Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 116 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

228
229
Âñåëåííàÿ áåñêîíå÷íà è ÷èñëî çâåçä òàêæå áåñêîíå÷íî), òàê êàê
÷èñëî çâåçä (ïî ðàññìàòðèâàåìîé ìîäåëè) êîíå÷íî â ñèëó
êîíå÷íîñòè îáúåìà Ìèðà, à èç-çà ïîãëîùåíèÿ ýíåðãèè
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â ìåæçâåçäíîì ïðîñòðàíñòâå
îñâåùåííîñòü íåáà ñòàíîâèòñÿ ìàëîé.
Ìîäåëü ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé - ýòî ñàìàÿ ïåðâàÿ ìîäåëü
Ìèðà, êàê óêàçûâàëîñü âûøå, ïðåäëîæåííàÿ ñàìèì ñîçäàòåëåì
ÎÒÎ. Îäíàêî óæå â íà÷àëå 20-õ ãã. ñîâåòñêèé ôèçèê è ìàòåìàòèê
À. À. Ôðèäìàí äàë äðóãîå ðåøåíèå óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà â ÎÒÎ
è ïîëó÷èë äâà âàðèàíòà ðàçâèòèÿ äëÿ òàê íàçûâàåìîé
íåñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé. ×åðåç íåñêîëüêî ëåò àìåðèêàíñêèé
ó÷åíûé Õàááë ïîäòâåðäèë ðåøåíèÿ Ôðèäìàíà, îáíàðóæèâ
ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ïî Ôðèäìàíó, â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû
ñðåäíåé ïëîòíîñòè ìàòåðèè âî Âñåëåííîé, íàáëþäàåìîå â
íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàñøèðåíèå èëè áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ âå÷íî, èëè
ïîñëå çàìåäëåíèÿ è îñòàíîâêè ãàëàêòè÷åñêèõ îáðàçîâàíèé
íà÷íåòñÿ ïðîöåññ ñæàòèÿ Ìèðà.  ðàìêàõ äàííîé êíèãè ìû íå
ìîæåì äàëåå îáñóæäàòü ýòó òåìó è îòñûëàåì ëþáîçíàòåëüíûõ
÷èòàòåëåé ê äîïîëíèòåëüíîé ëèòåðàòóðå, óêàçàííîé â êîíöå
ïîñîáèÿ. Ìû æå êîñíóëèñü ýòîãî âîïðîñà ïîòîìó, ÷òî è ìîäåëü
ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïîçâîëÿåò óñòðàíèòü ðàññìîòðåííûé
âûøå ôîòîìåòðè÷åñêèé ïàðàäîêñ, îïèðàÿñü ïðè ýòîì íà äðóãèå
îñíîâàíèÿ. Áëàãîäàðÿ ðàñøèðåíèþ Âñåëåííîé è óäàëåíèþ çâåçä
îò Çåìëè äîëæåí íàáëþäàòüñÿ ýôôåêò Äîïëåðà (â äàííîì ñëó÷àå
óìåíüøåíèå ÷àñòîòû ïðèõîäÿùåãî ñâåòà) - òàê íàçûâàåìîå
êðàñíîå ñìåùåíèå ÷àñòîòû ñâåòà (íå ïóòàòü ñ ïîäîáíûì ýôôåêòîì,
ñâÿçàííûì íå ñ äâèæåíèåì èñòî÷íèêà ñâåòà, à ñ åãî
ãðàâèòàöèîííûì ïîëåì). Â ðåçóëüòàòå ýôôåêòà Äîïëåðà ýíåðãèÿ
ñâåòîâîãî ïîòîêà ñóùåñòâåííî îñëàáëÿåòñÿ è âêëàä çâåçä,
íàõîäÿùèõñÿ çà ïðåäåëàìè íåêîòîðîãî ðàññòîÿíèÿ îò Çåìëè,
ïðàêòè÷åñêè ðàâåí íóëþ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îáùå ïðèçíàíî, ÷òî
Âñåëåííàÿ íå ìîæåò áûòü ñòàöèîíàðíîé, íî ìû âîñïîëüçîâàëèñü
òàêîé ìîäåëüþ èç-çà åå ïðîñòîòû, à ïîëó÷åííûé ðàäèóñ Ìèðà
íå ïðîòèâîðå÷èò ñîâðåìåííûì íàáëþäåíèÿì.
