Анализ состоятельности закона Хаббла

Анализ состоятельности закона Хаббла
Астрономия, как наука изучающая окружающее нас мироздание, уже на протяжении более трех
столетий пытается разрешить вопрос о бесконечной или ограниченной в размерах Вселенной.
На начальном этапе с применением телескопов малой разрешающей способностью увеличения
астрономы считали, что видимые звездные скопления и представляют всю Вселенную.
В дальнейшем, совершенствуя строение телескопов ими были обнаружены ряд далеких
самостоятельных звездных скоплений. Вселенная стала представлять собой скопление галактик.
В связи с этим еще острее встал вопрос определения расстояния между галактиками.
В 20-столетии астроном Хаббл при наблюдении далеких небесных объектов обнаружил красное
смещение спектра излучения. Это открытие вошло в закон, устанавливающим связь между
красным смещением и расстояния до объекта (названным в честь автора- законом Хаббла).
c⋅z=H⋅r
где:
с — скорость света в вакууме
 −
z= 1 2 - красное смещение спектра
1
r — расстояние в Мпк (мегапаскаль)
H — постоянная Хаббла
 -длина волны излучения
Так как произведение cz выражает скорость, то многие астрофизики стали считать,что
обнаруженные галактики разбегаются со скоростью пропорционально расстоянию между ними.
Другие астрофизики красное смещение связывают с космологической гравитацией, но пока нет
единого мнения, к тому же постоянную Хаббла на протяжении уже многих лет уточняют в
диапазоне 30 -:- 150 (км/с).
Давайте все таки разберемся в верности закона Хаббла, используя веками проверенные
законы физики.
Исходными данными возьмем параметры нашей галактики- «Млечный путь», приведенными в
свободной энциклопедии «Википедия»:
диаметр Галактики DГ =100000 св.лет
толщинаI =1000 св.лет
массаMГ= 6 *1042 (кг)
расстояние от Солнцаr = 27700 св.лет
до центра Галактики
Как известно, межзвездная среда (МЗС) является исходным веществом при формировании звезд
и представляет собой скорее всего жидкую фазу Водорода, так как при этом состоянии
возможен процесс аккреции. Жидкое состояние Водорода находится в диапазоне температур:
20.4 -:- 14 (К). Исходя из закона распределения Максвелла скорость Водорода при Т=20 (К)
3⋅R⋅T
3⋅8.314⋅20
v=
=
=700 (м/с).
составляет:

1.0079⋅10−3
Следовательно,Солнце находясь в МЗС имеет такую же орбитальную скорость.
В этом случае , гравитационный потенциал менее 700 (м/с),создаваемый ядром Галактики
можно не рассматривать.
Ближайшей звездой к центру Галактики и находящейся в межзвездной среде считается Солнце
(других данных в энциклопедии «Википедия» не найдено), следовательно в расчетах при
необходимости будет использован параметр r = 27700 св.лет.
G⋅M
Используя выражение вычисления гравитационного потенциала v =
определим
r



v 2⋅r 7002⋅27700⋅9.46⋅10 15
M Я=
=
=1.925⋅1036 (кг).
массу ядра:
−11
G
6.6726⋅10
Учитывая, что ядро Галактики не наблюдается в телескоп, т.е не испускает свет, то можно
сказать, что оно представляет собой «черную дыру».
G⋅M Я 6.6726⋅10−11⋅1.925⋅1036
9
R
=
=
=1.427⋅10 (м)
В этом случае радиус ядра равен:
Я
2
8 2
c
3⋅10 
объем ядра равен:
9 3
28
V Я =4.1888⋅1.427⋅10  =1.2177⋅10
плотность вещества ядра:
(м3)
M Я 1.925⋅1036
Я =
=
=1.58085⋅10 8 (кг/м3)
28
V Я 1.2177⋅10
Рассчитаем объем и среднюю плотность вещества Галактики.
Объем равен: V =S⋅I =⋅R 2Г⋅I =3.14⋅50000⋅9.46⋅1015 2⋅1000⋅9.46⋅10 15 =6.649⋅1060 (м3)
MГ
6⋅1042
=
=
=9.024⋅10−19 (кг/м3)
средняя плотность вещества:
60
V
6.649⋅10
Такая плотность вещества соответствует плотности межзвездной среды из Водорода.
концентрация вещества в Галактике n=
⋅N A 9.024⋅10−19⋅6.02204⋅10 23
=
=5.392⋅108 (n/м3 )
−3

