Как меняется расширение Вселенной в прошлом?

Ускорение (замедление) разбегания галактик, как мы уже установили выше,

.

Определим зависимость радиуса шара от времени, учтя определение плотности:

( - плотность вещества, 3×10^-31<r<3×10^-28 г/см³).

Тогда

- ускорение прямо пропорционально расстоянию.

Получается, что в настоящий момент времени и скорости разбегания галактик, и их ускорения (замедление) пропорциональны расстоянию. Значит, так будет и в последующие моменты времени, и так было в предыдущие моменты времени. Однако расширение тормозится, раньше коэффициент пропорциональности был больше.

Сделаем оценки с учетом закона Хаббла:

км/с×Мпс»2×10^-18 с ^–1.

Обратная величина ~2×10¹⁸ с - возраст Вселенной Þ 10^18­­­­/86400»10¹³ суток»3×10¹⁰ лет º 30 млрд. лет.

Возраст Земли (по распаду радиоактивных элементов) ~3 млрд. лет.

Горизонт событий 3×10¹⁰см/с ×10¹⁸с=3×10²⁸с=10000Мпс.

За пределами горизонта событий мы ничего не знаем о Вселенной.

Поэтому знание скорости света важно для самых фундаментальных физических соображений о горизонте событий и о структуре и свойствах Вселенной в целом.

 

2) Знание скорости света в вакууме и в различных средах существенно для проверки важнейших соотношений теории Максвелла: в теории Максвелла.

3) Практическое применение (повышение точности радиолокационных измерений – особенно в космосе).

 

Скорость света в вакууме (c) является одной из основных физических постоянных.

1) Величина скорости распространения света в свободном от вещества пространстве не зависит от частоты излучения (экспериментально проверено от радиоволн длиной ~1км до - лучей).

2) Скорость света в вакууме входит в уравнения электромагнитной теории Максвелла, куда она попала исходно как некоторый коэффициент перехода от одной системы единиц к другой, и лишь затем выяснилось неслучайное совпадение этого коэффициента со скоростью света в вакууме.

3) Скорость света в вакууме входит в некоторые важные константы атомной теории:

- магнетон Бора эрг/Гс,

- обратная постоянная тонкой структуры .

Методы определения скорости света

Методы определения скорости света делятся на два класса: астрономические и лабораторные.

Астрономические методы

Астрономические методы имеют в настоящее время главным образом историческое значение, и мы рассмотрим лишь два из них.

 

1) 1675 г., О. К. Рëмер: нарушение периодичности затмений спутника Юпитера Ио – открыт Галилеем в 1610 г. вместе с еще тремя спутниками Юпитера.

 

РИС. 4-1

 

=1.77 сут.=152928 с.

(За это время наблюдается затмение Ио с Земли).

РИС. 4-2

- Солнце, - Земля, - Юпитер.

 

Пока Земля перемещается из позиции в позицию , произойдет затмений Ио. Суммарное время наблюдения всех этих затмений: .

При перемещении из в произойдет столько же затмений Ио. Суммарное время всех этих затмений:

.

Разность времен: .

Наблюдалось с; =150000000 км. Значит 300000км/с=3×10¹⁰ см/с.

(Рëмер получил »214000 км/с, так как он не знал точно радиус орбиты Земли!)

 

2) Аберрация неподвижных звезд.

1725 г., Дж. Брэдли обнаружил сезонное изменение положения звезд, в частности -Дракона, находящейся в зените: почти круговое движение с диаметром 40.5 угл. сек. Для звезд, более близких к горизонту, обнаружилось движение по более или менее вытянутым эллиптическим орбитам, длина большой оси тоже ~40.5 угл.сек. Это явление не связано с движением самих звезд (смещение одинаковое и очень большое!). Скорость света конечна, а наблюдение ведется с Земли, движущейся по орбите с некоторой немалой скоростью (система отсчета, связанная с Землей, не является инерциальной).

РИС. 4-3

 

Наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что свет имеет горизонтальную составляющую скорости .

Для звезды, находящейся в зените, аберрация является максимальной, когда скорость Земли перпендикулярна линии наблюдения. При этом

, =30 км/с, ”=1×10^-4рад, .

Отсюда 300000 км/с=3×10¹⁰ см/с.

 

Лабораторные методы

1) Метод Физо. А. Л. И. Физо (1849 г.).

РИС. 4-4