×åðíûå äûðû
Ñêàæåì ñðàçó, ÷òî ÷åðíûå äûðû âî Âñåëåííîé
ýêñïåðèìåíòàëüíî åùå íå îáíàðóæåíû, íî èìååòñÿ óáåæäåííîñòü
â èõ ñóùåñòâîâàíèè (íàñ÷èòûâàåòñÿ îêîëî 100 êàíäèäàòîâ â íàøåé
Ìåòàãàëàêòèêå íà òàêîé ýêçîòè÷åñêèé îáúåêò). Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì,
÷òî çâåçäà, ïðåâðàòèâøàÿñÿ â ÷åðíóþ äûðó, íå ìîæåò áûòü
îáíàðóæåíà ïî ñâîåìó èçëó÷åíèþ (îòñþäà è íàçâàíèå ÷åðíàÿ
äûðà), òàê êàê, îáëàäàÿ ãèãàíòñêèì ïîëåì òÿãîòåíèÿ, íå äàåò íè
ýëåìåíòàðíûì ÷àñòèöàì, íè ýëåêòðîìàãíèòíûì âîëíàì ïîêèíóòü
ïîâåðõíîñòü. Íàïèñàíî ìíîæåñòâî òåîðåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé,
ïîñâÿùåííûõ ÷åðíûì äûðàì, èõ ôèçèêà ìîæåò áûòü îáúÿñíåíà
òîëüêî íà îñíîâå 0ÒÎ. Òàêèå îáúåêòû ìîãóò âîçíèêíóòü íà
çàêëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè çâåçäû, êîãäà (ïðè
îïðåäåëåííîé ìàññå, íå ìåíüøå 2-3 ñîëíå÷íûõ ìàññ) ñâåòîâîå
äàâëåíèå èçëó÷åíèÿ íå ìîæåò ïðîòèâîäåéñòâîâàòü
ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ è çâåçäà êîëëàïñèðóåò, ò.å.
ïðåâðàùàåòñÿ â ýêçîòè÷åñêèé îáúåêò - ÷åðíóþ äûðó.
Ïîäñ÷èòàåì ìèíèìàëüíûé ðàäèóñ çâåçäû, íà÷èíàÿ ñ êîòîðîãî
âîçìîæåí åå êîëëàïñ. ×òîáû âåùåñòâåííîå òåëî ìîãëî ïîêèíóòü
ïîâåðõíîñòü çâåçäû, îíî äîëæíî ïðåîäîëåòü åå ïðèòÿæåíèå. Ýòî
âîçìîæíî, åñëè ñîáñòâåííàÿ ýíåðãèÿ òåëà (ýíåðãèÿ ïîêîÿ)
ïðåâîñõîäèò ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ãðàâèòàöèè, ÷òî òðåáóåòñÿ
ïî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè. Ìîæíî ñîñòàâèòü
íåðàâåíñòâî:
.
