Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.sao.ru/cats/~satr/cosmo/cosmo_01r.htm
Дата изменения: Thu Nov 16 15:11:40 2000 Дата индексирования: Tue Oct 2 01:56:15 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п р п |
Часть 1: Наблюдения глобальных параметров
Часть 2: Однородность и изотропия; Разные расстояния; Масштабный коэффициент
Часть 3: Пространственная кривизна; Плоскость-возрастность; Горизонт
Часть 4: Инфляция; Анизотропия и неоднородность
Библиография
ЧЗВ | Наставления : Часть 1 | Часть 2 | Часть 3 | Часть 4 | Возраст | Расстояния | Библиография | Относительность
Еще несколько сот веков назад Солнечная система и Вселенная были эквиваленты в умах ученых, так что открытие того, что Земля не не в центре Солнечной системы стало важным шагом в развитии космологии. В начале 20-го столетия Шепли установил, что Солнечная система далека от центра Млечного пути. Так с 20-х годов 20 века наступил этап критических наблюдательных открытий, которрые привели к модели Большого взрыва Вселенной.
1/Ho = (978 Гигалет)/(Ho в км/с/Мпс).Таким образом это значение, полученное Хабблом приблизительно равно 2 миллиардам лет. Так как оно должно быть близко к возрасту Вселенной, и мы знаем (и это было известно в 1929), что возраст Земли больше, чем 2 миллиарда лет, величина Ho привела к сильному скептецизму относительно космологических моделей, и мотивировало появление стационарной модели. Однако, последующая работа показала, что Хаббл спутал два вида переменных звезд -- цефеид в калибровке расстояний, и также то, что Хаббл считал за яркие звезды в далеких галактиках, были на самом деле H II областями. Исправление за ошибки привело к более низкому значению постоянной Хаббла: сейчас главным образом две группы использовали цефеиды: В проекте определения шкалы расстояний на телескопе Хаббла (HST) команда (Freedman, Kennicutt, Mould и др.) которая дает 68-78 км/с/Мпк, в то время как группа Sandage, также используя наблюдения цефеид на HST для калибровки сверхновых первого типа (SNIa), получила 57+/-4 км/с/Мпк. Другие методы измерения шкалы расстояний включают время запаздывания в гравлинзах и эффект Сюняева-Зельдовича в далеких скоплениях галактик: оба метода независимы от калибровки по цефеидам и дают значения, совместимые со средним значениям групп телескопа Хаббла: 65+/-8 km/sec/Mpc. Для этого значения Ho, "возраст" 1/Ho равен 15 миллиардам лет.
Данные Хаббла в 1929 г. действительно были очень бедны, так как
индивидуальные галактики имеют пекулярные скорости в несколько
сот км/с и измерения Хаббла дошли только до 1200 км/с.
Это привело некоторых ученых к предположению
о квадратичном законе красное
смещение-расстояние,
но показанные ниже данные по SNIa из работы
Riess, Press and Kirshner (1996)
v = dD/dt = H*DПрямая на этом графике имеет наклон 64 км/с/Мпк. Так как мы измеряем радиальную скорость, иcпользуя допплеровское смещение, ее часто называют красным смещением, оно определяется так:
1 + z = lambda(наблюдаемая)/lambda(излучаемая)где lambda есть длина волны линии или детали в спектре объекта. Мы знаем из теории относительности , что красное смещение определяется формулой
1 + z = sqrt((1+v/c)/(1-v/c)), так что v = cz + ...
Нижний индекс "o" в Ho (произносится Аш-ноль = "aitch naught") указывает на текущее значение этой переменной от времени величины. Так как 1/Ho приблизительно возраст Вселенной, величина H зависит от времени. Другой величиной с "ноликом" является to, - возраст Вселенной.
Линейный закон d-z, открытый Хабблом сравним со взглядом Коперника
на Вселенную: наше положение не выделено.
Во-первых, скорость удаления симметрична: если А видит Б удаляющимся,
то очевидно Б видит А удаляющимся, как показано на диаграмме:
Закон Хаббла создает однородное расширение, которое не меняет форму объектов, в то время как другие возможные соотношения скорость-расстояние привели бы к искажениям в течение расширения.
