Caption
Всем привет, сегодня мы с вами немного коснёмся теории расширения вселенной. Кто и когда подтвердил теорию большого взрыва, которую выдвинул русский физик, переспоривший Эйнштейна. Как получить нобелевку ремонтируя радио и почему Стивен Хокинг считает что нобелевскую дали совсем не тому человеку. Итак, обзор седьмой главы книги Стивена Хокинга «Кратчайшая история времени».
для тех кому лень читать, есть видео, его я бы и рекомендовал.
Всем нам, безусловно, известно такое понятие как параллакс. Даже если вы не знаете что этот эффект носит именно такое название. Для наблюдения этого эффекта достаточно просто посмотреть в окно, когда вы двигаетесь на машине, или любом другом транспорте. Будет казаться, что объекты расположенные ближе к дороге, двигаются быстрее, чем например далёкие горы.
Эффект параллакса позволяет количественно измерить расстояние до предметов, зная их относительную угловую скорость. Это свойство применимо как для деревьев у дороги, так и для звёзд в небе. Оказывается во время движения земли вокруг солнца, не все звёзды неподвижны, они смещаются на очень маленькие, но всё таки измеримые расстояние относительно друг друга. Величина этого смещения и может нам сказать расстояние до этих светил.
Ближайшей соседкой нашего солнца оказалась Проксима. Расстояние до неё уже немыслимо для понимания человека - 4 световых года. Т.е. свету требуется 4 года что пересечь такое расстояние. Другие звёзды и того дальше, большинство видимых звёзд находятся на расстоянии сотен световых лет. Это очень далеко. Так же астрономы заметили, что очень много звёзд находится в области неба, которую мы называем «млечный путь». Уже в 1750 г. некоторые астрономы высказывали предположение, что вид Млечного Пути можно объяснить, если считать, что большинство видимых звезд собраны в дискообразную конфигурацию, наподобие тех, что мы теперь называем спиральными галактиками. Тем не менее полное признание эта идея получила лишь в двадцатом столетии. Теперь мы знаем, что Млечный Путь — наша Галактика — раскинулся от края до края приблизительно на сто тысяч световых лет и медленно вращается.
Эти знания пришли не сразу, картина начала прорисовываться в 1924 году, когда Американский астроном Эдвин Хаббл доказал, что Млечный Путь не единственная галактика. Он заметил другие галактики, которые вовсе не смещались во время движения земли вокруг оси, следовательно они так далеко, что параллакс вообще не даёт для них смещения. Но если нельзя померить расстояние при помощи параллакса, то как же его узнать? Хаббл нашёл довольно изящное решение. Он смог найти уникальные звёзды в нашей галактике, знал расстояния до них (найденное параллаксом) и примерную яркость которую они давали. Далее он предположил, что если мы обнаружим звезды этих классов в далекой галактике, то им можно приписать ту же светимость, какую имеют подобные звезды вблизи нас. Располагая такой информацией, несложно вычислить расстояние до галактики. Если вычисления, проделанные для множества звезд в одной и той же галактике, дают одно и то же расстояние, то можно быть уверенным в правильности нашей оценки. Таким способом Эдвин Хаббл вычислил расстояния до девяти различных галактик.
После этого Хаббл принялся более детально изучать галактики. Точнее измерять расстояние наблюдать за их спектром (испускаемым светом). И на этом моменте нам следует сделать небольшое отступление, что бы затронуть такую интересную штуку как эффект Доплера. Безусловно вы с ним часто встречались. Представим что вы стоите около дороги по которой проезжает машина с сиреной. И вы слышите сначала так иу-иу-иу-иу, а после того как машина проехала как-то вот так: вау-вау-вау. Т.е. частота сирены мигалки зависит от того куда двигается источник звука, к вам или от вас. Если не верите, походите и послушайте, как работает сирена когда покоится. Её звук всегда примерно одинаковый. Все вопросы, задаваемые вам сотрудниками спец служб, объясняйте своей любознательностью.
Почему так происходит. Ответ на самом деле очень прост, если мы вспомним что звук – это волна, и распространяется он с конечной скоростью. Когда источник звука (волн) покоится – волны распространяются во все стороны с одинаковой частотой. Но посмотрите что произойдёт, если источник начнёт двигаться. Расстояние между двумя гребнями в волнах по направлению движения будет уменьшаться, а в противоположную сторону увеличиваться.
Частота звука – это ни что иное как количество колебаний в единицу времени. Сколько гребней в ухо вам влетает за секунду, такая и частота. Итак теперь мы точно видим, что если источник звука двигается к вам, то вам в уши влетит больше гребней в секунду, чем когда источник звука двигается от вас. Движение источника волшебным образом меняет частоту издаваемого звука. Пометочка. На самом деле звук это волна не поперечная, а продольная. Просто поперечную гораздо легче рисовать и понимать. Суть явления от способа рисовки не меняется.
А теперь к настоящей магии. Мы знаем что свет тоже распространяется к конечной скоростью, значит для него будут работать те же правила что и для звука. Но самое поразительное что мы воспринимаем изменение частоты световой волны, как изменение её цвета. Т.е. объект который двигается к нам будет всегда немного более синий, а тот что движется от нас, будет всегда немного более красный.