2
çâ
R
GmM
mc >
Íà îñíîâàíèè ïðèíöèïà ýêâèâàëåíòíîñòè, ñëåâà è ñïðàâà
ñòîèò îäíà è òà æå ìàññà òåëà. Ïîýòîìó ñ òî÷íîñòüþ äî
ïîñòîÿííîãî ìíîæèòåëÿ ïîëó÷àåì ðàäèóñ çâåçäû, êîòîðàÿ ìîæåò
ïðåâðàòèòüñÿ â ÷åðíóþ äûðó:
R
ÇÂ
~
ø
R
c
GM
=
2
Âïåðâûå ýòó âåëè÷èíó ðàññ÷èòàë íåìåöêèé ôèçèê
Øâàðöøèëüä åùå â 1916 ã, â ÷åñòü íåãî ýòó âåëè÷èíó íàçûâàþò
ðàäèóñîì Øâàðöøèëüäà, èëè ãðàâèòàöèîííûì ðàäèóñîì. Ñîëíöå
Âñåëåííàÿ áåñêîíå÷íà è ÷èñëî çâåçä òàêæå áåñêîíå÷íî), òàê êàê                            “×åðíûå äûðû”
÷èñëî çâåçä (ïî ðàññìàòðèâàåìîé ìîäåëè) êîíå÷íî â ñèëó                 Ñêàæåì ñðàçó, ÷òî “÷åðíûå äûðû” âî Âñåëåííîé
êîíå÷íîñòè îáúåìà Ìèðà, à èç-çà ïîãëîùåíèÿ ýíåðãèè               ýêñïåðèìåíòàëüíî åùå íå îáíàðóæåíû, íî èìååòñÿ óáåæäåííîñòü
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â ìåæçâåçäíîì ïðîñòðàíñòâå                 â èõ ñóùåñòâîâàíèè (íàñ÷èòûâàåòñÿ îêîëî 100 êàíäèäàòîâ â íàøåé
îñâåùåííîñòü íåáà ñòàíîâèòñÿ ìàëîé.                              Ìåòàãàëàêòèêå íà òàêîé ýêçîòè÷åñêèé îáúåêò). Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì,
     Ìîäåëü ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé - ýòî ñàìàÿ ïåðâàÿ ìîäåëü     ÷òî çâåçäà, ïðåâðàòèâøàÿñÿ ⠓÷åðíóþ äûðó”, íå ìîæåò áûòü
Ìèðà, êàê óêàçûâàëîñü âûøå, ïðåäëîæåííàÿ ñàìèì ñîçäàòåëåì        îáíàðóæåíà ïî ñâîåìó èçëó÷åíèþ (îòñþäà è íàçâàíèå “÷åðíàÿ
ÎÒÎ. Îäíàêî óæå â íà÷àëå 20-õ ãã. ñîâåòñêèé ôèçèê è ìàòåìàòèê    äûðà”), òàê êàê, îáëàäàÿ ãèãàíòñêèì ïîëåì òÿãîòåíèÿ, íå äàåò íè
À. À. Ôðèäìàí äàë äðóãîå ðåøåíèå óðàâíåíèé Ýéíøòåéíà â ÎÒÎ       ýëåìåíòàðíûì ÷àñòèöàì, íè ýëåêòðîìàãíèòíûì âîëíàì ïîêèíóòü
è ïîëó÷èë äâà âàðèàíòà ðàçâèòèÿ äëÿ òàê íàçûâàåìîé               ïîâåðõíîñòü. Íàïèñàíî ìíîæåñòâî òåîðåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé,
íåñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé. ×åðåç íåñêîëüêî ëåò àìåðèêàíñêèé       ïîñâÿùåííûõ “÷åðíûì äûðàì”, èõ ôèçèêà ìîæåò áûòü îáúÿñíåíà
                                                                 òîëüêî íà îñíîâå 0ÒÎ. Òàêèå îáúåêòû ìîãóò âîçíèêíóòü íà
ó÷åíûé Õàááë ïîäòâåðäèë ðåøåíèÿ Ôðèäìàíà, îáíàðóæèâ
                                                                 çàêëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè çâåçäû, êîãäà (ïðè
ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ïî Ôðèäìàíó, â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû
                                                                 îïðåäåëåííîé ìàññå, íå ìåíüøå 2-3 ñîëíå÷íûõ ìàññ) ñâåòîâîå
ñðåäíåé ïëîòíîñòè ìàòåðèè âî Âñåëåííîé, íàáëþäàåìîå â            äàâëåíèå èçëó÷åíèÿ íå ìîæåò ïðîòèâîäåéñòâîâàòü
íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàñøèðåíèå èëè áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ âå÷íî, èëè     ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ è çâåçäà “êîëëàïñèðóåò”, ò.å.
ïîñëå çàìåäëåíèÿ è îñòàíîâêè ãàëàêòè÷åñêèõ îáðàçîâàíèé           ïðåâðàùàåòñÿ â ýêçîòè÷åñêèé îáúåêò - “÷åðíóþ äûðó”.
