2 месяца назад
Нету коментариев

При обсуждении горячей модели Вселенной мы рас­сматривали в качестве вещества Вселенной «газ», ато­мами (элементами объема) которого являются скопле­ния галактик. Такие характеристики газа, как давле­ние, плотность и энергия вещества, позволили нам опи­сать наблюдаемое расширение Вселенной. При этом ато­мы нашего газа участвовали в общем расширении и оп­ределяли так называемую сопутствующую систему коор­динат во Вселенной, по отношению к которой все части­цы нашего газа покоятся. Аналогом такой системы ко­ординат является система координат на поверхности раздуваемого шара с нанесенными на нее точками. Мы можем определять положение любого объекта по отно­шению к этим точкам, несмотря на то что расстояние между этими точками меняется. Именно в такой сопут­ствующей системе координат мы работали, когда объяс­няли происхождение реликтового излучения. Но как и молекулы в газе обладают собственными хаотическими движениями, так и наши атомы хаотически движутся вне зависимости от расширения Вселенной. Примерами та­ких движений являются вращение нашей Земли вокруг Солнца, а Солнца — вокруг центра Галактики. Галак­тика входит в состав так называемой Местной системы, состоящей из многих галактик, и относительно этой си­стемы Галактика движется со скоростью около 100 км/с. Некоторые данные указывают на то, что наша Местная система галактик принадлежит к сверхскоплению га­лактик с центром в созвездии Девы. Наблюдаемая сплюснутость этого сверхскопления обусловлена его вра­щением, и, в частности, Местная система вращается со скоростью около 300 км/с вокруг центра сверхскопления. Все эти движения не связаны с расширением Вселенной. Вполне можно ожидать, что «хаотическая» скорость Земли в сопутствующей системе координат составляет несколько сот километров в секунду. Большой интерес представляет измерение скорости движения Земли отно­сительно сопутствующей системы координат, особенно в связи с вопросом о вращении сверхскопления галактик. Измерить эту скорость можно из наблюдений анизотро­пии в распределении реликтового излучениям характер­ным периодом 24 ч. Чтобы понять характер и определить величину этой анизотропии, мы должны описать, как ме­няется распределение реликтового излучения при пере­ходе из сопутствующей системы, где вещество покоится, в движущуюся систему отсчета, связанную с наблюда­телем на Земле. Если бы Земля покоилась в сопутству­ющей системе координат, то температура реликтового излучения была бы постоянна во всех направлениях. Ес­ли бы Земля двигалась со скоростью v в сопутствующей системе координат, то из-за эффекта Доплера и аберра­ции температура реликтового излучения в направлении движения Земли была бы T+= T(l+v/c), а в обратном направлении — T = T (lv/c), причем распределение интенсивности соответствовало интенсивности излуче­ния абсолютно черного тела соответственно с темпера­турами Т+ и Т. Наблюдатель на Земле, вращаясь с пе­риодом 24 ч, видел бы периодические изменения темпе­ратуры реликтового излучения с периодом 24 ч и ампли­тудой, равной vT/c.Направление, где наблюдалось бы максимальное значение температуры, указывало на на­правление вектора скорости Земли в сопутствующей си­стеме координат, а величина этого отклонения от температуры T = 2,7°К давала скорость движения. Эти наблюдения были проведены группой американских уче­ных в 1968 г. на длине волны около 4 см. По мнению этих ученых, они действительно наблюдали изменения температуры реликтового излучения с периодом 24 ч (полученные результаты еще носят предварительный характер и требуют дальнейших более чувствительных и тщательных иссле­дований по измерению анизотропии в распределении реликтового излучения). Соответствующие оценки скорости движения Земли «от­носительно» реликтового излучения дали величину 160 км/с и направление в точку с прямым восхождени­ем а = 13h и склонением 6 = 32°.

