Гравитация Том 2 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Pm. Г sS Ю-30 г/см3 (ст0 0,1).
Однако эти пределы, как и другие, полученные иными способами (обзор см. в гл. 4 книги Пиблса [363]) далеки от определенности; пока они столь сильно зависят от теоретических расчетов, что мы не можем чувствовать себя вполне спокойными *).
§ 29.7. КРАТКАЯ СВОДКА СОВРЕМЕННЫХ СВЕДЕНИИ
О КОСМОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ
Лучшие из имевшихся к 1973 г. данных приводят [выражения (29.18), (29.36), (29.40)] к следующим значениям для наблюдательных параметров Вселенной:
Я"1 = (18 ± 2)-10" лет, q0 = 1 ± 0,5 (одна-сигма), если а0 = q0 (А = 0), (29.41)
Ct0 > 0,02.
Эти числа недостаточны для того, чтобы обнаружить, открыта или замкнута Вселенная и будет ли она расширяться вечно или, в конечном счете, ее расширение замедлится, остановится и Вселенная начнет сжиматься.
Если эти сведения разочаровали читателя, он может по крайней мере утешить себя следующим.
1. Имеется отличное согласие между теорией и наблюдением для линейных (малые г) частей соотношений расстояние — красное смещение, величина — красное смещение и угловой диаметр — красное смещение (дополнение 29.4).
2. Имеется замечательное согласие между а) возрастом Bce-
х) На возможность большого количества горячего газа между галактиками было указано в работах [403, 517]. Важные ограничения на количество горячего межгалактического газа были даны в работе 1523]; обзор наблюдательных данных о количестве труднонаблюдаемых масс во Вселенной см. в [524], важные новые работы о «скрытой» массе вокруг галактик см. в [525, 526].— Прим. ред.
§ 29.7. Краткая сводка сведений о космологических параметрах 479
2
ленной у 18 миллиардов лет, если q0 = а0 ^ 1, и 12 миллиардов лет, если qa = O0 = j > вычисленным по измеренной величине H0-,
б) возрастами старейших звезд (~10 -IO9 лет), вычисленными путем сравнения теории звездной эволюции со свойствами наблюдаемых звезд, в) временем (~9 миллиардов лет), прошедшим после ядерного синтеза атомов урана, тория и плутония, найденных на Земле, которое вычислено по измеренным относительным обилиям различных нуклеидов, и г) возрастами (4,6 миллиардов лет) старейших метеоритов и старейших образцов лунных пород, вычисленными по измеренным относительным обилиям других нуклеидов. Более подробно см., например, [459, 475—478].
3. Наблюдения космического микроволнового излучения и измерения обилия гелия способны теперь дать непосредственную информацию о физических процессах во Вселенной, имевших место при красных смещениях z^$> і (гл. 28).
4. Можно найти «длины, принятые за основу сравнения» в радиоисточниках, видимых при Z> 1, с помощью которых по методу углового эффективного расстояния можно измерить q0 И O0 (§ 29.5).
5. Может быть еще раскрыта загадка природы квазаров и их характерного распределения по красным смещениям (большое скопление квазаров при z ~ 2, отсутствие их при z > 3) 1J, и в процессе раскрытия можно получить много новой информации о происхождении структуры Вселенной (дополнение 28.1).
6. Следующее десятилетие вполне может принести столь же много больших наблюдательных сюрпризов и соответствующих новых представлений, сколько их было в прошедшем десятилетии.
29.6. Подсчет источников
Предположим, что можно найти (чего сделать нельзя) семейство оптических источников или радиоисточников, которые 1) все имеют тождественные внутренние светимости L, 2) однородно распределены во Вселенной и 3) рождаются и умирают с одинаковой скоростью, так что число их в единичном сопутствующем координатном объеме навсегда фиксировано.
а. Покажите, что число таких источников N (z) с красными смещениями, меньшими z, наблюдаемых сегодня на Земле, было бы равно
N (z) = Const-Z3 ^l —j (I -j- q0) z + О (z2) J. (29.42)
1J Уже известен квазар с г « 3,5.— Прим. ред.
Яркие
перспективы
наблюдательной
космологии
УПРАЖНЕНИЯ
2
480 29. Современное состояние и будущая эволюция Вселенной
УПРАЖНЕНИЯ
б. Покажите, что число источников N (S) с потоками, превышающими S, наблюдаемых сегодня на Земле, составляло бы
[1-В(#Г+*(#)]. (29.43)
t
-Z1 + 0(z3) поправки первого порядка,
не зависящие от q0 в O0
(Ответ: Cm. § 15.7 из книги [24].) *)
29.7. Плотность космических лучей *)
Предположим, что как бы мы неограниченно не уходили в прошлое, Вселенная содержала бы одинаковое число галактик. Предположим далее, что космические лучи во Вселенной рождались в галактиках и что с момента образования деградировала или была потеряна незначительная доля космических лучей. Выведите выражение для средней плотности энергии космических лучей во Вселенной как функцию 1) сегодняшней плотности числа галактик N0 и 2) непостоянной скорости dEldz, с которой средняя галактика порождала космические лучи в течение предыдущей истории Вселенной. [При красном смещении г в интервале dz средняя галактика освобождает в виде космических лучей энергию (dEldz) dz.]
29.8. Доля неба, покрытая галактиками
Предположим, что красные смещения квазаров являются космологическими. Пусть число галактик на единицу физического объема во Вселенной сегодня равно N0, и пусть с момента времени, соответствующего красному смещению z > 7, галактики не рождались и не разрушались. Пусть D — средний угловой диаметр галактики. Вычислите вероятность того, что свет от квазара с красным смещением ъ прошел при своем движении к Земле по меньшей мере через одну препятствующую галактику. (Подробное обсуждение этой проблемы см. в [4791.)
