Стивен Хокинг
Читатель спрашивает:
Недавно я прочитал, что некие исследователи рассматривают возможность, что у вещей уменьшается масса, в качестве альтернативного объяснения некоторых вопросов, касающихся расширения вселенной. Есть ли в этом какой-то смысл?
И вот о чём идет речь:
Для каждой галактики во Вселенной мы можем измерить смещение спектра испускаемого ею света. Галактики, которые приближаются к нам или отдаляются от нас, имеют сдвиг спектральных линий (линий, поглощаемых или испускаемых атомами). Величина сдвига прямо пропорциональна комбинации двух параметров:
- как быстро объект двигается к нам (голубое смещение) или от нас (красное)
- как сильно пространство-время вселенной расширилось (для красного смещения) или сжалось (для голубого) с того времени, как свет был испущен, до того времени, как он попал к нам в глаза
Скомбинируйте эти два параметра, и результат объяснит наблюдаемые сдвиги у света всех галактик.
Для очень удалённых галактик их скорость пренебрежимо мала по сравнению с расширением пространства-времени. Этот свет шёл миллиарды лет, поэтому, измеряя красный сдвиг галактик, находящихся на разных расстояниях, мы можем подсчитать, как именно расширилась Вселенная.
Но это не единственная возможность. Недавно появилась альтернатива, которая привлекла к себе внимание.
Вместо расширения вселенной, которое растягивает длину волны фотонов, мы можем постепенно подправлять массу частиц вселенной так, что свет, испущенный много лет назад, будет краснее, потому что изменятся уравнения квантовой физики.
Идею подал Кристоф Веттерих (работа). Она может выглядеть неинтуитивно, но на самом деле всё очень просто. Рассмотрим ньютоновскую гравитацию.
Представьте, что во вселенной есть только две массы, и они разлетаются друг от друга. Всё, что вы можете измерить – сила их притяжения. И что мы видим? Если r увеличивается, то сила уменьшается как r-2.
Но можно ли быть уверенным в том, что r возрастает, а не G (или обе массы) уменьшается? Нет, если сила притяжения — это всё, что вы можете измерить. Так и с нашими галактиками.
Относительно удалённых галактик мы можем померить лишь несколько параметров – об остальном остаётся догадываться. Поскольку наш опыт и эксперименты с пространством-временем и массой говорят о том, что масса частиц не меняется, а пространство-время расширяется, сжимается и искривляется, мы предполагаем, что вселенная на больших масштабах работает так же – хотя, там мы эксперимент поставить и не можем.
Но идея Веттериха может сработать. А вот что о ней не рассказывают – за неё придётся кое-чем заплатить.
В расширяющейся вселенной, подчиняющейся ОТО, возникает одно мощное предсказание: скорость расширения определяется комбинацией кривизны и плотности энергии. Вся материя во вселенной говорит нам, как вселенная расширилась, и какое красное смещение должно быть у объектов.
В нашей вселенной мы наблюдаем, как галактики, находясь на разных расстояниях, имеют разное красное смещение, определяемое по особой формуле, и это говорит нам о том, из чего сделана наша вселенная.
Мы можем реконструировать всё, что, как мы знаем, находилось в нашей вселенной в любой момент времени, предсказать, как вселенная эволюционировала, и будет эволюционировать, и всё это проверить.
Мы можем сравнить эти предсказания с данными, полученными из космического фонового излучения, крупномасштабной структуры вселенной и нуклеосинтеза Большого взрыва, и т.д. И всё это очень хорошо сходится.
Но если красное смещение вызвано не расширением вселенной, а изменением масс, вся эта предсказательная мощь испаряется.
Флуктуации в фоновом излучении оказываются именно таковы, поскольку масса изменилась так, чтобы они получились такими – а не потому, что за этим стоят мощные физические законы. Вселенная ускоряется не потому, что у неё есть неотъемлемая тёмная энергия, но потому, что масса изменяется именно по такому закону. И примерно так же будет для всех остальных наблюдений.
Но из новостей вы таких нюансов не почерпнёте.