О чем говорит полученное значение скорости движе­ния Земли? Ясно, что вращение Земли вокруг Солнца со скоростью 30 км/с не дает заметного вклада в наблю­даемое изменение температуры реликтового излучения. Из измерений движения звезд в нашей Галактике следу­ет, что Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью около 250 км/с. Так как координаты апекса (точки направления движения) хорошо известны и отли­чаются от приведенных выше координат точки, куда на­правлена «абсолютная» (т. е. относительно общего рас­ширения Вселенной) скорость Земли, то следует пред­положить наличие еще одной компоненты измеренной скорости, равной примерно 320 км/с и связанной с дви­жением нашей Галактики, а точнее, Местной системы галактик. Полученное значение скорости согласуется с величиной, которая рассчитана из анализа распределе­ния и движения галактик в сверхскоплении. Правда, еще трудно говорить, насколько близка эта величина к скорости вращения сверхскопления или к скорости по­ступательного движения нашей Местной системы. Тем не менее реликтовое излучение позволило независимым образом измерить собственное движение Галактики в масштабах сверхскопления.

В связи со сказанным хотелось бы еще отметить, что наблюдения уже 12-часовой анизотропии в распределе­нии реликтового излучения дали бы ценную информа­цию о степени изотропии Вселенной. Действительно, ес­ли предположить, что Вселенная расширяется с разной скоростью в разных направлениях, то красные смеще­ния в разных направлениях были бы различны, а следо­вательно, и различны температуры реликтового излуче­ния. Измерение анизотропии расширения по красному смещению линий в спектрах далеких галактик указыва­ет на высокую степень изотропии расширения Вселен­ной в настоящее время и недалеком прошлом — до 2 = 2—3.

В этом смысле реликтовое излучение позволяет нам заглянуть в более отдаленные эпохи вплоть до 2=1400 и несколько более… И если, например, анизотропия ма­ла и незаметна при наблюдениях разбегания галактик, то при наблюдениях реликтового излучения она бы про­явилась сильнее.

Наблюдения реликтового излучения показывают, что с высокой степенью точности расширение Вселенной но­сило изотропный характер по крайней мере начиная с z ~ 1400 и до настоящего момента. Именно такая высокая степень изотропии Вселенной в прошлом оправдыва­ет наше предположение об изотропии Вселенной во всей ее эволюции, предположение, которое является краеугольным камнем нашей горячей модели Вселен­ной. Правда, пока нет наблюдательных данных, под­тверждающих изотропию Вселенной на более ранних этапах ее расширения. Не исключена возможность, что на ранних этапах расширения Вселенная была сильно анизотропной. Однако, как показывают расчеты физиче­ских процессов, протекающих на ранних стадиях эволю­ции Вселенной, последняя очень быстро становится изо­тропной, задолго до отделения вещества от излучения.

В заключение отметим, что открытие реликтового из­лучения, если последнее действительно является остат­ком прошлых эпох Вселенной, причудливым образом соединило два мира — микромир, представителями ко­торого являются фотоны реликтового фона, и Мегамир, характеризуемый космологическими масштабами и временем эволюции всей Вселенной. Кроме того, релик­товое излучение, участвуя в космологическом расшире­нии, несет в себе информацию о тех физических про­цессах начала расширения, которые определялись в пер­вую очередь квантово-механическимисилами. И если к настоящему времени пока так и не удалось (несмотря на многие попытки) соединить на практике две тео­рии — квантовую и гравитационную, то весьма возмож­но, что, изучение реликтового фона даст эксперименталь­ную основу для построения такой обобщенной теории. Конечно, это дело будущего. Как видно из этой бро­шюры, многие свойства реликтового излучения, боль­шинство информации, которая в нем заключена, еще не доступны или лежат на пределе разрешения современ­ных приборов. Изучение реликтового излучения только начинается. Но уже в ближайшем будущем анализ его свойств, несомненно, даст результаты, которые не толь­ко приоткроют завесу прошлого нашей Вселенной, но и раздвинут рамки наших представлений о процессах микро- и Мегамира.

comments powered by HyperComments