В. Е. Кульбеда, независимый исследователь, Москва.
Аннотация.
Кратко рассмотрены становление стандартной космологической модели горячей
Вселенной и эволюция взглядов на красное смещение. Показывается, что стандартная космологическая модель с ее представлениями о расширении пространства в процессе эволюции Вселенной и красном смешении как результате такого расширения нуждается в пересмотре. Явно противоречит модели эффект "растяжения времени", регистрируемый при наблюдении Сверхновых 1а. Темпы красного смещения оказались нечувствительными к неоднородностям распределения гравирующих масс.
Рассмотрена альтернативная космологическая модель Вселенной, не ограниченной во времени и в пространстве, в которой отсутствуют какие-либо общие законы эволюции. Это стохастическая Вселенная. Красное смещение в этой Вселенной обусловлено стохастическими процессами взаимодействия электромагнитных волн через нелинейную часть поляризации физического вакуума.
Проведен сравнительный анализ обеих моделей и их соответствия экспериментальным данным по Сверхновым 1а.
Ключевые слова: стандартная космология, Стохастическая Вселенная, физический вакуум, красное смещение, Сверхновые 1а, парадокс Хаббла - Сэндиджа, эффект " растяжения" времени .
Содержание.
1.Красное смещение и стандартная космологическая модель Вселенной.
1.1. Генезис представлений о Вселенной.
1.2. Согласованная стандартная модель горячей Вселенной.
1.3. Выпадающие наблюдения.
1.4. Итоговые замечания.
2. Красное смещение и ΛCDM - модель Стохастической Вселенной.
3. Заключение.
1.1. Генезис представлений о Вселенной.
Красное смещение спектров излучения галактик было открыто А. Сейфертом в 1912г..Но только после публикации результатов экспериментальных исследований Хаббла в полной мере проявился космологический аспект этого явления. Именно, Хаббл установил (1929г.), что красное смещение спектров излучения галактик увеличивается примерно пропорционально увеличению расстояния к ним:
z = (〖λ/λ_0)-1) = Hr/c (1)
Здесь z - так называемый параметр красного смещения, λ - длина волны принимаемого излучения в месте расположения наблюдателя, λ_0 - несмещенная длина волны линии излучения в лабораторной системе координат, r - расстояние до источника излучения, H - некоторая постоянная, впоследствии получившая название постоянной Хаббла, c - скорость света.
Оказалось, что соотношение (1) практически совпадает с ожидаемым при эффекте Доплера, если предположить, что галактики удаляются от нас со скоростями
v=Hr (2)
При больших скоростях разбегания должно быть использовано релятивистское соотношение для эффекта Доплера.
(Именно выражение (2) чаще всего считается законом Хаббла для красного смещения).
К этому времени А. Эйнштейном уже была создана Общая теория относительности (ОТО), дифференциальные уравнения которой объединили ход времени, пространство и тяготение. Геометрические свойства пространства оказались связанными с распределением и движением гравирующих масс во Вселенной.
Первую попытку построить космологическую модель Вселенной на основе ОТО предпринял сам Эйнштейн. Он предположил, что Вселенная должна быть статической, однородной и изотропной. Оказалось, что уравнения ОТО при этих условиях не имеют решений. Тогда он ввел в уравнения дополнительно некоторый космологический Λ-член. Физически Λ-член представляет в уравнениях некие гипотетические силы, пропорциональные расстояниям между взаимодействующими массами. При Λ>0 эти силы противодействуют силам гравитационного взаимодействия. При надлежащем выборе величины Λ-члена эти силы уравновешивают силы гравитации при любой заданной плотности материи, что обеспечивает статичность Вселенной. Полученные при этих условиях решения модифицированных уравнений ОТО оказались неустойчивыми к малым возмущениям, нарушающим баланс сил. Впоследствии А. Эйнштейн счел ошибкой введение в уравнения ОТО Λ-члена.