1.0079⋅10
Для сравнения рассчитаем среднюю плотность Солнечной системы при объеме галактического
«пузыря» равным 1.03 * 1042 (м3) (объем с границей температурного раздела 20 К)
MC
2⋅1030
−12
=
=1.942⋅10
средняя плотность Солнечной системы: =
(кг/м3)
42
V
1.03⋅10
Как видно из расчетов, средняя плотность Солнечной системы больше средней плотности
Галактики в 2.152⋅106 раз.
Так как масса ядра составляет незначительную часть массы Галактики, то на расчет градиента
скорости, создаваемой Галактикой она не повлияет.
Расстоянии в 1Мпс = 106⋅3.263⋅9.46⋅1015 =3.0868⋅1022 (м),
G⋅M Г
6.6726⋅10−11⋅6⋅1042
следовательно градиент скорости равен: v =
=
=113.88 (км/с)
r
3.0868⋅1022
Как видим , градиент скорости создаваемый Галактикой сравним с еще конкретно не
определенной константой Хаббла, которая принята в настоящее время равной 75 (км/c)/Мпс.
Но расчетная скорость является параметром нашей Галактики и не связана с расстоянием между
галактиками.
Если рассматривать красное смещение по отношению к другой галактике, то градиент скорости
будет параметром рассматриваемой галактики и тоже не связан с расстоянием между
галактиками.
Единственным связывающим параметром можно рассматривать красное смещение на участке в
1Мпк с каждой стороны от галактик.. При расчете гравитационного красного смещения, масса
галактики считалась единым объектом, но реально она состоит из множества звезд, создающих
свой гравитационный потенциал, который на больших расстояниях намного меньше значения:
700 (м/с) т.е скорости МЗС. Следовательно, теоретическое предположение природы красного