Закон Хаббла определяет особую систему отсчета в любой точке Вселенной. Наблюдатель с большим движением по отношению к Хаббловскому потоку измерял бы голубые смещения впереди и большие красные смещения сзади, вместо тех же самых красных смещений, пропорциональных расстоянию в любом направлении. Таким образом мы измеряем наше движение к хаббловскому потоку, которое есть также движение относительно наблюдаемой Вселенной. Сопутствующий наблюдатель находится в покое в этой особой системе отсчета. Наша Солнечная система не совсем сопутствующая: мы имеем скорость 370 км/с относительно наблюдаемой Вселенной. Местная Группа галактик, которая включает Млечный путь, по-видимому, движется со скоростью 600 км/с относительно наблюдаемой Вселенной.
Хаббл измерил несколько галактик разной яркости в различных направлениях
на небе. Он нашел приблизительно то же самое число слабых галактик во
всех направлениях, даже хотя и существует большой избыток ярких
галактик в северной части неба. Когда распределение одно и то же
во всех направлениях оно изотропно.
И когда он искал галактики с потоками ярче чем F/4, он видел в
8 раз больше галактик, чем тех, которые подсчитаны для потоков ярче F.
Так как поток в 4 раза меньше предполагает удвоеннное расстояние, и
следовательно объем обнаружения в 8 раз больше, что указывает, что
Вселенная близка к однородной (имеющей однородную плотность)
на больших масштабах.
Конечно, Вселенная не является реально однородной и изотропной,
так как она содержит плотные области подобные Земле. Но она может
быть еще стационарно однородной и изотропной, как
24 kB модельное поле галактик, которое
однородно и изотропно после сглаживания мелкомасштабных деталей.
Пикок и Доддс (1994, MNRAS, 267, 1020) искали
частичные флуктуации плотности в близкой Вселенной как функцию
радиуса сглаживающим фильтром "цилиндр", и нашли:
Доказательства в пользу изотропной и однородной Вселенной становятся еще
более сильными после открытия в 1965 г. Перзиасом и Уилсоном Космического
микроволнового фона (КМФ). Они наблюдали избыток потока на волне 7.5 см,
эквивалентный излучению от черного тела с температурой
3.7+/-1 К. [Шкала абсолютных температур имеет ту же самую единицу --
градус как в шкале Цельсия, но отсчет ведется так, что температура
замерзания воды равна 273.15 К].
Излучателем фона является объект, который поглощает любое излучение,
которое нагревает его и имеет постоянную температуру.
Многие группы измеряли интенсивность КМФ на разных частотах. В настоящее
время наилучшие данные по спектру КМФ поступили от инструмента FIRAS на
спутнике
COBE
и он показан ниже:
Температура КМФ почти та же самая по всему небу. Рисунок ниже показывает
карту температуры на масштабе от 0К - черный , до 3 К - белый цвет.
Другое свидетельство в пользу Большого Взрыва дает обилие легких элементов, таких как водород, дейтерий (тяжелый водород), гелий и литий. Так как Вселенная расширяется, фотоны КМФ теряют энергию благодаря красному смещению и КМФ становится холоднее. Это обозначает, что в прошлом температура фона была выше. Когда Вселенной было только несколько минут от роду, температура была достаточной, чтобы создать легкие элементы в термоядерном горении. Теория нуклеосинтеза в Большом Взрыве предсказывает, что только 1/4 всей массы Вселенной должна быть гелием, что очень близко к наблюдаемому. Обилие дейтерия обратно пропорционально плотности нуклеонов во вселенной, и наблюдаемое обилие дейтерия предполагает, что в каждых 4-7 м^3 пространства Вселенной имеется один нуклеон.
ЧЗВ | Наставления : Часть 1 | Часть 2 | Часть 3 | Часть 4 | Возраст | Расстояния | Библиография | Теория относительности
© 1996-1999 Edward L. Wright. Последняя правка 6-Окт-1999