А,А. Фридман нашел решения уравнений ОТО, отказавшись от условия статичности, но сохранив условия однородности и изотропии Вселенной (1922-1924г.г.). Оказалось, что радиус Вселенной с течением времени увеличивается. Это означает, что расстояния между галактиками (равно как и расстояние между наблюдателем и какой-либо галактикой) также должны возрастать. Вселенная расширяется. .
Зарождающиеся новые представления о Вселенной нуждались в экспериментальном подтверждении. Такое подтверждение было найдено в открытом Хабблом законе красного смещения, трактуемом как эффект Доплера. Поиски других механизмов для объяснения красного смещения окончились неудачей. Самый привлекательный из них - гипотеза Ф. Цвикки, известная как гипотеза усталого света (потери энергии фотонами в процессе их распространения в межгалактической среде), был отклонен, так как не был найден приемлемый механизм таких потерь.
Коль скоро галактики разбегаются, то экстраполяция процесса разбегания в прошлое неизбежно привела к представлению о рождении Вселенной в результате некоего Большого Взрыва (БВ).Так родилась гипотеза о горячей в прошлом Вселенной (Гамов,~1954г.)
Представление о красном смещении как проявлении эффекта Доплера просуществовало несколько десятилетий. Наследием той эпохи являются термин "лучевая скорость" звезды (галактики) и выражение постоянной Хаббла в единицах км/(с Мпк).
Упомянутые десятилетия совпали с началом научно- технической революции в развитых странах, продолжающейся и в наше время и приведшей к стремительному совершенствованию всех технологий и к появлению новых технологий. Это в полной мере относится и к экспериментальной астрономии. Совершенствуются оборудование и методы обработки результатов наблюдений. Создаются внеатмосферные (спутниковые) обсерватории. Астрономия постепенно становится всеволновой.
Изучая движение отдельных галактик вокруг центров скоплений в Малых скоплениях галактик, Ф. Цвикки обнаружил, что для объяснения наблюдаемых скоростей вращения галактик необходимо предположить наличие в скоплениях некоей скрытой массы, во много раз превосходящей суммарную массу видимых звезд галактик (1933г.). Через несколько десятилетий В.Рубин и К.Форд обнаружили такую же скрытую массу в отдельных галактиках (~1970г.). Еще через несколько десятилетий обработка результатов наблюдений внеатмосферных обсерваторий WMAP и Planck [1,2] показала, что средняя плотность скрытой массы (темной материи) во Вселенной примерно в пять раз превышает среднюю плотность барионной материи (2001-2010гг.).
В 1965г. при наладке рупорной антенны для регистрации слабых сигналов из космоса астрофизики А.А.Пензиас и Р.В.Вильсон обнаружили, что шумы антенны заметно выше измеренных в лабораторных условиях. После устранения всех потенциальных источников шумов и обсуждения было признано, что имеет место регистрация микроволнового излучения, приходящего из космического пространства (Нобелевская премия,1978г.). Так было открыто микроволновое фоновое космическое излучение, предсказанное Гамовым при разработке гипотезы горячей Вселенной. Дальнейшее изучение фонового излучения было продолжено с помощью спутниковых платформ Реликт (СССР) и COBE(США), WMAP(США),Planck (Европа). Спектрофотометр, установленный на платформе COBE, подтвердил, что спектр микроволнового фона соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре T=2,725°K (Д.Ф.Смут, Д.С.Мейдер, Нобелевская премия,2006г.), а сам фон обладает высокой степенью однородности и изотропности. Эти факты являются важным аргументом для подтверждения гипотезы горячей Вселенной. Изучение микроволнового фона с помощью платформ WMAP, Planck показало, что, по крайней мере в наше время, Вселенная близка к евклидовой. Этот последний результат показывает, что во Вселенной, наряду с известными формами энергий, должна присутствовать некая темная энергия, компенсирующая влияние гравирующих масс..
