Array Журнал «Млечный Путь» - Млечный Путь, 2012 №02

Наблюдения подтверждают вывод о растяжении времени: так, теоретически стандартный период времени между основными фазами кривой яркости сверхновой при наблюдениях действительно оказывается пропорциональным удаленности сверхновой от земного наблюдателя. Поэтому объяснение красного смещения, предложенное Лемэтром, является общепринятым. Однако такое объяснение входит в фундаментальное противоречие с законом сохранения энергии во Вселенной. Поскольку энергия светового кванта однозначно определяется длиной его волны — чем больше длина волны, тем меньше энергия, — то, если длина волны растет (квант «краснеет»), энергия световых квантов в процессе расширения Вселенной уменьшается. Но куда исчезает этот избыток энергии? Если энергия кванта в процессе движения не передается ничему, то ее уменьшение может иметь место лишь при нарушении закона сохранения энергии; если же квант терял бы часть своей энергии («старел»), передавая ее другим фотонам или частицам среды, то направление его движения изменялось бы, изображения далеких галактик были бы расплывчатыми, нечеткими и размытыми тем сильнее, чем дальше эта галактика находится. На самом же деле изображения как близких, так и далеких галактик достаточно четкие и не зависят от их удаленности от наблюдателя.

Поэтому появились работы, в которых изучалась возможность использования эффекта Доплера для объяснения красного смещения. Так, в недавней работе Фульвио Мелиа из США (arXiv:1202.0775v1) обращается внимание на весьма интересное обстоятельство: точно такое же выражение для параметра красного смещения получается в статической метрике (точнее, в шести различных моделях статической метрики), где расширение Вселенной вообще не имеет места, и речь может идти только об эффекте Доплера.

Более того, в работах Банна и Хогга (Bunn, E. F., Hogg, D. W. 2009, AmJPh, 77, 688 (BH9), а также М. Ходоровского (Michal J. Chodorowski, arXiv:0911.3536v3) авторы обосновывают тезис, согласно которому космологическое красное смещение имеет чисто кинематическую природу .

Однако, вопреки этим результатам, в работе Браека и Элгароу (Simen Braeck and Oystein Elgaroy, arXiv:1206.0927v1) выводится точная формула для космологического красного смещения. В правой части этой формулы стоит произведение обычного выражения для релятивистского ( кинематического ) эффекта Доплера и хорошо известного «гравитационного» отношения радиусов кривизны Вселенной в моменты излучения и наблюдения света для космологического красного смещения. Из формулы следует, что для сопутствующих наблюдателей, т. е. наблюдателей, движущихся вместе со световым квантом, красное смещение является эффектом, обусловленным исключительно расширением Вселенной, и оно может рассматриваться в качестве эффекта Доплера только тогда, когда расстояние между наблюдателем и источником света обращается в нуль (о переводах этих работ см. выше сноску). Что ж — дискуссия продолжается…

В обзоре научных новостей предыдущего выпуска мой коллега, ведя речь о присуждении Нобелевской премии по физике за 2011 год в связи с открытием ускоренного расширения Вселенной в нашу эпоху, справедливо писал: «Все эти подтверждения опираются именно на представления Стандартной космологической модели. Однако не следует думать, что вопрос об интерпретации экспериментальных данных, полученных лауреатами, закрыт».

Я бы хотел уточнить, что, строго говоря, экспериментально было открыто вовсе не ускоренное расширение Вселенной, а специфический астрофизический эффект: видимая яркость сверхновых типа Ia изменялась с расстоянием до них не совсем так, как ожидалось. Чтобы объяснить этот эффект, и была доработана Стандартная модель, в которую пришлось ввести новую степень свободы — так называемую космологическую постоянную, введенную (а потом исключенную из теории) когда-то еще самим Эйнштейном. Подобрав численное значение этой постоянной, авторы открытия добились удовлетворительного совпадения наблюдательных данных с теорией. Справедливости ради добавлю, что это же значение космологической постоянной хорошо соответствует данным по гравитационному линзированию (искривлению световых лучей при прохождении мимо массивных объектов) и эффекту Сюняева-Зельдовича (изменение интенсивности радиоизлучения космического фона при рассеянии на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа).

Аналогичное возражение приводится в статье известного польского космолога Анджея Красиньски (Andrzej Krasinski, arXiv:1110.1828v1): «Ускоренное расширение» Вселенной является не наблюдаемым феноменом, а элементом интерпретации наблюдений , к которой нас побуждают принятые большинством космологов модели. Сам Красиньски предлагает альтернативную возможность объяснения открытого эффекта пониженной светимости сверхновых на основе модели неоднородной Вселенной, в которой «ускоренное расширение» оказывается иллюзией (о переводах этих работ см. выше сноску).