15.6. РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Наконец, переходя к самым большим масштабам, мы приближаемся к размерам самой Вселенной. В современную эпоху Вселенная находите в состоянии однородного расширения. Эмпирической основой теории расширяющейся Вселенной является закон Хаббла, устанавливающий линейную зависимость между расстоянием котором находится галактика, и скоростью ее удаления

Здесь постоянная Хаббла. Существует некоторое расхождение в вопросе о ее точном значении. Мы будем считать ее равной однако заметим, что некоторые специалисты склоняются к значению в полтора раза большему. Итак, галактика, находящаяся на расстоянии удаляется от нас со скоростью

Покажем, как из этих наблюдений следует однородность расширения Вселенной. Рассмотрим однородно расширяющуюся систему точек (рис. 15.12). Поскольку они разбегаются однородно, расстояние между любыми двумя точками увеличивается за данный временной интервал в одно и то же число раз. Относительно нашей Галактики это дает

Рис. 15.11. (см. скан) Распределение на небесной сфере галактик со звездной величиной меньше по результатам подсчетов галактик, проведенных на Ликской обсерватории. Северный полюс Галактики расположен в центре, 0° галактической широты соответствует граница рисунка. Используется равновеликая проекция (сохраняющая отношения площадей), которая дает истинное представление о распределении галактик. Темный сегмент справа внизу связан с тем, что данные об этих областях неба отсутствуют в Ликском обзоре [22].

т. е.

Отсюда скорость удаления галактики 1 относительно наблюдателя на Земле равна

Рис. 15.12.

Но постоянно для любых галактик при одних и тех же Поэтому

в заданный интервал времени, т. е. скорость разбегания при однородном распределении галактик строго пропорциональна расстоянию Вот почему закон Хаббла означает однородность расширения Вселенной в современную эпоху.

Оказывается, отклонения от однородного хаббловского расширения довольно малы, поэтому, измеряя скорость галактики, мы с помощью закона Хаббла непосредственно получаем оценку расстояния до нее: Скорость удаления галактик легко измерить по сдвигу линий в их спектрах относительно их положений в покоящейся системе отсчета. Красное смещение галактики определяется по наблюдаемой и собственной длинам волн и Формуле

Пока скорость удаления много меньше скорости света, следовательно, Когда же красное смещение приближается к единице, эффективное расстояние и красное смещение связываются формулами релятивистской космологии.

Что подразумевается под размером Вселенной? Это просто расстояние, на котором скорость удаления галактик достигает скорости света На таких больших расстояниях значительно удобнее указывать время, когда галактика излучила свет, чем расстояние до нее. Таким образом, наблюдая галактику, удаляющуюся со скоростью, сравнимой со скоростью света, мы видим ее в то время, когда Вселенная была значительно моложе, чем теперь. Предел с также ограничивает область Вселенной, доступную для наблюдений сегодня, т. е. определяет горизонт, из-за которого мы не можем получать информацию. Естественнее всего рассматривать этот размер по отношению, скажем, к характерному расстоянию между богатыми скоплениями, которое составляет порядка В этих единицах наблюдаемая Вселенная оказывается совсем не такой уж большой!

С характерным размером Вселенной связан и космологический масштаб времени лет. Предположим, что Вселенная заполнена только пробными частицами, не имеющими массы покоя. Тогда гравитация не будет тормозить расширение, и пробные частицы будут двигаться с постоянной скоростью. Если галактика наблюдается на расстоянии то, поскольку ее скорость постоянна, она должна была бы выйти из начала координат лет назад. Другими словами, характерный возраст Вселенной. Его точное значение зависит от выбранной космологической модели и от принятого значения постоянной Хаббла. Если учесть гравитацию, то характерное время окажется короче, так как в прошлом было больше. Это значение лет является максимальным возрастом любых объектов во Вселенной.