Совершенствование оборудования и методов обработки результатов измерений дало возможность наблюдения сверх ярких источников излучения (квазары, Сверхновые) с большими значениями параметра z. Наблюдения в регистрируемых спектрах излучения квазаров леса водородных линий поглощения , выстроенных по параметру z облаков водорода по лучу зрения на квазар, показало, что красное смещение спектров не привязано к собственно источнику излучения, а происходит непрерывно по мере распространения излучения. Следовательно, космологическое красное смещение не является проявлением эффекта Доплера. Космологическое красное смещение в современной трактовке является следствием расширения пространства в процессе расширения Вселенной в целом.
Особое внимание было уделено изучению красных смещений Сверхновых 1а. Со времени пионерских работ Ф.Цвикки (1934г.) было установлено, что в момент максимума блеска магнитуды Сверхновых 1а примерно одинаковы. Это обстоятельство позволяет оценить динамику расширения Вселенной по измерениям красных смещений спектров излучения Сверхновых 1а. Такие исследования были проведены группами астрофизиков под руководством А.Райса и Б.Шмидта и С. Перлмуттера . Вопреки ожидавшемуся замедлению, было найдено, что расширение Вселенной происходит с ускорением (Нобелевская премия, 2011г.). Этот результат также указывает на присутствие во Вселенной уже упомянутой выше темной энергии.
Появление на авансцене темной энергии привело с неизбежностью к восстановлению космологического Λ- члена в уравнениях ОТО, ранее введенного Эйнштейном и им же отвергнутого.Теперь Λ- член представляет в уравнениях ОТО темную энергию, а саму темную энергию есть основания отождествлять с энергией межгалактического вакуума, или, другими словами, физического вакуума. Исследования с помощью спутниковых обсерваторий WMAP и Planck показали, что доля темной энергии в общем энергетическом балансе Вселенной составляет~72% [1,2].
1.2. Согласованная стандартная модель Вселенной.
Кратко изложенные выше основные вехи становления новых представлений о Вселенной привели в первой декаде нашего века к выработке стандартной модели Вселенной, принятой подавляющим большинством астрономического сообщества. Теперь эта модель успешно внедряется в массовую
культуру и в массовое сознание. Суть ее состоит в следующем.
1. Наша Вселенная ограничена в пространстве и возникла ~13,6 миллиарда лет тому назад в результате некоего Большого Взрыва.
2. Основные составляющие Вселенной: темная энергия - ~72%, материя (барионная и темная) - ~28%, из них барионная материя - ~4%, излучение - 0.004%.
3.Распределение материи однородно, по крайней мере, при усреднении по достаточно большим объемам (с линейными размерами ~100-200 млн. св. лет). Это утверждение составляет суть основной космологической гипотезы.
4.Вселенная расширяется. Эволюция Вселенной описывается решениями А. Фридмана уравнений ОТО с Λ - членом для однородной Вселенной.
5. По крайней мере в наше время топология Вселенной близка к евклидовой.
Наш анализ решений Фридмана для двухпараметрической модели евклидовой Вселенной (учитываются материя и темная энергия) дает совпадающее с экспериментальными данными соотношение между обоими параметрами, что показывает, что топология Вселенной в среднем евклидова [3].
Ключевыми в рассматриваемой модели являются наблюдения микроволнового фона и красных смещений спектров излучения удаленных космических объектов. Первые свидетельствуют о горячем прошлом Вселенной, вторые - о непрерывном расширении пространства.
