Реферат: Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд

Николай Жук

г. Харьков, Украина

Показано, что микроволновое фоновое излучение космоса может быть суммарным излучением всех звёзд стационарной Вселенной при наличии пространственной диссипации энергии электромагнитных волн. Выведена формула температуры этого излучения, показан чернотельный характер его спектра и совместимость закона распространения электромагнитных волн с диаграммой Хаббла. Приведены количественные оценки суммарного излучения и показано их соответствие характеристикам реально наблюдаемого микроволнового фонового излучения.

Введение

Современные представления о Вселенной базируются на открытиях красного смещения в спектрах излучения галактик, пропорционального расстоянию до них (Э. Хаббл, 1929 г.), и микроволнового фонового излучения космоса с температурой 2,7 К (А. Пензиас и Р. Вильсон, 1965 г.).

Первое из них было истолковано на основе эффекта Доплера как взаимное удаление галактик друг от друга, т. е. расширение Вселенной, а второе — как остывший электромагнитный остаток (реликт) Большого Взрыва, который якобы произошёл 20 млрд. лет тому назад и привёл в движение все массы Вселенной. Однако последние исследования показывают, что указанные открытия ни порознь, ни в совокупности не являются достаточным основанием для такого заключения.

Так, в работах [1, 2] обоснована стационарная модель Вселенной, в рамках которой показано, что Вселенная не может быть консервативной системой, и что в ней должна существовать диссипация энергии при движении материальных тел и распространении полей за счёт глобального гравитационного взаимодействия со всеми массами Вселенной. По отношению к свету диссипация энергии должна проявляться в виде уменьшения частоты по закону

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (1)

где: Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— начальная и конечная частоты света; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— пройденное светом расстояние; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— радиус гравитационных взаимодействий, который, в свою очередь, определяется по формуле

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд(2)

и зависит от скорости света Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, гравитационной постоянной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди средней плотности Вселенной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд.

Здесь не будет обсуждаться правильность или ошибочность вышеуказанного закона, а будет показано, что наличие такого закона не противоречит наблюдаемой картине мира и, в частности, существованию микроволнового фонового излучения космоса.

1. Температура суммарного излучения звёзд

Как известно, полный световой поток источника света Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— это поток света сквозь произвольную замкнутую поверхность, охватывающую источник света. При этом сила света точечного источника или средняя сферическая сила света равна

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (3)

Учитывая формулу (1), условимся называть светимостью источника света полный световой поток Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездсквозь поверхность, охватывающую источник света на предельно малом расстоянии, которым можно пренебречь при проведении последующих рассуждений.

Поскольку указанному выше сдвигу подвергаются все частоты спектра излучения источника, то, очевидно, полный поток излучения любого космического источника Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездна расстоянии Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездот него будет равен

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (4)

а сила излучения будет определяться выражением

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (5)

При таком подходе освещённость Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезднекоторой единичной поверхности от такого источника будет составлять величину

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (6)

где Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— угол между направлением потока излучения и нормалью к поверхности.

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд

Рис. 1. К определению освещённости от слоя звёзд

Теперь можно определить освещённость любой поверхности от всех звёзд Вселенной, находящихся с одной стороны от неё. Для начала выделим в бесконечном пространстве сферически-симметричный слой звёзд на расстоянии Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездот поверхности в точке 0, как показано на рис. 1.

В указанном слое, в свою очередь, выделим кольцевой слой звёзд с угловой шириной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, толщиной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди раствором Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. Световой поток Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездот этого кольцевого слоя звёзд на расстоянии Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездбудет определяться выражением

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (7)

где: Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездтеперь обозначает светимость средней звезды; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— среднее количество звёзд в кольце, которое, в свою очередь, определяется по формуле

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (8)

где: Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— средняя масса звезды; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— доля звёзд в средней плотности Вселенной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд.

