитроннымн парами стремилось бы изотропизнровать нейтрино, что в свою очередь привело бы к изотропизации расширения, так как гравитацион ное действие нейтрино должно было сильно влиять на динамику Вселенной. Насколько существенной яв ляется нейтринная вязкость, зависит от силы взаимо действия между нейтрино и электрон-позитронными парами. Эта сила не измерена в лаборатории, но счи
тается, что |
она |
может быть |
получена |
из теории, которая |
|
очень хорошо |
описывает аналогичные |
экспериментально |
|||
изученные |
взаимодействия. |
Это |
теория Фейнмана — |
||
Гелл-Мана. |
Она построена |
на |
симметрии, связываю |
щей нейтрино-электронное взаимодействие с изученными взаимодействиями. Мизнер показал, что если теоре тически рассчитанная сила взаимодействия верна, то 12-часовая анизотропия фонового излучения была бы
сейчас меньше 0,03% |
при |
большом |
диапазоне |
|
первич |
||||||||
ной |
анизотропии. |
Этот |
результат |
находится |
в |
согласии |
|||||||
с наблюдениями П а р т р и д ж а |
и |
Уилкинсона, |
которые |
||||||||||
дали верхний предел 0,2%. Мизнер показал также, |
что |
||||||||||||
при |
тех |
ж е |
характерных |
размерах |
первичных |
|
неодно- |
||||||
родностей |
любая |
анизотропия, сохранившаяся |
к |
момен |
|||||||||
ту, |
когда" температура |
была |
109 К, |
оказалась |
бы |
слиш |
|||||||
ком |
слабой, |
чтобы заметно |
повлиять на процесс |
пер |
вичного образования гелия. Эти результаты несомненно имеют большое значение, и можно надеяться, что они сохранятся и в более общих моделях, что еще пред стоит в ы я с н и т ь * ) .
*) Последние исследования заставляют предположить, что про грамма Мизнера объяснения наблюдаемой симметрии Вселенной с точки зрения диссипативных процессов может иметь существенные ограничения.
И З О Т Р О П Н О С ТЬ КОСМИЧЕСКОГО И З Л У Ч Е Н И Я 251
Н е о д н о р о д н о с т ь Вселенной
М е л к о м а с ш т а б н ые неоднородности во Вселенной (га лактики, скопления галактик) оказывают пренебрежимо
Рис.69, а — сферически |
симметричное возмущение во Вселенной. |
||
б — профили |
температуры |
вдоль такого возмущения при плотности |
|
последнего |
в 3 |
раза больше, чем плотность окружающего фона. |
|
Д7УГ выражено |
в долях ОМѴ/с2Я, где V и R — соответственно |
скорость и радиус невозмущенной границы. Профили получены для
следующих |
моделей: |
/ — окружающий |
мир не |
замедляется и |
|
2 — Вселенная Эйнштейна — де Ситтера. |
|
|
|||
малое |
влияние на |
микроволновое |
излучение. Однако в |
||
гл. 7 |
мы |
видели, |
что квазары, |
возможно, |
образуют |
252 ГЛАВА 16
скопления размерами около 1000 Мпс, и это может быть связано с крупномасштабными флуктуациями плотности вещества во Вселенной. Такая крупномасштабная флук туация могла бы оказать доступное измерениям влияние на микроволновый фон — мысль, впервые высказанная Саксом и Вольфом. Если рассчитать профиль интенсив ности по области с высокой плотностью, которая окру жена областью с низкой плотностью, то получится ре
зультат, |
показанный на |
рис. |
69. Зона |
протяженностью |
||||||
750 |
Мпс |
и |
с |
красным |
смещением |
1,5 |
при |
отношении |
||
плотностей |
3: |
1 вызывала |
бы |
флуктуации |
интенсивно |
|||||
сти |
0,3% |
Для |
характерного |
углового |
размера |
около 15°. |
В будущем такую флуктуацию можно было бы обна ружить.
З а к л ю ч е н ие
Читателю должно быть ясно, что на протяжении этой
главы мы не смогли довести |
до конца наши рассужде |
ния, поскольку наблюдения |
пока еще недостаточно |
полны, чтобы подтвердить их. Что, однако, важно и что оправдывает написание этой главы — это то, что на блюдения, вероятно, только начались. Может быть, бу дет открыто гораздо больше квазаров с большими крас ными смещениями, и изучение углового распределения космического микроволнового излучения делает лишь первые шаги. Бесспорно, необходимо полное картогра фирование неба с относительной точностью не хуже 0,1% для различных угловых масштабов. Когда это будет
сделано, мы будем обладать новой мощной |
информа |
||
цией о справедливости принципа Маха, |
о |
существова |
|
нии и структуре сверхскоплений галактик |
и |
о |
свойствах |
крупномасштабных флуктуации плотности в распреде лении вещества. Здесь мы стоим на пороге космологии будущего.