Связь красного смещения с расстоянием до источника излучения определяется из решений Фридмана уравнений ОТО для однородной евклидовой двухпараметрической Вселенной как
z
d=(c/H_0 )∫dz/√(Ω_M (1+z)^3+Ω_Λ ) (3)
0
а поток энергии Ф от этого источника в месте расположения приемника (z=0) равен
Φ=L/(4π〖(1+z)〗^2 d^2 ) . (4)
Здесь Ω_M и Ω_Λ - космологические постоянные, определяющие вклады материи и темной энергии в общий 'энергетический баланс Вселенной, z-красное смещение спектра излучения источника, H_(0-)-значение постоянной Хаббла в нашу эпоху, а L - светимость источника
Интеграл справа в выражении (3) можно выразить через хорошо табулированные эллиптические интегралы первого рода F(α,sin(75град.). При оптимальном соотношении между космологическими постоянными Ω_m/Ω_Λ =〖(√3-1)〗^3 имеем [3]:
d=1,225(c/H_0 )(F(〖90^°),sin(75^° )-F(arccos z/(4,732+z),sin(75^° ) )=(c/H_0 ) f_ext (z) (5)
Ожидаемая звездная величина m источника в месте расположения наблюдателя оказывается равной
m_ext=5lg(1+z)+5lgf_ext (z)+ 5lg c/(H_0 R_0 )+M+25 , (6)
где M - абсолютная звездная величина источника излучения, R_0=1Mpc.
Выражение (6) можно рассматривать как аналитическое представление диаграммы Хаббла "звездная величина - красное смещение"
В случае Сверхновых 1а, как указывалось выше, их звездные величины в момент максимума блеска примерно одинаковы. Полагая для B- полосы излучения
M≅M_0=-19,1mag, H_0=69,3km/cMpc, (7)
из выражения (6) получим
m_ext=24,078+5lg(1+z)+5lg(f_ext (z) ). (8)
Выражение (8) уже можно сравнивать с парами значений (m, z) из банков экспериментальных данных по Сверхновым 1а. Результаты такого сравнения приведены на рис.1. Для сравнения были привлечены экспериментальные данные SNLS [4] и HST [5]
(без поправок на вариации значений M_0 для Сверхновых 1а).
https://yadi.sk/i/iqwcA1_B3ZvbH5
Рис.1. Зависимость звездных величин Сверхновых 1а от красных смещений их спектров ( B-полоса спектров излучения).
Здесь m - экспериментальные значения звездных величин; mext - их прогнозируемые значения (8).
Как можно видеть, имеется более, чем удовлетворительное согласие теоретических представлений и экспериментальных измерений. Современная космологическая модель Вселенной предстает как единственно правильная. Предложение каких-либо других версий приравнивается к предложению модели вечного двигателя. Однако когда все слишком хорошо, дьявол скрывается в подробностях. Об этом речь пойдет ниже.
1. 3. Выпадающие наблюдения.'
1. 3.1. Холодный Хаббловский поток.
Удовлетворительное совпадение измеренных и прогнозируемых звездных величин Сверхновых 1а с учетом экспериментальных погрешностей в широком диапазоне изменений параметра z, 0<z≤2, вызывает озабоченность. Действительно, выражение (8) справедливо для однородной Вселенной. Ближние же Сверхновые !а (z<0,1) находятся в областях с крайне неоднородным распределением материи. Тем не менее темпы смещения спектров у них те же, что и для далеких Сверхновых. Возникает сомнение, а влияет ли вообще распределение гравирующих масс на космологическое красное смещение? На это первым обратил внимание А. Сэндидж, известный своими многолетними экспериментальными работами по измерению постоянной Хаббла для ближнего космоса. Этот парадокс получил название парадокса Хаббла-Сэндиджа. Широкую известность получило высказывание Сэндиджа: "Мы так и остаемся с этой тайной". И. Д. Караченцев с коллаборацией изучили около 200 звезд в ближнем космосе вплоть до расстояний ~8Mpc с использованием спутникового телескопа Hubble и 6-ти метрового телескопа СО РАН, что позволило повысить точность измерений. Был подтвержден основной вывод А. Сэндиджа о совпадении темпов изменения красного смещения для ближних и удаленных источников излучения. И.Д. Караченцев считает, что процесс красного смещения скорее связан с темной энергией, чем с материей, поскольку только эта связь может объяснить однородность и изотропность процесса.
Наше изучение проблемы показало, что космологическое красное смещение спектров излучения космических объектов обусловлено взаимодействием электромагнитных волн и межгалактического вакуума, что позволяет объяснить все особенности процесса, включая и парадокс Хаббла- Сэндиджа [6]. Более подробно это будет изложено ниже.