Учитывая, что

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (9)

получаем

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (10)

Световой поток от всего слоя будет равен интегралу:

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (11)

Суммарный же световой поток от всех звёзд полусферы получится путём интегрирования (11) по расстоянию от нуля до бесконечности:

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (12)

Поскольку существует связь между интегральной излучательной способностью Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездматериального тела и его температурой Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездв соответствии с формулой

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (13)

где Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— постоянная Стефана-Больцмана, то температура суммарного излучения всех звёзд Вселенной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездбудет определяться выражением

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (14)

Известно, что масса средней звезды равна примерно 0,4 массы Солнца. Тогда, если в формулу (14) подставить значения этой массы Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездкг и соответствующую ей светимость звезды Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездВт, , а также Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездВт.м-2.К-4 и значение Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездкг/м3 (т. е. Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд), то для Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездтемпература равновесного излучения всех звёзд будет равна Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездК, что согласуется с реальными измерениями этой величины (Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд К).

2. Спектр суммарного излучения звёзд

Как известно, спектр наблюдаемого микроволнового фонового излучения соответствует спектру излучения абсолютно чёрного тела. Распределение же энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездв зависимости от частоты Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди температуры тела Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездописывается формулой Планка

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (15)

где: Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— постоянная Планка; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— постоянная Больцмана.

Существует несколько способов вывода формулы (15), но в настоящее время практически общепринят способ, в основе которого лежит распределение Гиббса. Согласно данному распределению, в состоянии теплового равновесия вероятность обнаружить любое состояние частиц макроскопического тела определяется только их полной энергией. Вероятность Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездобнаружить состояние частиц с полной энергией из интервала (Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд) равна

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (16)

Если из (1) мы рассмотрим функцию

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (17)

то обнаружим полную аналогию исходных позиций при выводе формулы распределения энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела и формулы спектральной плотности суммарной энергии излучения всех тел Вселенной.

Поскольку каждая звезда имеет свой спектр электромагнитного излучения, подчиняющийся формуле (15), то для облегчения рассуждений можно усреднить (унифицировать) все звёзды. С другой стороны, чем дальше находится сферически-симметричный слой пространства Вселенной с вкрапленными в него звёздами, тем больше его спектр сдвинут в длинноволновую сторону в соответствии с законом (1). Поэтому конечный результат будет представлять собой интеграл

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (18)

где Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— функция, зависящая от массы и светимости средней звезды, а также от средней плотности Вселенной; Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— температура этой осреднённой звезды.

Для численного исследования поведения интеграла (18) удобнее воспользоваться системой координат, в которой все его постоянные параметры равны 1, т. е. представить интеграл в виде

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (19)

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд

Рис. 2. Спектр суммарного излучения звёзд (в условных единицах)

Численные исследования показали, что распределение (19) носит характер спектральной плотности излучения абсолютно чёрного тела (рис. 2). Более того, оно точно (в пределах точности численного интегрирования) аппроксимируется функцией

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (20)

которая в соответствующей системе координат тождественна закону Планка (15).

Таким образом, приведенные рассуждения показали, что и с этой стороны закон распространения света (1) согласуется с реальными наблюдениями микроволнового фонового излучения космоса.

3. Теоретическая диаграмма Хаббла

Как известно, связь абсолютной звёздной величины Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездс видимой звёздной величиной Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди расстоянием до галактики Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездв парсеках выражается зависимостью

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (21)

В астрономии видимую звёздную величину небесного светила Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди освещённость Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездединичной поверхности, перпендикулярной световому потоку, принято связывать зависимостью

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (22)

где Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— звёздная величина, соответствующая освещённости в 1 люкс.

Поскольку освещенность (блеск) Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездповерхности, перпендикулярной направлению на источник света, и светимость источника Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездс учётом закона распространения света (1) связаны зависимостью

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (23)

а расстояние до галактики Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезди красное смещение Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд— функцией, которая вытекает из (1),

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (24)

то, подставив (24) в (23), а (23) — в (22), после преобразований находим

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (25)

где

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд(26)

является некоторой постоянной величиной, если Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездрассматривать как математическое ожидание светимости объектов галактического масштаба. После подстановки примерного значения средней светимости галактических объектов Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездВт и Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездм получаем Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд.