Вернёмся к Хабблу. Доказав что существуют другие галактики, которые расположены просто невероятно далеко, Хаббл принялся изучать их спектр. Он, конечно, ожидал увидеть смещение спектра в какую-нибудь сторону. Он думал что часть галактик удаляется от нас, а значит, они будут немного более красными, а часть галактик приближается, значит они будут немного более синими. Но каково же было его удивление, когда он обнаружил что все галактики удаляются от нас. Причем чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Отсюда вытекало, что Вселенная не может быть статичной, неизменной в размерах, как считалось ранее. В действительности она расширяется: расстояние между галактиками постоянно растет.
Осознание того, что Вселенная расширяется, произвело настоящую революцию в умах, одну из величайших в двадцатом столетии. Когда оглядываешься назад, может показаться удивительным, что никто не додумался до этого раньше. Ньютон и другие великие умы должны были понять, что статическая Вселенная была бы нестабильна. Уже исходя из законов Ньютона можно было догадаться, что вселенная не может быть статична, но вера в это была невероятно сильна. Даже Эйнштейн был настолько уверен в статичности Вселенной, что в 1915 г. внес специальную поправку в общую теорию относительности, искусственно добавив в уравнения особый член, получивший название космологической постоянной, который и обеспечивал статичность Вселенной.
Среди всеобщего помешательства и остервенелой веры в статичность мира, пожалуй только один человек смог разглядеть истинную картину. Пока весь научный мир правдами и неправдами хотели сохранить статичность вселенной, российский учёный Александр Фридман положил начало нестационарной вселенной. Что, безусловно, вызвало критику со стороны всего научного мира, в том числе и со стороны Альберта Эйнштейна.
В 1922 году на страницах европейского журнала физики (European Physical Journal), Альберт нещадно подверг критике работы Фридмана. Но что гораздо более интересно уже в следующем году, Эйнштейн признал свою ошибку и правоту Российского учёного. Цитата Эйнштейна:
"В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщенного мне г-ном Крутковым, основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет."
Более того, далее Эйнштейн называет космологическую постоянную своей «самой большой научной ошибкой».
Догадку Александра Фридмана и подтвердил Хаббл в 1929 году, спустя 7 лет после начала публикаций Александра. К громадному сожалению Александр этого уже не узнал, так как умер от тифа, съев немытую грушу, во время путешествия с женой в Крым.
Фридман оставил миру сына тоже, Александра, и несколько отличных учеников, в том числе Георгия Гамова. Который считался… ну в общем был стендапер среди физиков.
Спустя 19 лет после открытия Хаббла, в 1948-м году Гамов пишет статью о зарождении вселенной, совместно со своим учеником Ральфом Альфером. И вот просто чтобы название звучало круто, он в авторы приглашает ещё одного физика Ханса Бете, который и в глаза не видел работу. А крутая подпись под статьёй выглядела как Альфер-Бетэ-Гамов. Эта работа, по сути, была развитие трудов Александра Фридмана о зарождении вселенной, сейчас более известная как теория большого взрыва. Согласно этой работе на ранних стадиях вселенная была невероятно горячей и плотной, а затем расширялась и остывала постепенно разлетаясь по вселенной. И вот вроде даже сейчас это излучение, которое образовалось во время большого взрыва, должно летать по всему космосу.
Если вы ещё не запуталась во всей этой Санта-Барбаре из смеси физиков, то вот вам вишенка на торте. В 1965 году два физика Арно Пензиас и Роберт Вильсон отлаживали очень чувствительный микроволновый приемник. По сути крутейшее радио. И их смущало что радиоприёмник давал слишком много шума. Физики устранили казалось бы все источники помех, даже отмыли антенну от голубиных какашек (и это не метафора). Всё равно днём и ночью, летом и зимой, куда не направь антенну, фиксировался этот шум.
Примерно в то же время, два других физика Боб Дик и Джим Пиблс, поняв что в работе Гамова есть корень истины, стали искать это самое излучение которое предсказал в свой работе Гамов. Излучение, которое породил сам большой взрыв. На этом моменте не трудно догадаться, что физики с «испорченным», радиоприёмником услышали о поисках Боба и Джима, и смекнули что на самом деле их приёмник не испорчен просто они смогли поймать то самое излучение, которое научный мир искал уже много лет. Просто скорость его убегания была столь высока, что в соответствии с эффектом Доплера свет сместился в сторону красного так далеко, что вышел за пределы видимого спектра и превратился в микроволновое излучение.
А теперь угадайте кому дали нобелевскую? Бывает что в научном мире нобелевку дают не тем людям, я уже упоминал однажды об этом, но в этот раз даже Стивен Хокинг заметил что это явно несправедливо по отношению к Гамову, который выдвинул теорию и даже назвал точную температуру излучения 3 градуса выше абсолютного нуля. Нобелевскую получили Арно Пензиас и Роберт Вильсон, которые случайно обнаружили излучение ремонтируя радиоприёмник, подтвердив тем самым теорию Гамова выдвинутую им за 17 лет до этого. Сейчас это излучение называют реликтовым.
В следующем выпуске мы с вами посмотрим на самый невероятный феномен физической реальности. Наша планета, да что там лично каждый из вас находится ровно в центре вселенной. А вокруг не просто пустота. Для нас с вами вселенная ограничена (как мыльный пузырь) плёнкой из плазмы толщиною в 380 тысяч световых лет. Не пропусти.
Вы должны войти, чтобы оставить комментарий.