смещения за счет космологической гравитации не приемлемо.
Выдвигалась гипотеза старения фотона при преодолении больших расстояний, а это значит, что
фотон достигающий наблюдателя имеет меньшую частоту (соответственно большую длину
волны), т.е спектр излучения будет иметь красное смещение.
Эффект такого красного смещения мной рассмотрен в статье размещенной на сайте:
http://astrophys2011.narod.ru в разделе «Взаимосвязь энергии фотона и энергии электрона».
То есть гипотеза «старения» фотона вполне приемлема.
Рассмотрим выражение красного смещения в другой интерпретации:
 −  c
 − 
1 1
z= 2 1 ⋅ = − ⋅1= 1 2 -красное смещение выражено через частоту фотона ;
1
c
2 1
2
Определим постоянную Хаббла , используя данные по красному смещению для Сириуса В
взятыми из свободной энциклопедии- «Википедия».
z=3.4⋅10−4 ; r=8.6 (св.лет) или r=2.6356⋅10−6 (Мпк)
подставим данные значения в выражение закона Хаббла:
3.4⋅10−4⋅3⋅108
10
=3.8700865⋅10
(1/сек)
3.4⋅10−4⋅3⋅108=H⋅2.6356⋅10−6 , тогда H=
−6
2.6356⋅10
Следовательно, физический смысл постоянной Хаббла является не изменение скорости
наблюдаемого объекта, а изменение частоты фотона при преодолении расстояния в 1(Мпк).
Решая обратную задачу по определению красного смещения при нахождении объекта на
H 3.8700865⋅10 10
z=
=
=129.003
расстоянии 1(Мпк) имеем:
c
3⋅108
В настоящее время самая удаленная галактика наблюдается с красным смещением равным 5.82.
Следовательно, постоянную Хаббла желательно брать по отношению к 1(пк), т.е
H=3.870865⋅10 4 (1/сек) , тогда красное смещение для объекта, находящегося на расстоянии
3.8700865⋅104
z=
=1.29⋅10−4
в 1(пк) равно:
8
3⋅10
Расстояние до объекта с красным смещением 5.82 равно:
5.82⋅3⋅108
r=
=4.51153⋅104 (пк), т.е на четыре порядка дальше созвездия Сириуса.
4
3.8700865⋅10
z⋅c 3.4⋅10−4⋅3⋅108
=
=2.6356 (пк)
Проверка расстояния до созвездия Сириус В: r=
H 3.8700865⋅10 4
Если считать, что фотон может иметь максимальную частоту равной комптоновской частоте, то
c
3⋅108
20
=1.236446⋅10
есть  K = =
(1/сек), то максимальная величина красного
−12
 K 2.4263089⋅10
 K −2 1.236446⋅1020−4.57108⋅1014
=
=2.705⋅105 , 2 - частота
смещения равна: z=
14
2
4.57108⋅10
соответствующая главной фраунгоферовой линии для Водорода с =6563⋅10−10 (м)
Возможный диапазон значений красного смещения z — 0 -:- 270500.
Произведение в левой части выражения закона Хаббла дает фиктивную скорость и никак не
связано со скоростью разбегания галактик.
H
Более корректней выражение закона Хаббла должно иметь вид: z= ⋅r ,смысл закона Хаббла
c
в этом и состоит, что чем больше расстояние до объекта наблюдения тем больше величина
красного смещения.
Выше приведенные расчеты относятся к стационарным объектам Вселенной. Рассмотрим как
изменится расчетное расстояние до Сириуса если учтем скорость Земли на орбите, когда вектор
скорости параллелен направлению наблюдения объекта, то есть рассмотрим влияние
доплеровского эффекта . Скорость Земли на орбите: v= 29 (км/сек), скорость фотона в одном
случае равна: c̊=cv=3⋅10829⋅103=3.00029⋅10 8 (м/сек);
в другом случае:
с̊=с−v =3⋅108−29⋅103=2.99971⋅10 8 (м/сек)
z⋅c̊ 3.4⋅10−4⋅3.00029⋅108
r=
=
=2.635855 (пк)
расстояние до объекта в первом случае:
H
3.8700865⋅10 4
3.4⋅10−4⋅2.99971⋅108
r=
=2.635345 (пк)
во втором случае:
4
3.8700865⋅10
как видим, изменение значения наблюдаются в четвертом знаке после целого числа, т.е
доплеровский эффект мало выражен.
Рассчитаем величину красного смещения при наблюдении планеты Плутон , учитывая , что луч
света проходит расстояние от Солнца до планеты , и отразившись от нее до наблюдателя на
Земле; общее расстояние составляет 1.175⋅1013 (м), в паскалях: 3.8065⋅10−4 (пк)
H⋅r 3.8700865⋅104⋅3.8065⋅10−4
z=
=
=4.91⋅10−8 в этом случае для водородной линии
8
c
3⋅10
 =z⋅2=4.91⋅10−8⋅4.57108⋅1014=2.2444⋅107 (1/сек) или если выражать через длину волны
то  =z⋅2=4.91⋅10−8⋅6563⋅10−10=3.2224⋅10−14 (м)
Регистрируется ли приборами такое красное смещение решать астрономам, мной этот пример
приводится для проверки универсальности применения закона Хаббла как на больших
расстояниях так и на малых.
Заключение:закон Хаббла имеет право на состоятельность с новой интерпретацией:
а) физический смысл постоянной Хаббла заключается в том, что фотон на своем пути
сталкиваясь с веществом межзвездной среды изменяет частоту (т.е теряет энергию)
б) значение постоянной Хаббла H=3.8700865⋅10 4 (1/сек) — изменение частоты при
преодолении расстояния в один паскаль.
в) постоянная Н считается постоянной при однородной концентрации межзвездной среды, в
противном случае необходимо вводить коэффициент учитывающий неоднородность МЗС.
Желающих ознакомиться с моими гипотезами приглашаю посетить выше указанный сайт.
Контактный адрес с автором статьи: email:rifelarn@mail.ru