1. 3.2. Эффект "замедления времени" ('time dilation').
Другой эффект, связанный с красным смещением, эффект "замедления времени", проявляющийся при наблюдении Сверхновых 1а (уширение во времени кривых блеска Сверхновых с ростом их параметра красного смещения в (1+z) раз), рассматривается в стандартной космологии как фильтр для исключения альтернативных гипотез. Действительно, в соответствии с ОТО, в области расположения источника излучения с параметром красного смещения, равным z, имеет место космологическое замедление хода времени в (1+z) раз. Это замедление хода времени было ошибочно отождествлено с наблюдаемым ростом продолжительности светимости Сверхновых 1а в (1+z) раз, которое и проявляется в соответствующем уширении кривых блеска звезд. В этом суждении с очевидностью присутствует рецидив воззрения на красное смещение как на эффект Доплера. Действительно, при эффекте Доплера длительность сигналов и сдвиг их спектров связаны непосредственно с движением источника. Наблюдатель регистрирует кривые блеска источника такими, как они сформировались на источнике. Но, согласно концепции стандартной космологии, само пространство расширяется, что влечет за собой увеличение длин волн излучения в процессе их распространения. Это неизбежно должно оказывать влияние и на форму кривой блеска и на спектр сигналов. При более детальном обсуждении оказывается, что рассматриваемый эффект создает трудности для самой стандартной космологии и порождает сомнения уже в самой гипотезе о расширении Вселенной. Наш анализ показывает, что наблюдаемое уширение кривых блеска звезд имеет совершенно. другую природу [7].
Рассмотрим цепочку преобразований
f(t)≅∫R(ω) exp(iωt)dω→∫R(ω) exp(iωt/n)d(ω/n)≅(1/n)f(t/n) (9)
Здесь учитывается, что число порожденных источником волн в процессе их распространения сохраняется. (Другими словами, число излученных источником фотонов в процессе их распространения сохраняется). Эта цепочка отражает реальный процесс распространения излучения от удаленного источника к наблюдателю. Излучение распространяется в виде спектра волн. В процессе распространения волн имеет место космологическое красное смещение спектра, приводящее к одинаковому уменьшению всех частот спектра (и его ширины) в n=(1+z) раз. Наблюдатель регистрирует кажущееся замедление хода времени в месте расположения источника и , соответственно, уширение во времени кривой его блеска в n=(1+z) раз.
Пусть, например, на источнике имеет место процесс
f(t)=A( 1-cos(Ωt) )cos ωt, 0 <t<2π/Ω , (10)
Тогда в месте расположения наблюдателя будем иметь
φ(t)~(1/.n) (1-cos(Ω ́t/n))cos(ωt/n), 0 <t<2πn/Ω , (11)
Длительность процесса возрастает в n раз. (Мы намерено не учитывали волновые параметры и геометрический фактор, дабы не усложнять картину). Если в месте расположения излучателя имеет место процесс длительностью Δt, то в месте расположения наблюдателя он растягивается и приобретает длительность nΔt . В этом суть эффекта “растяжения времени” при наблюдении Сверхновых 1а: рассматриваемый эффект обусловлен масштабированием спектров излучения космических объектов из-за космологического красного смещения этих спектров в процессе распространения излучения от источника до наблюдателя. Важно подчеркнуть, что соотношения (9--11) предполагают одинаковый ход времени в месте расположения источника и в месте расположения наблюдателя, по крайней мере, в том, что касается электромагнитных процессов. Можно высказать и обратное утверждение. Результаты экспериментальных исследований Сверхновых 1а и функциональные соотношения (9--11), имеющие уровень строгой математической теоремы, требуют одинакового хода времени в обеих системах координат. В ином случае наблюдаемая зависимость ширины кривых блеска Сверхновых от параметра z была бы другой.
