Закон Хаббла

Уже в нескольких видео мы упоминали, что все объекты межзвездного масштаба удаляются от Земли. И мы также говорили, что чем дальше находится объект от Земли, тем быстрее он удаляется. В этом видео я хотел бы привести некоторые числовые параметры этих процессов, чтобы лучше понимать их сущность. Чтобы составить представление, вообразим несколько точек на ранней стадии развития Вселенной. Вот одна, другая, ещё одна и ещё точка. Возьмём девять точек, чтобы сформировать решетку. Итак, это ранняя стадия существования Вселенной. Спустя несколько миллиардов лет - естественно, я не рисую в масштабе – все эти точки удалились друг от друга. Эта точка сместилась туда - перерисую для наглядности весь столбец. Одну секунду. Итак, спустя несколько миллиардов лет Вселенная расширилась. И объекты удалились друг от друга. Сейчас помечу цветом. Эта точка будет фиолетовой. И она переместилась сюда. Зеленая точка удалилась от фиолетовой. А синяя удалилась от фиолетовой в этом направлении. И так далее... Желтая точка, может быть, здесь. Полагаю, вам понятен принцип. Остальные точки будут желтые. И все они удалились друг от друга, так что никакого центра нет. Каждый объект просто удаляется от соседних. Из этого следует, что этот объект не только удалится от этого, но и от этого - причем ещё дальше. Потому что здесь имело место не только расширение. Или, формулируя по-другому, кажущаяся скорость удаления объекта при расширении пропорциональна расстоянию до него. Потому что все точки на пути также подвергаются расширению. Вернемся к этому представлению - процесс можно смоделировать, если считать Вселенную бесконечным плоским листом. Мы как будто берем лист эластичного материала и тянем. Мы его растягиваем. Конечно, мы принимаем, что бесконечность может увеличиваться дальше во всех направлениях. Бесконечный лист растягивается, и увеличивается, хотя не имеет границ. Это можно представить также (как мы делали раньше) - в виде трехмерной поверхности четырехмерной сферы. Или же трехмерной поверхности гиперсферы. Итак, на ранних стадиях сфера выглядела вот так. И эти точки находились, соответственно, фиолетовая здесь, зеленая здесь, сюда добавим синюю точку. И нарисуем остальные желтые. Желтые точки здесь. Все точки находятся на поверхности этой сферы. На поверхности сферы. Ясно, что сейчас я рисую в двух измерениях, потому что представить себе трехмерную поверхность четырехмерной сферы трудно или просто невозможно. Так что мы работаем по аналогии. Если это поверхность шарика, или пузыря, если за миллиарды лет пузырь раздувается - естественно, не в таком масштабе. То получится пузырь большего размера. Эта часть поверхности увеличится. Снова - вот фиолетовая точка. Вот синяя и вот зеленая точки, остальные изображу желтым цветом. Они все удалились друг от друга на поверхности этой сферы. Чтобы показать, что это сфера, я нарисую контуры. Вот так можно показать, что мы на поверхности настоящей, настоящей сферы. Разобравшись с этим, посмотрим, с какой кажущейся скоростью объекты удаляются от нас? Поскольку удаление объектов от нас зависит не только от скорости относительно наблюдателя, но и от исходного удаления от наблюдателя, то есть от нас. Итак, сейчас мы все, что нам нужно запишем. Все объекты, все объекты удаляются друг от друга, удаляются друг от друга, и кажущаяся относительная скорость. Относительная скорость, кажущаяся относительная скорость пропорциональна расстоянию. Пропорциональна расстоянию. И то, что я записал - почему, я собственно, это записал, и есть одна из формулировок закона Хаббла. Закон Хаббла. Он открыл этот закон, наблюдая как изменяется красное смещение объектов с удалением. И они двигались не только быстрее от земли, но также их кажущееся движение друг от друга ускорялось с увеличением расстояния. Так и появился закона Хаббла. Или, иначе говоря, относительно любой точки, относительно земли, воспринимаемая скорость с которой объект движется, будет представлять собой некую константу, умноженную на расстояние от него до наблюдателя. В этом случае наблюдатель - мы. Мы ставим этот ноль – а эта H