trim_c (trim_c) wrote,
trim_c
trim_c

Category:

Почему ночью темно


Есть такой древний парадокс - если вселенная бесконечна и  однородна, то любой участок неба должен светиться с бесконечной яркостью. А небо почему-то темное



Эту идею нетрудно обосновать даже на школьном уровне математики.

Действительно, "разрежем" мысленно все мировое пространство на сферические слои постоянно толщины с центром на Земле. Толщина должна быть достаточно большой ну, например, в тридцать миллионов световых лет, чтобы сгладить локальные неоднородности.

В каждом таком сферическом  слое количество  галактик и звезд растет пропорционально квадрату расстояния до слоя: ведь толщина постоянна а площадь сферы 4πR2, значит объем растет пропорционально квадрату расстояния, а вместе с ним и количество излучающих объектов.

А количество света от источника падает с удалением от источника тоже пропорционально квадрату расстояния! (как в законе всемирного тяготения).
Количество источников растет пропорционально R2, количество света от каждого убывает пропорционально R2 → от любого такого слоя приходит на Землю одно и то же количество света

Но если разбить бесконечное пространство на слои постоянной толщины, каждый из которых освещает нас с одной и той же интенсивностью, то слоев будет бесконечное число и сумма будет бесконечной.

Этот старый парадокс Ольберса был в 19-м веке одним из самых мощных и труднопреодолимых возражений против модели бесконечной вселенной.

Объяснение парадокса разместил у себя сегодня автор pryf, причем его пост сразу попал в топ по Украине.

Дело конечно же благое, только вот объяснение, приведенное автором - хромое, как судьба Лаврова.

Разумеется, главные возражения в том, что Вселенная и не бесконечна, и не стационарна.
Этот факт порождает:
- "возражение По" - свет движется с конечной скоростю и от очень далеких слоев еще до нас не дошел
- и "возражение Допплера" - далекие слои быстро от нас удаляются, а потому их свет смещается в невидимую инфракрасную область.

Тут печально, что автор ссылается на "возражение Хаббла" но не видит главного следствия из возражения Хаббла, это следствие настолько важно само по себе, что я позволю себе еще раз его напомнить.

Великий американский астроном Эдвин Хаббл установил, что если рассматривать галактики достаточно удаленные от нашего Млечного пути (более 15 млн св. лет), то получается, что чем дальше от нас галактика находится, тем быстрее она от нас удаляется

v = H0 r


На сегодня значение постоянной Хаббла H0 составляет 73,5 километров в секунду на мегапарсек. Т.е. чем дальше от нас источник, тем быстрее он от нас удаляется.

Подумаем - а что означает такой простой закон? А очень просто -
если источник от нас достаточно далеко, то он удаляется от нас со скоростью, превышающей скорость света!

Это не нарушает запрет Эйнштейна - источник сам по себе может вообще не двигаться. С такой скоростью расширяется само пространство. Мне понимание этого факта ( а оно, к сожалению, отсутствует в упомянутой публикации) кажется настолько важным, что я позволю себе повторитьодно свое старое рассуждение.


Попытка объяснить необъяснимое

Речь пойдет о размерах Вселенной.

Наивное рассуждение
Вот 13,7 млрд лет назад случился Большой взрыв. И все полетели в разные стороны. Ну пускай даже со скоростью света. Тогда сегодня радиус Вселенной - 13,7 миллиардов световых лет, диаметр (расстояние между двумя самыми удаленными точками) грубо вдвое больше - 27 млрд. св. лет.
Но т.к. расширяться со скоростью света невозможно - то наверняка меньше.
Смотрим в Вики и видим оценку - примерно 93 млрд световых лет - ВТРОЕ БОЛЬШЕ!
Это как такое может быть??? (это уже сидя на полу и растерянно озираясь - как я сюда попал?)

Пытаемся прикинуть
Та-акс, считаем: постоянная Хаббла по последним данным 73,5 км/сек на мегапарсек ≈ 22км/сек на миллион световых лет расстояния, 22000 км/сек на миллиард световых лет расстояния.