В сущности, природа создала своеобразную лупу времени, расширив
наши возможности дистанционной регистрации быстро протекающих процессов. Такая лупа времени может быть создана и в лабораторных условиях, если построить достаточно широкополосный делитель частоты и запустить на его вход радиосигнал.
Согласно концептуальным соотношениям (9) и с учетом геометрического фактора поток излучения от удаленного объекта в месте расположения наблюдателя может быть представлен в виде
Φ=L/(4π(1+z)^2 d^2 ) . (12)
где L - светимость объекта, d - расстояние от наблюдателя до объекта.
Отметим, что выражение (12) не учитывает возможное космологическое затухание электромагнитных волн, если допустить их взаимодействие с межгалактической средой [7] и в этом случае совпадает с выражением (4).
Эффект “растяжения времени” совместим с любой космологической гипотезой касательно красного смещения, удовлетворяющей условиям изотропности и независимости параметра красного смещения от длины волны. Сами же гипотезы различаются только зависимостью d(z).
Эффект "замедления времени" не совместим с представлениями о расширяющейся Вселенной, неизбежной частью которых является и представление о замедлении хода времени при продвижении в прошлое. В этой связи не лишним является напоминание о том, что уравнения ОТО являются дифференциальными уравнениями, справедливыми для описания локальных эффектов.
1.4. Итоговые замечания.
Изложенный выше анализ указывает на ограниченность представлений стандартной космологии. Как представляется. и парадокс Хаббла - Сэндиджа и эффект "замедления времени" требуют для своего объяснения включение в обсуждение электромагнитных сил, которые находятся вне концепции ОТО, если не брать во внимание космологический Λ - член. который. возможно, представляет в уравнениях ОТО электромагнитные силы (или какую-то их часть)
на энергетическом уровне. (Не с этим ли связано согласие соотношения (8) с экспериментальными данными?)
Накопленный экспериментальный материал позволяет предложить с учетом п.п.1.1 и1.3 концепцию Вселенной, неограниченной в пространстве и во времени [8].
Ключевым является представление о физическом вакууме, заполняющем все безграничное мировое пространство и в который вкраплены сгустки барионной материи. Нет единого механизма эволюции этих сгустков для Вселенной в целом. Это Стохастическая Вселенная.
В этой концепции отсутствуют какие-либо требования к однородности распределения материи. Вместо этого постулируется однородность распределения темной энергии (однородность и изотропия физического вакуума), что подтверждено наблюдениями.
Ниже будет показано, что красное смещение спектров излучения космических объектов в такой Вселенной обусловлено взаимодействием волн излучения и волн микроволнового фона через нелинейную часть поляризации вакуума.
2. Красное смещение и ΛCDM- модель Стохастической Вселенной.
Выше уже указывалось, что неоднородность в распределении материи не сказывается на темпах изменения красного смещения с расстоянием. В этом смысле основная космологическая гипотеза стандартной космологии важна только с математической точки зрения .Далее, эффект "растяжения времени" разрушает саму концепцию расширения пространства, что свидетельствует об отсутствии единого закона эволюции Вселенной.
Изложенная в наших работах [8,9] концепция Стохастической Вселенной не отрицает ОТО. Она отводит принадлежащую ей по праву роль в описании локальных эффектов, таких, как гравитационное линзирование, черные дыры и т. п.. Модель аккумулирует экспериментальные факты, изложенные выше в п.п. 1.1 и 1. 3, и результаты нашего анализа красного смещения как стохастического процесса взаимодействия электромагнитных волн и физического вакуума, каковым является межгалактическая среда [6]. Основные положения модели:
1. Вселенная в среднем евклидова, безгранична во времени и пространстве и имеет доменную структуру. Сами же домены состоят из иерархических структур низшего порядка. Основные ее составляющие: барионы, лептоны, темная материя, излучение и физический вакуум (темная энергия). Эти составляющие взаимодействуют между собой в разного рода случайных процессах, следствием которых является статистическое равновесие между ними. Физический вакуум есть та интерактивная среда, в которой и протекают эти процессы.