íà÷íåòñÿ ïðîöåññ ñæàòèÿ Ìèðà.  ðàìêàõ äàííîé êíèãè ìû íå        Ïîäñ÷èòàåì ìèíèìàëüíûé ðàäèóñ çâåçäû, íà÷èíàÿ ñ êîòîðîãî
ìîæåì äàëåå îáñóæäàòü ýòó òåìó è îòñûëàåì ëþáîçíàòåëüíûõ         âîçìîæåí åå “êîëëàïñ”. ×òîáû âåùåñòâåííîå òåëî ìîãëî ïîêèíóòü
÷èòàòåëåé ê äîïîëíèòåëüíîé ëèòåðàòóðå, óêàçàííîé â êîíöå         ïîâåðõíîñòü çâåçäû, îíî äîëæíî ïðåîäîëåòü åå ïðèòÿæåíèå. Ýòî
ïîñîáèÿ. Ìû æå êîñíóëèñü ýòîãî âîïðîñà ïîòîìó, ÷òî è ìîäåëü      âîçìîæíî, åñëè ñîáñòâåííàÿ ýíåðãèÿ òåëà (ýíåðãèÿ ïîêîÿ)
ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïîçâîëÿåò óñòðàíèòü ðàññìîòðåííûé        ïðåâîñõîäèò ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ãðàâèòàöèè, ÷òî òðåáóåòñÿ
âûøå ôîòîìåòðè÷åñêèé ïàðàäîêñ, îïèðàÿñü ïðè ýòîì íà äðóãèå       ïî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè. Ìîæíî ñîñòàâèòü
îñíîâàíèÿ. Áëàãîäàðÿ ðàñøèðåíèþ Âñåëåííîé è óäàëåíèþ çâåçä       íåðàâåíñòâî:
îò Çåìëè äîëæåí íàáëþäàòüñÿ ýôôåêò Äîïëåðà (â äàííîì ñëó÷àå                                         GmM
                                                                                           mc 2 >        .
óìåíüøåíèå ÷àñòîòû ïðèõîäÿùåãî ñâåòà) - òàê íàçûâàåìîå                                               Rçâ
êðàñíîå ñìåùåíèå ÷àñòîòû ñâåòà (íå ïóòàòü ñ ïîäîáíûì ýôôåêòîì,       Íà îñíîâàíèè ïðèíöèïà ýêâèâàëåíòíîñòè, ñëåâà è ñïðàâà
ñâÿçàííûì íå ñ äâèæåíèåì èñòî÷íèêà ñâåòà, à ñ åãî                ñòîèò îäíà è òà æå ìàññà òåëà. Ïîýòîìó ñ òî÷íîñòüþ äî
ãðàâèòàöèîííûì ïîëåì).  ðåçóëüòàòå ýôôåêòà Äîïëåðà ýíåðãèÿ      ïîñòîÿííîãî ìíîæèòåëÿ ïîëó÷àåì ðàäèóñ çâåçäû, êîòîðàÿ ìîæåò
ñâåòîâîãî ïîòîêà ñóùåñòâåííî îñëàáëÿåòñÿ è âêëàä çâåçä,          ïðåâðàòèòüñÿ ⠓÷åðíóþ äûðó”:
íàõîäÿùèõñÿ çà ïðåäåëàìè íåêîòîðîãî ðàññòîÿíèÿ îò Çåìëè,                                        GM
ïðàêòè÷åñêè ðàâåí íóëþ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îáùå ïðèçíàíî, ÷òî                             RÇÂ~       = Rø
                                                                                                 c2
Âñåëåííàÿ íå ìîæåò áûòü ñòàöèîíàðíîé, íî ìû âîñïîëüçîâàëèñü
                                                                     Âïåðâûå ýòó âåëè÷èíó ðàññ÷èòàë íåìåöêèé ôèçèê
òàêîé ìîäåëüþ èç-çà åå “ïðîñòîòû”, à ïîëó÷åííûé “ðàäèóñ” Ìèðà    Øâàðöøèëüä åùå â 1916 ã, â ÷åñòü íåãî ýòó âåëè÷èíó íàçûâàþò
íå ïðîòèâîðå÷èò ñîâðåìåííûì íàáëþäåíèÿì.                         ðàäèóñîì Øâàðöøèëüäà, èëè ãðàâèòàöèîííûì ðàäèóñîì. Ñîëíöå

228                                                                                                                         229