А давайте прикинем - на каком расстоянии скорость удаления сравняется со скоростью света?
Простой расчет L = 300 000/ 22 000 млрд световых лет ≈ 13,63 миллиарда световых лет
С ума сойти - почти в точности возраст Вселенной? Трудно поверить в случайность совпадения.
Т.е. постоянная Хаббла связана с возрастом Вселенной? (опять ошарашено озираюсь - тут что-то не так)

Между прочим, это значит, что те, кто подальше, а даже в наивной модели таких половина, улетают от нас БЫСТРЕЕ СКОРОСТИ СВЕТА!
Во-первых, это невозможно, а во-вторых мы их не увидим никогда.

И невозможное возможно
Да, нельзя двигаться быстрее скорости света, ну вот совсем нельзя.
Но ведь никто быстрее скорости света и не двигается. Просто в грубом приближении (для наглядности) мы живем на поверхности шарика из резины. Шарик раздувается, никто не знает почему, но именно это утверждает постоянная Хаббла.

Для простоты считайте даже что это не шарик, а полоса из резины. Вот есть две точки на полосе из резины. Ее растягивают. И хотя точки вовсе не движутся, расстояние между ними растет.
Просто растет расстояние - на растяжение пространства ограничения теории относительности не распространяются. Тут скорости могут быть любыми.

Представьте себе, что вы стоите на такой бесконечной полосе, расстояние от вас до пушки 200км, и она в вас выстрелила снарядом, который летит со скоростью 100км/час. При этом резина растягивается на 10 процентов за час. За те 2 часа, что летит снаряд, она растянется на 20%, - и расстояние между вами и пушкой станет уже не 200 а 240 км.

В ньютоновской механике это означает, что в реальности будет не так - ведь уже через час резина удлинится на 10 процентов, и вторая половина расстояния, которую снаряду придется преодолевать, уже будет не 100 а 110 км (реально даже больше, и для точности нужно решать диф. уравнение,но нам сейчас это не важно) и он будет лететь не два часа а дольше, а пушка окажется не на 240 км а на 247км но это уже детали.

А теперь поглядим поближе к реальности.
Дело в том, что свет не снаряд, он преодолеет расстояние за то же самое время.
Это уже чисто релятивистский эффект - время вдоль луча света вообще стоит. Но то, что пространство растянулось, все же скажется - скажется на его цвете. Потому, что растяжение пространства означает что растянулись и расстояния между соседними гребнями световой волны, возросла длина волны - это и есть "красное смещение", именно по "покраснению" спектральных линий мы и определяем "хаббловское расстояние".

Однако то, что за время путешествия света расстояние между объектами изменилось, - вот это правда. И если свет к нам летел 13 миллиардов световых лет, и мы отправим свет от того же самого объекта "сегодня" - он к нам за 13 миллиардов уже не долетит, времени ему понадобится намного больше.

Вот один из самых удаленных наблюдаемых объектов - галактика GN-z11. Свет от нее к нам шел 13,4 миллиарда лет, но сегодня до нее (Сопутствующее расстояние) примерно 32 миллиарда световых лет. т.е. она "уйдет за наблюдаемый горизонт", т.е. скорость ее удаления превысит скорость света - и уже никакой обмен сигналами между нами и ею не будет возможен.


Вот тут собака и зарылась. Уже сегодня по современным космологическим моделям наблюдаема для нас ничтожная часть вселенной. большинство объектов уже "ушло за горизонт" свет от них никогда не достигнет Земли. Причем с каждым годом доля наблюдаемых объектов сокращается.

И это главный ответ на фотометрический парадокс: к нам приходит свет от небольшой части вселенной. в силу растяжения пространства "почти вся" Вселенная находится за "горизонтом событий". И это главная причина того, что ночное небо - темное, мы в принципе способны видеть лишь сравнительно близкие ( в космологическом смысле) объекты, только от них свет достигает наших глаз - а это сразу рушит парадокс.

А свет от еще видимых галактик, но уже достаточно далеких испытывает очень сильное красное смещение, это тоже возражение, хотя и намного более слабое.

Возражение По и вовсе ложное, поскольку свет достаточно далеких звезд никогда не дойдет до нас - это и есть главное объяснение.




Tags: ЖЖ, космос
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 21 comments

Recent Posts from This Journal