2. Физический вакуум однороден и изотропен и обладает слабой квадратичной нелинейностью по отношению к электромагнитным волнам. Эти утверждения составляют суть новой космологической гипотезы.
Постоянную Хаббла можно рассматривать как статистическую меру этой нелинейности.
3. Черные дыры - фабрики по переработке космического мусора, каковым являются материальные составляющие Вселенной.
4. Космологические красное смещение спектров излучения космических объектов и равновесный электромагнитный фон - продукты взаимодействия излучения и физического вакуума.
В сущности, модель Стохастической Вселенной является возможным вариантом ΛCDM - модели Вселенной без крайностей и противоречий, присущих стандартной космологической модели.
Суть механизма красного смещения в модели Стохастической Вселенной состоит в следующем. В среде с квадратичной нелинейностью возможны трехволновые параметрические процессы взаимодействия электромагнитных волн через нелинейную часть поляризации вакуума. В нашем случае две волны следует выбирать из спектра волн излучения рассматриваемого источника, а третью - из микроволнового фона. Такой выбор волн диктуется низкой плотностью волн микроволнового фона, обладающих необходимыми характеристиками. Взаимодействие волн носит стохастический характер, поскольку начальные условия для триад волн случайны, а время жизни триад невелико. Идет постоянная смена триад в процессе распространения волн. При этом каждая из волн излучения может участвовать независимо в множестве триад в силу малой величины нелинейности вакуума. Рассматриваемое параметрическое взаимодействие волн приводит к преимущественной перекачке энергии от более высокочастотной волны к двум другим волнам, в результате чего спектр волн излучения смещается в красную сторону. Анализ процессов изложен в нашей работе [6]. Было показано, что рассматриваемый механизм приводит к экспоненциальной связи параметра красного смещения z с пройденным волнами излучения расстоянием r :
z=exp(Hr/c)-1. [13]
В случае ,когда спектр волн излучения много шире спектра волн равновесного электромагнитного фона, постоянная Хаббла оказывается равной
H≅1,5μ<nA_1.0> [14]
Здесь μ- коэффициент нелинейности физического вакуума, а n и A_1.0- линейная плотность и амплитуды волн равновесного электромагнитного фона.
Анализ показал, что красное смещение спектра волн сопровождается ослаблением излучения [6,7]. Путем численного эксперимента с базами данных по Сверхновым 1а в предположении буггеровского характера ослабления в работе [7] была определена величина показателя экспоненциального ослабления энергии излучения, который оказался равным τ≅0,2 на хаббловской длине.
Как представляется, космологические потери энергии излучения в процессе его распространения и являются искомым механизмом нагревания вакуума в Стохастической Вселенной.
Как следует из выражения (13), расстояние от наблюдателя до космического объекта в модели Стохастической Вселенной равно
d_st=(c/H) ln(1+z), (14)
а поток его излучения в месте расположения наблюдателя может быть записан в виде
Φ=(Le^(-τln(1+z)))/(4π((1+z)^2 d_st^2 ) . (15)
Соответственно, звездные величины m_st объектов как функции красных смещений их спектров равны
m_st=5lg((1+z) ln(1+z) )+1,06τ ln(1+z)+5lg(c/(HR_0 ))+M+25 . (16)
Для Сверхновых 1а при M≅M_0=-19,1 и H=69,3km/cMpc из выражения (16) получим
m_st=24,078+5lg((1+z) ln(1+z) )+ 1,06τln(1+z) . (17)
Сравним расстояния от наблюдателя до одной и той же звезды в стандартной космологической модели Вселенной и в модели Стохастической Вселенной. На рис.2 представлен график отношения (d_ext (z))/(d_st (z) ) . Видно, что в широком диапазоне значений красного смещения эти расстояния почти совпадают. Вплоть до значений z≅6,4 расстояния до звезд в стандартной космологии несколько больше, чем в модели Стохастической Вселенной. Максимальное различие достигается при z≅1,2 . При z>6,4, наоборот, расстояния в модели Стохастической Вселенной больше расстояний в стандартной модели
Рис.2. Отношение расстояний d_ext/d_st до одной и той же звезды в стандартной космологии и в модели Стохастической Вселенной как функция параметра z.