Комментарии (12)
NeoCode
18.06.2015 12:54+2Думается, что и уменьшение массы могло бы быть связано с расширением Вселенной (как гиперпространственного объекта, т.е. когда воздушный шарик надувают — не только точки, нарисованные на нем, становятся дальше друг от друга — но и толщина самой резины уменьшается за счет растягивания, а значит и ее свойства изменяются)
DancingOnWater
18.06.2015 14:08+1Ничего нового, это вариация на тему утомленного света. Вот список проблем:
1)независимость красного смещения от длины волны;
2)отсутствие рассеивания света от далёких источников;
3)наблюдаемая зависимость длительности таких космических событий как вспышки сверхновых от расстояния до них;
4)распространённость лёгких элементов;
5)спектр излучения реликтового излучения, совпадающий со спектром абсолютно чёрного тела и имеющий на разных z разную температуру
Идея изменения масштаба вселенной — очень мощная. А вот что такое Лямбда член — вот это проблема
DrSmile
18.06.2015 14:20?-член возникает в любой теории квантовых полей. Проблема в том, что в реальности ?-член очень маленький (на сотни порядков меньше возникающего в теориях), что известно как (большая) проблема иерархии.
DancingOnWater
18.06.2015 15:18+1Впервые слышу такое название мне это известно как «проблема космологической постоянной». В качестве еще одной проблемы — значение параметра уравнения состояние по данным планка включает значение -1 (т.е. это энергия вакуума) как правую границу интервала ошибок.
Иными словами вероятность что Лямбда член это вакуум мизерна.
JC_Piligrim
18.06.2015 18:43Подумалось:
А что если спектральное смещение не обязательно говорит о том, что удалённые галактики от нас улетают быстрее — и мы неправильно интерпретируем результаты? Что если существует «гравитационное трение» воздействующее на свет и заставляющее фотоны терять энергию, пролетая вблизи массивных объектов (как в случае линзирования и горизонта событий черной дыры)?
И чем дальше от нас галактики — тем сильнее фотоны теряют энергию, соответственно, тем сильнее красное смещение.
В астрофизику глубоко не копал, но уверен, что мне не первому это в голову пришло. Есть на эту тему что почитать?
phprus
18.06.2015 19:28+1Это гипотеза утомленного света, которая в настоящее время считается опровергнутой.
Чуть выше в комментариях упоминались проблемы этой гипотезы.JC_Piligrim
18.06.2015 19:45Нашёл и прочитал PDF-ку, на которую ссылается опровержение. Там есть несколько сомнительных заявлений, например, что в лабораторных условиях эффекты бы давно наблюдались. На практике, мы имеем дело с временем жизни «смещённых» фотонов в миллиарды лет, что недостижимо для постановки эксперимента, т.к. в экспериментальных условиях сверхмалые величины «старения» не замерить, т.к. необходимая чувствительность аппаратуры за гранью требуемой. В общем, есть ощущение, что эту гипотезу поспешно опровергли, возможно стоило бы её более детально проработать — глядишь, сложилась бы и остальная картина, может более точная, чем с ускоряющимся расширением вселенной, требующим выдумывать «тёмную материю и энергию», чтобы формулы сходились.
Mad__Max
18.06.2015 21:41+1Темная материя не связана с расширением вселенной, ее проявления наблюдаются независимо через другие эффекты не связанные с «красным смещением».
А вот темную энергию можно дейсвительно чем-то другим заменить — т.к. о ней практически ничего не известно и кроме как на красное смещение она ни на что не завязаны насколько знаю.
qbertych
DrSmile
Я почти уверен, что это детское (потому что не идет дальше закона Ньютона и атома Бора) утверждение про массы серьезно ломает стандартную модель физики частиц, т. е. уже сфальсифицировано. Однако, даже если это не так, бритва Оккама однозначно предпочитает теорию с 6-ю подгоночными параметрами (?CDM) теории с целой подгоночной функцией (зависимость массы от времени).
Psychosynthesis
Насколько я понял интонацию текста, автор этим абзацем как раз и хотел показать несостоятельность этой теории, по сравнению с теорией о расширении пространства, которая подкреплена наблюдениями.