Горизонти сучасної астрономії / Всеволод Лозицький

12957693_1008781569212072_5864967602794827542_oЩе 30 років тому вважали, що всесвіт безмежний, бо неможливо було усвідомити його межу. Але у безмежному Всесвіті небо світилося б так яскраво, як ніби його освітлювали тисячі Сонць (згідно із фотометричним парадоксом – парадоксом Шезо-Ольберса). А цього яскравого освітлення немає. Тому виходить, що або це проміння поглинається, або Всесвіт не безмежний.

Гравітаційний радіус:

Припустимо, у нас є більше тіло, на яке падає менше тіло. Вони між собою притягуються, і під силою тяжіння швидкість меншого тіла повинна зростати з наближенням до більшого об’єкта. Припустимо, це більше тіло – чорна діра, а менше – будь-який об’єкт.

В момент, коли менший об’єкт, що із прискоренням наближається до чорної діри, досягає швидкості світла (найбільша з можливих швидкостей), саме в цей момент він потрапляє в радіус чорної діри (він же радіус горизонту подій, гравітаційний радіус або радіусШварцшильда).

Коли ж тіло досягає чорної діри, простір всередині замикається, звідти не випускається навіть світло. Щоб вивільнитися з чорної діри тілу необхідно енергія у 100 разів потужніша за вибух термоядерної бомби, тому це вивільнення і неможливе.

Якого радіусу горизонту подій (чорної діри) достатньо для реальних небесних тіл:

  • Для Місяця достатньо радіусу 0.1 мм
  • Для Землі – 8 мм
  • Для Сонця – 3 км

Яким може бути гравітаційний радіус нашого Всесвіту?
Чому ж Всесвіт, засіяний зорями, не сяє (згадаємо парадокс Ольберса)? Можливо, він знаходиться всередині цього самого гравітаційного радіуса, який обмежує простір нашого Всесвіту?

Простір – нескінченний, але той Всесвіт, у якому ми живемо – величезна куля з радіусом в 13 млрд світлових років. Десь поряд у просторі можуть бути й інші такі кулі, але ми про них нічого не знаємо і ніколи не дізнаємось, бо наш Всесвіт відокремлений від них, подібно до ягід на гроні винограду.

Ще одна фундаментальна властивість нашого Всесвіту: він розширюється.
Цей факт було відкрито за допомогою ефекту Доплера: було помічено, що спектр галактик систематично зміщується в червону область спектра. Це означає, що джерело світла – галактика – віддаляється від нас. Якби спектр зміщувався до фіолетового, це означало б наближення об’єкту до нас.

Всесвіт розширюється, відстань між галактиками збільшується.

Галактики рухаються фактично в пустому просторі, їхній рух консервативний, тобто відбувається тільки на віддалення одна від одної. Тут постає питання: а коли був той момент, коли Всесвіт був формально зосереджений в одній точці.

Сучасна наука дає відповідь: приблизно 13,8млрд років тому. Виявляється, ця точка, в якій було скупчено весь Всесвіт, почала розширюватись внаслідок Великого вибуху. Причому почався Великий вибух із комірки простору, 10 в степені -33 см (!).

Але ті сили, та маса, яка була зосереджена в тій точці, ніколи не дала б розлетітись тому, що там знаходилось. Однак фізики стверджують, що в тій точці не було ніякої маси, а лише енергія.

Лише згодом бозон Хіггса почав роздавати масу небесним тілам під час їхнього руху внаслідок вибуху.

Відбулося створення Всесвіту: його фактично створили з нічого. Але в ту точку, з якої почався Всесвіт, була внесена інформація: фізичні закони, константи взаємодії тощо. Якби їх не було, при розширенні утворився би хаос.

Відкритим залишається питання: хто творець цієї інформації?…)
***

У 2015 році було зроблено епохальне відкриття: зареєстровано гравітаційні хвилі від злиття двох нейтронних зірок з масами близько 20-30 мас Сонця, причому 10% маси було витрачено на випромінювання гравітаційних хвиль.

Теорія відносності отримала тут останнє підтвердження: виявляється, що є гравітаційні хвилі, які підтверджують наявність дуже специфічних ефектів, що звичайною механікою не пояснюються. Теорія відносності була запропонована 100 років тому. І почалося все з перетворень Лоренца: було визначено, що швидкість світла однакова у всіх системах відліку, вона стала. Але, у систем, що швидко рухається (зі швидкістю наближеною до швидкості світла), час тече повільніше, ніж у нерухомій системі. Звідси випливає парадокс близнюків. Якщо одного близнюка посадити в ракету, другого залишити на Землі, і близнюк у ракеті пролітає у космосі з великою швидкістю і знову повернеться на Землю, то на Землі може вже не застати свого близнюка: час на Землі буде спливати швидше, ніж на борту ракети, що набирає швидкості, близької до швидкості світла. Причому різниця між проведеним на борту і Землі часом може сягати мільйонів років. Цей парадокс підтверджується на мезонах.

Мезони –короткоживучі часточки. Коли їх розігнати до великих швидкостей, вони залишають за собою треки набагато довші, ніж ті, які мають бути при їхній звичайній тривалості життя, коли вони рухаються з невеликою швидкістю.

Кожна система відліку має свій час, що допускає можливість машини часу.
Теорія відносності стверджує, що якщо у нас є рух із великою швидкістю, наприклад, ракети, і вона постійно розганятиметься, то подорож до Проксіми (найближча після Сонця до Землі зоря) і назад у самій ракеті триватиме приблизно 7-8 років, а за цей час на Землі пройде 10 років. Якщо ж ця ракета полетить до Веги, то подорож на ракеті триватиме на її ж борту близько 22 років, в той час як на Землі спливе аж близько 200 років.

Чорна діра: має горизонт подій, з якого не можна вийти, має центральну сингулярність (область нескінченної густини) і фотонну сферу, де рухаються захоплені фотони.
При чорній дірі відбуваються всі ефекти теорії відносності з часом.

Припустимо, на чорну діру падає зореліт –апаратура, яка фіксує все, що із нею в цей час відбувається. Ця апаратура буде розганятися, наближаючись до чорної діри і досягне швидкості світла на горизонті подій. Вона зафіксує, що плин часу в зовнішньому світі прискорюється: планети рухаються навколо зірок як пропелер літака, те ж саме відбувається з галактиками, а також народжуються і вмирають планети – і все це фіксує апаратура. І коли вона перетне горизонт подій, то зафіксує все майбутнє зовнішнього світу, тому що з чорної діри вона не вийде. Звучить фантастично, але це підтверджує теорія відносності.

Конспект підготувала Яна Степанковська.

Leave a Reply

Your email address will not be published.