На рис.3. приведена разность магнитуд Сверхновых 1а, вычисленных с использованием соотношений (8) и (17).
Рис.3. Разность ожидаемых магнитуд Сверхновых 1а в представлениях стандартной модели и модели Стохастической Вселенной.
Эта разность не выходит за рамки ошибок измерений во всем доступном для наблюдений диапазоне изменений параметра z .Сравнивая рис.2 и рис.3, можно видеть, что эффект космологического ослабления излучения сказывается на яркости звезд уже при z≈0,5÷1, а с дальнейшим увеличением этого параметра ожидаемая яркость звезд в модели Стохастической Вселенной уменьшается по логарифмическому закону.
Для иллюстрации прогностических возможностей модели Стохастической Вселенной на рис.4 приведена разносная диаграмма экспериментальных значений m_b яркости Сверхновых 1а (ряды 1 - 4) и их прогнозируемых значений (ряд 1).
Рис.4.Разносная диаграмма Хаббла для Сверхновых 1а.
Видно, что разность прогнозируемых и экспериментальных значений яркости звезд не превышает ошибок измерений.
3. Заключение.
Стандартная космологическая модель горячей Вселенной с ее представлениями о расширении пространства не совместима с экспериментальными данными по красному смещению спектров излучения Сверхновых 1а и связанными с ним эффектами . Вызывает удивление, что этот факт оказался вне области внимания астрономического сообщества.
Модель Стохастической Вселенной является возможным вариантом ΛCDM - модели Вселенной без крайностей и противоречий, присущих стандартной космологической модели. В рамках модели находят адекватное объяснение и холодный Хаббловский поток (парадокс Хаббла - Сэндиджа) и эффект "растяжения времени" при наблюдении взрывов Сверхновых 1а.
Что касается микроволнового фона, то бесконечное множество источников нагревания вакуума с самыми разными спектрами волн из-за разного красного смещения этих спектров и с разными амплитудами волн из-за их космологического ослабления, вполне может породить наблюдаемый чернотельный спектр этого фона, а небольшие наблюдаемые вариации характеристик фона могут рассматриваться как свидетельство слабого взаимодействия фона с материей.
Одной из самых важных проблем рассматриваемой модели является проблема воспроизводства основных составляющих Вселенной. Как представляется, в этих процессах определяющую роль играют черные дыры и, возможно, нейтронные звезды.
Литература.
1.Hinshaw G. et al., ApJS, 2009, 180, 225.
2.Planck 2013 results. Cosmological parameters. A@A,2014,571,A16
3.Кульбеда В.Е. О соотношении между космологическими параметрами двухпараметрической ΛCDM - модели расширения плоской Вселенной. http:/www.Astronomy.ru/Горизонты науки о Вселенной, 2016, 24 Nov..
4. Astier, D et al. A@A, 2006,447,31.
5.Riess A. G. et al. Astrophys. J., 2007, 659, 98
5.Riess A. G. et al. Astrophys. J., 2007, 659, 98
6 .Кульбеда В.Е. Нелинейность физического вакуума, красное смещение и необратимость процессов в природе. http:/www.Newtheory.ru/astronomy, 2015 27 June
7.Кульбеда В.Е. Эффект "замедления времени" (time dilution) при взрывах Сверхновых 1а и ... http;/www.Newtheory.ru/astronomy, 2015, 27 June.
8. Кульбеда В,Е. Стохастическая Вселенная. http:/www.Newtheory.ru/astronomy 2017,26 January.
9. Кульбеда В.Е. Красное смещение и космология, http:/www.Newtheory.ru/astronomy 2017, 20 Dec..
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
