Теория «большого взрыва»

В школьном учебнике астрономии излагается распространенная до недавнего времени теория о том, что Вселенная возникла в результате так называемого «большого взрыва» первоначального сверхплотного ядра, разделившегося впоследствии на газо-пылевую массу, из которой и сформировались сначала прото-звезды, а затем и звезды. Какие причины привели к взрыву ядра, какая энергия обусловила взрыв? На этот вопрос ответа пока не дается, на том трудно оспоримом основании, что в столь сверхплотном состоянии материи могли действовать совершенно неведомые нам законы природы. Так или иначе, энергия этого взрыва должна была быть столь огромной, чтобы преодолеть колоссальные силы гравитации и кроме того, обеспечить потенциальную энергию будущих ядерных превращений.

Основанием этой теории служит предполагаемое разбегание всех галактик друг от друга, то есть расширение Вселенной. Известно, что излучение от удаляющегося источника любых волн воспринимается с меньшей частотой (и большей длиной волны), чем собственная частота удаляющегося источника. Это явление называется эффектом Допплера, оно рассматривается в школьном учебнике и должно быть знакомо учащимся. Наглядной иллюстрацией эффекта Допплера служит наблюдение за кругами на воде, расходящимися от пловца. Перед пловцом волны как бы сплюснуты, а позади него значительно шире, чем если бы он колебал воду, находясь на одном месте (рис. 3).

Собственная частота излучения звезд определяется по их спектрам. Каждый элемент, например водород или гелий, обладает определенным набором собственных частот излучения. Оказывается, что спектры удаленных звезд воспроизводят почти в точности спектры известных на земле элементов, но с небольшим смещением всех линий спектра в сторону увеличения длины волны – в красную сторону спектра. Это явление в астрономии названо «красным смещением» и трактуется как следствие разбегания всех астрономических объектов и эффекта Допплера.

В учебнике астрономии приводится простой способ определения скорости удаления излучающего объекта по величине «красного смещения», если последнее действительно обусловлено эффектом Допплера. Таким образом можно экспериментально определить скорости «разбегания» всех астрономических объектов.

Но что дает нам скорость удаления объекта от нас? Используя простейшие приемы сложения векторов, легко показать, что если две точки удаляются от третьей со скоростями, пропорциональными расстояниям до нее, то и друг от друга эти две точки удаляются со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними, причем с тем же коэффициентом пропорциональности (рис. 4). Исходя из того, что никакая звезда во Вселенной не должна обладать каким-то особым качеством, логично предположить, что все  звезды и галактики удаляются друг от друга со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними, и таким образом вся Вселенная расширяется.

Это предположение  дается в школьном учебнике под названием закона Хаббла, который гласит, что скорость удаления галактики от нас пропорциональна расстоянию до нее.

Коэффициент этой пропорциональности приближенно оценили по наблюдениям за относительно близкими объектами, до которых можно определить расстояния геометрическими методами (по годичным параллаксам).

Приняв приближенно некое значение этого коэффициента и назвав его постоянной Хаббла, определили по «закону Хаббла» расстояния до всех далеких астрономических объектов по величине «красного смещения» линий в их спектрах.