Гравитация Том 2 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Расширение Вселенной вызывало красное смещение температуры свободно распространяющихся фотонов в соответствии с законом T ~ 1/а (см. дополнение 29.2). Вследствие этого фотоны сегодня имеют чернотельный спектр с температурой 2,7 К.
Они отождествлены с космическим микроволновым излучением, которое было открыто в 1965 г. и дает непосредственную информацию о природе Вселенной в момент их последнего взаимодействия с веществом (ala0 ~ 10_3, і ~ IOs лет, если не было вторичной ионизации; а/а0 ~ 0,1, t ~ 5-Ю8 лет, если происходила вторичная ионизация).
ВерНеМСЯ К ИСТОРИИ вещества. В ПерИОД ДО рекомбинации а) кощенвация давление фотонов («упругость космологической ЖИДКОСТИ») пре- и^скогаенииГ™*11 дотвращает конденсацию однородного вещества (25% He4, 75% Н) '(ю’лет^^ю1 лет) в звезды, галактики и скопления галактик. Однако после рекомбинации фотонное давление несущественно и может начаться конденсация. Малые возмущения плотности вещества, относящиеся, возможно, к началу расширения, начинают тогда вырастать до все больших и больших значений. Где-нибудь между а/а0 ~ 1/30 и а/а0 ~ 1/10 (IO8 лет С t ^ IO8 лет) эти возмущения начинают развиваться в звезды, галактики и скопления галактик.
Несколько позже при а!а0 ~ 1/4, по-видимому, «зажигаются» квазары, испуская свет, который астрономы сегодня принимают на Земле (см. дополнение 28.1).
28.1. Неопределенности в эволюции
Современные наблюдения, предположение о полной однородности и изотропии в начале расширения, допущение того, что избыток лептонов над антилептонами меньше или порядка избытка барионов над антибарионами,— все это налагает следующие пределы на сегодняшние значения космологических параметров.
Современная плотность вещества = рвещ., о заключена в интервале от IO-28 до 2-Ю-31 г/смя; к = 0 или +1 или —1;
температура электромагнитного излучения сегодня =2,7 -± ± 0,1 К,
444 28. Эволюция Вселенной к ее современному состоянию
упражнение Полная плотность излучения (наблюдаемые фотоны, ней*
трино и гравитоны, которые, вероятно, возникают в горят чей модели большого взрыва в тепловом равновесии с фотонами) = риал., о заключена в интервале от 0,7-IO-38 до 1,2-IO-83 г/см3.
(Неопределенности, которые учитываются В ризл.. О) включают в себя: неопределенность, связанную с тем, были ли в ранний период квадрупольные моменты достаточны для того, чтобы создать гравитоны, в полной мере соответствующие тепловому равновесию, и неопределенность, касающуюся числа и статистических весов сортов частиц, находившихся в равновесии в момент отделения гравитонов.) Воспользовавшись уравнениями § 27.10, вычислите неопределенности в эволюционной истории (фиг. 28.1), вызванные этими неопределенностями в знании современного состояния Вселенной.
Дополнение 28.1. ЭВОЛЮЦИЯ ПОПУЛЯЦИИ КВАЗАРОВ
Тот факт, что крупномасштабные усредненные свойства Вселенной заметно изменяются со временем, можно вывести из данных, полученных при наблюдении квазаров. Короче говоря, оказывается, что при красном смещении z » 2 во Вселенной квазаров примерно в 50 раз больше, чем при z « 0,5, а при красных смещениях z > 3 их существенно меньше или они отсутствуют совсем. (Об использовании красного смещения для характеристики времени, прошедшего с момента большого взрыва, см. дополнение 29.3.) Шмидт [441] приводит следующий более подробный анализ данных *).
1. Шмидт с самого начала предполагает, что красные смещения квазаров по происхождению космологические [красное смещение = (постоянная Хаббла) X X (расстояние), см. § 29.2]. Приведем доказательства.
а. Наблюдения: Некоторые квазары локализованы в скоплениях галактик (об этом свидетельствует как положение на небе, так и одинаковость красных смещений квазара и галактик в скоплении, см. [442]). Поскольку космологический характер соотношения расстояния — красное смещение не вызывает сомнений (дополнения 29.4 и 29.5), то красные смещения этих специфических квазаров должны быть космологическими.
б. Теория: Наблюдаемые красные смещения квазаров (z ~ 1 3) не могут
быть гравитационными по происхождению; объекты с гравитационными красными смещениями, большими z « 0,5, неустойчивы относительно коллапса (см. гл. 24 и 26 и дополнение 25.9). Маловероятно, чтобы красные смещения квазаров были допплеровскими; можно ли столь массивные объекты ускорить до V « 1, не разрушив их полностью? Остается единственная возможность — красные смещения квазаров являются космологическими.
1J Мы даем упрощенный вариант аргументации Шмидта [441]. Читатель, заинтересованный в более точном рассмотрении, должен обратиться к его оригинальной работе.
§ 28.1. «Стандартная модель» Вселенной 445
I
По этой причине противники космологической гипотезы обычно чувствуют настоятельную необходимость взывать к нарушению в квазарах законов физики в современном их понимании. (Cm., например, [443J и цитированные там работы. В цитированных работах описаны также свидетельства против космологического предположения, свидетельства, которые некоторые известные исследователи находят неопределенными, однако большинство астрофизиков к 1972 г. не поддерживает эту точку зрения.)
