Реферат: Расширение вселенной и красное смещение

Несмотря на то, что теорема Пенроуза относилась, на первый взгляд, только к звездам, С. Хокинг, автор книги «От Большого Взрыва до черных дыр», прочитав в 1965 г. о теореме Пенроуза, согласно которой любое тело в процессе гравитационного коллапса должно в конце концов сжаться в сингулярную точку, понял, что если в этой теореме изменить направление времени на обратное, так чтобы сжатие перешло в расширение, то эта теорема тоже будет верна, коль скоро Вселенная сейчас хотя бы грубо приближенно описывается в крупном масштабе моделью Фридмана. По соображениям технического характера в теорему Пенроуза "оыло введено в качестве условия требование, чтобы Вселенная была бесконечна в пространстве. Поэтому на основании этой теоремы Хокинг мог доказать лишь, что сингулярность должна существовать, если расширение Вселенной происходит достаточно быстро, чтобы не началось повторное сжатие (ибо только такие фридмановские модели бесконечны в пространстве). Потом Хокинг несколько лет разрабатывал новый математический аппарат, который позволил бы устранить это и другие техничес­кие условия из теоремы о необходимости сингулярности. В итоге в 1970 г. Хокинг с Пенроузом написали совместную статью, в кото­рой наконец доказали, что сингулярная точка большого взрыва должна существовать, опираясь только на то. что верна общая тео­рия относительности и что во Вселенной содержится столько ве­щества, сколько мы видим.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ — увеличение длин волн линий в спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Количественно красное смещение характеризуется обычно величиной ž=(λприн — λисп)/λисп, где λисп и λприн - соответственно длина волны, испущенной источником, и длина вол­ны, принятой наблюдателем (приёмни­ком излучения). Известны два механиз­ма, приводящих к появлению красного смещения.

Красное смещение, обусловленное эффектом Доплера, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приво­дит к увеличению расстояния между ними. В релятиви­стском случае, когда скорость движения источника сравнима со скоростью света, красное смещение может возникнуть и в том случае, если расстояние между движущимся источником и приёмником не изменяет­ся (т. н. поперечный эффект Доплера). Красное смещение, возникающее при этом, интер­претируется как результат релятивист­ского «замедления» времени на источнике по отношению к наблюдателю.

Гравитационное красное смещение воз­никает, когда приёмник света находится в области с меньшим (по модулю) гра­витационным потенциалом φ, чем источ­ник. В классической интерпретации этого эффекта фотоны теряют часть энергии (энергии фотона ε = hν₀ ) на преодоле­ние сил гравитации. В результате харак­теризующая фотон частота ν уменьшает­ся, а длина волны излучения λ = c/ν растёт: ν= ν₀ (l + (φ₁ – φ₂ )/с² ), где φ₁ и φ₂ – гравитационные потенциалы в местах генерации и приёма излучения. Приме­ром гравитационного красного смещения может служить наб­людаемое смещение линий в спектрах плотных звёзд — белых карликов.

Наибольшие красные смещения наблюдаются в спектрах далёких внегалактических объек­тов — галактик и квазаров — и интер­претируются как следствие расширения Вселенной. Величина z в первом приближении прямо пропор­циональна лучевой скорости объектов, которая для внегалактических объектов про­порциональна расстоянию r. Зависи­мость z от r часто называют законом Хаббла:

cz = Hr, а величину H - постоянной Хаббла. Закон Хабб­ла обычно используется для определе­ния расстояний до внегалактических объек­тов по их красному смещению, если последнее доста­точно велико (10^-3 <z<1, см.). Красное смещение для наиболее далёких из известных галактик составляют ~ 1, а для ряда квазаров превышают 3,5.

Список использованной литературы:

С. Хокинг «От Большого Взрыва до черных дыр»

Физика космоса: маленькая энциклопедия.