Новая занимательная астрономия

Однако «спор» между эффектом Доплера и эффектом деградации может быть вполне однозначно разрешен с помощью астрономических наблюдений. Дело в том, что эти эффекты не совсем одинаковы.

Как показывают расчеты, при старении фотонов изменение Δν частоты ν (т. е. сдвиг спектральных линий) должно быть одинаково по всему спектру. Другими словами, величина сдвига не зависит от частоты.

В случае же эффекта Доплера изменение частоты пропорционально частоте. Тут постоянна не сама величина сдвига Δν, а ее отношение к соответствующей частоте Δν/ν. Другими словами, величина сдвига в этом случае неодинакова для различных линий спектра.

Что же говорят наблюдения? Они свидетельствуют о том, что как раз красное смещение, наблюдаемое в спектрах галактик, таково, что для различных линий одного и того же спектра одинаково не изменение частоты, а именно отношение этого изменения к самой частоте. И это недвусмысленно свидетельствует в пользу «доплеровского» объяснения красного смещения в спектрах галактик.

Другой вопрос, происходит ли «деградация» космических фотонов вообще. Если сдвиг спектральных линий не зависит от частоты, то, очевидно, он должен быть заметнее всего в области относительно низких частот, т. е. в радиодиапазоне. Здесь словно на «растянутой» шкале радиоприемника даже небольшое изменение частоты должно сразу «бросаться в глаза». Однако никаких признаков подобного явления астрофизическими наблюдениями не обнаружено.

Правда, справедливость требует отметить, что в принципе есть еще одно физическое явление, обладающее такими же особенностями, как и эффект Доплера. Когда излучение распространяется в поле тяготения, то его частота изменяется так же, как и при взаимном удалении источника и приемника.

Но расчеты показывают, что в случае метагалактического красного смещения этот эффект, известный под названием «гравитационного смещения» или «эффекта Эйнштейна», по своей величине может представлять собой лишь весьма небольшую добавку к эффекту Доплера.

Таким образом, современная физика не знает других явлений, кроме эффекта Доплера, с помощью которых можно было бы объяснить красное смещение, наблюдаемое в спектрах галактик.

Но есть ли вообще основания искать какие-то иные объяснения, не связанные с эффектом Доплера? Это было бы, очевидно, оправдано в том случае, если бы «доплеровская» картина приводила к каким-либо серьезным противоречиям. Существуют ли такие противоречия в действительности?

В свое время выдвигались возражения, связанные с возрастом космических объектов. Дело в том, что, согласно теории расширяющейся Метагалактики, продолжительность эпохи расширения исчисляется в 10–20 миллиардов лет. Не приводит ли это к противоречию с существующими оценками возраста звезд, звездных скоплений и галактик?

Одно время действительно казалось, что длительность эпохи расширения и возраст космических объектов не согласуются друг с другом. Однако сейчас можно считать общепризнанным, что продолжительность существования всех известных нам космических образований имеет порядок 10 миллиардов лет.

Тем не менее оценки возраста отдельных космических объектов в 20 и более миллиардов лет встречаются и сейчас. Возникает вопрос: если эти оценки в самом деле подтвердятся, будет ли это катастрофичным для теории расширения?

Как подчеркивает А. Л. Зельманов, вывод о продолжительности эпохи расширения Метагалактики, равной 10–20 миллиардам лет, сделан в рамках теории однородной изотропной Вселенной. В более общей теории этот срок может быть и несколько увеличен.

Однако и в теории однородной изотропной Вселенной возможны некоторые варианты, при которых эпоха расширения Метагалактики могла быть и более длительной. В большинстве вариантов теории в начале расширения преобладает взаимное гравитационное притяжение масс, которое тормозит, замедляет расширение. Но по мере расширения гравитационное притяжение слабеет, а космическое отталкивание, существование которого при определенных условиях допускают уравнения общей теории относительности, усиливается. Возможен случай, при котором притяжение в конце концов уравновешивается отталкиванием, а затем и уступает ему, — тогда замедляющееся расширение должно смениться ускоряющимся.

Предположим, что Метагалактика вела себя именно так и мы живем в эпоху ускоренного расширения. Но это означает, что в недавнем прошлом оно протекало медленнее и, следовательно, длилось дольше, чем при непрекращающемся торможении.

С другой стороны, «оценка возраста вполне может быть и уменьшена.

Согласно теории горячей расширяющейся Вселенной, через некоторое время после начала расширения должна была наступить такая фаза, когда все вещество представляло собой плазму, состоящую из электронов, протонов и ядер легких элементов. Кроме вещества, существовало и электромагнитное излучение: радиоволны, световые и рентгеновские лучи. В тот период вещество и излучение находились в равновесии. Частицы (главным образом электроны) излучали примерно столько же фотонов, сколько и поглощали.