называется Постоянной Хаббла. Постоянная Хаббла. И это очень непостоянная постоянная. Потому что она зависит от стадии эволюции Вселенной. Поэтому мы ставим этот маленький нолик сюда, чтобы показать – это нынешнее значение постоянной Хаббла. И, говоря о расстоянии, мы имеем в виду актуальное расстояние на текущий момент. Актуальное расстояние на текущий момент. Это имеет большое значение, потому что данное текущее значение постоянно меняется с расширением Вселенной. Поэтому от начала этого видео до конца оно слегка изменится. Но мы можем несколько округлить для рассматриваемого периода, и, когда мы говорим о расстояниях, мы имеем в виду виртуальные жёсткие и мгновенно прикладываемые линейки – естественно, в реальности такое невозможно. Но подобное можно вообразить, что мы и пытаемся делать. Попробуем ввести немного математики - рассчитать реальную скорость удаления. Давайте займемся подсчетами. Итак, нам нужно вычислить реальную скорость удаления. Попробую найти свободное место – сейчас постоянная Хаббла составляет 70,6 плюс/минус 3,1. То есть наблюдается некая разнородность. Имеется погрешность в измерениях, а единица измерения при этом – километры в секунду на мегапарсек. Километры в секунду на мегапарсек. Мегапарсек. При этом не забываем – парсек равен примерно 3,2- 3,3 светового года. Если попробовать это представить себе иначе, предположим, наше местоположение во Вселенной – здесь, и если этот объект удалён на расстояние 1 мегапарсека, то есть на 1 миллион парсеков или 3,26 миллиона световых лет от Земли, повторю – 3,26 миллиона световых лет от Земли, и он, естественно, при наблюдении удаляется от нас, хотя при этом не смещается в пространстве, это содержащее его пространство растягивается так, что объект, по данным красного смещения, удаляется со скоростью 70,6 километров в секунду. 70,6 это огромная скорость - 70,6 километров в секунду, но надо учитывать, что мы рассматриваем масштабы мегапарсеков. Масштабы мегапарсеков. Расстояние до галактики Андромеды менее одного мегапарсека - оно составляет 2,5 миллиона световых лет, то есть около 0,7-0,8 мегапарсека. Так что точка в пространстве, немного более удалённая, чем галактика Андромеда, будет наблюдаться как удаляющаяся со скоростью около 70,6 километра в секунду. Но что будет, если удалиться на вдвое большее расстояние? Если посмотреть на объект, удалённый почти на 7 млн световых лет? То есть на расстоянии в 2 мегапарсека? Если посмотреть на него отсюда, насколько бы он быстро удалялся? Если посмотреть, расстояние составит 2 мегапарсека, то есть вдвое больше. Следует умножить 2 мегапарсека на постоянную. Мегапарсеки сокращаются. То есть 70,6 на 2 - при этом сам объект не движется в пространстве, это пространство расширяется. Так что кажущаяся скорость будет 70,6 на 2 - что составит 141,2 км/с. Здесь может возникнуть вопрос - если можно наблюдать красное смещение объектов, удаляющихся от нас, то как можно определить, что они удаляются также друг от друга? Если посмотреть на красное смещение этого объекта и измерить все это, то будет видно, что он удаляется со скоростью 70,6 километра в секунду. А потом можно посмотреть на другой объект и, на основе его красного смещения, заключить, что он удаляется со скоростью 141,2 километра в секунду, то можно заключить, что эти два объекта удаляются друг от друга со скоростью 70,6 км/с. И это можно применить к различным расстояниям. Надеюсь, это проясняет масштаб расстояний и скоростей. Помните, хоть я и говорил, что это колоссальное расстояние, мегапарсек больше, чем расстояние до галактики Андромеда. Галактика Андромеда – ближайшая к нам крупная галактика. Существуют более мелкие, расположенные ближе, которые являются как бы галактиками-спутниками Млечного Пути. Но галактика в созвездии Андромеды – ближайшая к нам крупная. И мы вообще говорим о сотнях миллиардов галактик только в пределах наблюдаемой Вселенной. Наблюдаемой. Так что при приближении к краю наблюдаемой Вселенной эти скорости, наблюдаемые скорости удаления объектов от нас, становятся весьма существенными. Subtitles by the Amara.org community