С другой стороны, если же в (21) подставить закон Хаббла (Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд -скорость “разбегания” галактик)

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд(27)

и линейное приближение эффекта Доплера

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, ( 28)

то получится взаимосвязь звёздной величины m с красным смещением z и постоянной Хаббла H

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (29)

Поскольку измерения производятся, как правило, для каких-то одинаковых объектов (определённых типов галактик, звёздных скоплений, ярчайших звёзд), то для каждого из них сумма Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездтакже будет являться постоянной величиной. И действительно, результаты измерений красных смещений спектров излучения галактик в своей наиболее достоверной части дают следующую формулу

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд, (30)

где скорость света Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездберётся в км/с.

После выведения из-под знака логарифма скорости света данное выражение принимает вид

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (31)

Таким образом, можно считать, что мы имеем теоретически выведенное выражение (25) и найденное из наблюдений его линейное приближение (31).

Действительно, разложение в ряды входящих в (25) компонентов и ограничение длины рядов только линейными членами, показывает, что (31) действительно является линейным приближением для (25).

Правые части обеих вышеуказанных зависимостей приведены к одинаковому виду, при котором каждая из них состоит из суммы функции от z и некоторой константы. Поэтому естественно считать, что данные константы равны друг другу, т. е. что A=21,68, как это следует из наблюдений.

Тогда с учётом нового закона распространения света и проведенных рассуждений зависимость “видимая звездная величина m — красное смещение z спектров излучения галактик” (диаграмма Хаббла) приобретает вид:

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. (32)

Интересно проследить поведение зависимости (32) при различных значениях z. Так, в диапазоне наблюдаемых значений z данная зависимость практически линейна (рис. 3а), что полностью согласуется с результатами внегалактических наблюдений.

Для больших значений Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездфункция (32) носит явно нелинейный характер (рис. 3б). Нелинейности начинают проявляться при Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звездили Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд. Поэтому естественно, что наиболее удалённые наблюдаемые объекты Вселенной должны перестать удовлетворять соотношению (30) и следующему из него выражению (31).

Следует также отметить, что в работe [3] приведены результаты исследований спектров излучения квазаров, в которых выявлено циклическое изменение спектральной плотности, пропорциональное аргументу ln(1+ z). Такое распределение коррелирует с распределением галактик, образующих во Вселенной однородные тонкостенные скопления в виде сот или пены.

С учётом формулы (24) циклическое изменение спектральной плотности излучения квазаров преобразуется в циклическую зависимость распределения квазаров по расстояниям, указывающую на однородность Вселенной не только в пространстве, но и во времени, т. е. на её стационарность за последние минимум 30 млрд. лет (столько времени до нас шли электромагнитные волны от самых далёких квазаров).

Микроволновый фон космоса как суммарное излучение всех звезд

Рис. 3. Диаграмма Хаббла для различных диапазонов красных смещений

Заключение

Таким образом, на основании приведенного анализа видно, что микроволновое фоновое излучение космоса действительно не является убедительным доказательством существования Большого Взрыва Вселенной, так как оно может быть всего лишь равновесным излучением всех звёзд стационарной Вселенной при наличии диссипации энергии электромагнитных волн в соответствии с формулой (1). Окончательный же ответ о природе микроволнового фона космоса может быть получен только после постановке лабораторного эксперимента по проверке самой этой формулы. Схема такой установки автором уже предложена [1]. Остаётся найти партнёров и финансирование.

Список литературы

Жук Н. А. Космологические решения уравнений Эйнштейна. — Авторское свидетельство № 1718 с приоритетом от 28.01.99 (Украина).

Жук Н. А. Космология. — Харьков: ООО “Модель Вселенной”, 2000, 464 с.

Karlsson K. G. Possible discretization of quasar redshifts. // Astron. and Astrophys., 1971, v. 13, p. 333-335.

©2007—2016 Пуск!by | По вопросам сотрудничества обращайтесь в contextus@mail.ru