Тезис Аристотеля об абсолютности движения в свете современной космологии (стр. 2 из 2)
Такое излучение, которое должно оставаться с древних эпох эволюции Вселенной , получило название реликтового излучения ( РИ ). Электромагнитное излучение с такой малой температурой представляет собой радиоволны с длиной волны в сантиметровом и милиметровом диапазонах.
Первые теоретические оценки ожидаемой темпрературы РИ содержатся ещё в работах Гамова и Алфера, выполненных в 50-х годах. Они указывали цифру около 5 К. В работе советских астрофизиков А.Г. Дорошенко и И.Д. Новикова было впервые рассчитано, насколько интенсивность РИ должна превышать в сантиметровой области спектра интенсивность излучения радиогалактик и других источников.
Реликтовое излучение было открыто совершенно случайно в 1965 г. сотрудниками американской компании “Bell” Пензиасом и Вилсоном при отладке рупорной радиоантенны , созданной для наблюдения спутника “Эхо”. Они обнаружили слабый фоновый радиошум , приходящий из космоса , не зависящий от направления антенны. Дикке, Пиблс. Ролл и Вилкинсон сразу же дали космологическое объяснение измерениям Пензиаса и Вилсона, как доказательства “горячей” модели Вселенной. В это время Дикке и его сотрудники сами изготовили аппаратуру для поисков радиофона от РИ на длине волны 3 см. Первые наблюдения Пензиаса и Вилсона были проведены на волне 7,35 см. Они показали , что температура излучения составляет около 3 К. В последующие годы многочисленные измерения были проведены на различных длинах волн от десятков сантиметров до долей миллиметра.
Наблюдения показали, что спектр излучения равновесный , как это и предсказывалось теорией “горячей” Вселенной. Он соответствует формуле Планка для равновесного излучения с температурой 3 К. Интересно отметить , что первое проявление РИ астрономы обнаружили ещё в 1941 г. Астрофизик Мак-Келлар отметил, что радикалы циана в межзвёздном газе находятся в возбуждённом вращательном состоянии, соответствующем температуре возбуждения 2,3 К. Что возбуждает молекулы , тогда оставалось неясным. После открытия РИ Шкловский и независимо Филд, Тадеуш и Вулф объяснили это возбуждение молекул РИ. Наблюдение соответствующих молекулярных линий в спектре CN помогло вычислить температуру РИ на волне λ=0,26 см. Спектр РИ приведен на рис. 1.
Рис. 1. Спектр реликтового излучения [2, c. 103].
Точные измерения не обнаружили отклонений в интенсивности реликтового излучения в разных направлениях с относительной точностью 10-4.
За исключением небольшой неодинаковости интенсивности РИ в двух противоположных направлениях , вызванных движением Солнца со скоростью 370 км/с.
РИ не возникло в каких либо источниках подобно свету звёзд или радиоволнам , родившимся в радиогалактиках. РИ существовало с самого начала расширения Вселенной. Оно было в том горячем веществе Вселенной, которое расширялось от сингулярности. Можно подсчитать число фотонов РИ , находящегося в каждом кубическом сантиметре Вселенной . Концентрация этих фотонов Nри=500 см-3. Средняя плотность вещества во Вселенной ~ 10-30 г/см-3 , т.е. в 1 кубическом сантиметре 1 атом. Это значит, что , если бы мы распределили все вещество равномерно в пространстве, то в одном кубическом метре оказался бы один атом водорода (напомним, что масса водорода – наиболее распространенного элемента Вселенной , - составляет около 10-24 г.). В то же время в кубическом метре содержиться около миллиарда фотонов реликтового излучения. Отношение числа квантов электромагнитных волн к числу тяжёлых частиц характеризует энтропию Вселенной. В нашем случае это отношение равно
S=109/1= 109
Таким образом энтропия Вселенной огромна. Кроме того , она практически не меняется в течении эволюции Вселенной . Открытие РИ является грандиозным достижением современной накуки. Оно позволяет сказать, что на ранних стадиях расширения Вселенная была горячей. Предсказание РИ было сделано в рамках теории расширяющейся Вселенной , поэтому его открытие показывает правильность пути, указанного работами А.А. Фридмана.
Эффект Допплера для реликтового излучения и его применение для определение модуля абсолютной скорости.
Согласно специальной теории относительности Эинштейна длина волны излучения от движущихся источников или при движении наблюдателя относительно источника излучения изменяется. Этот эффект носит название зффекта Допплера.
Каким же образом возможно использовать РИ для определения скорости движущихся тел ?
Согласно эффекту Допплера у приближающегося источника света все длины волн , измеренные наблюдателем , уменьшены, смещены к фиолетовому концу спектра, а для удаляющегося источника - увеличены, смещены к красному концу спектра . Величина смещения обозначается буквой Z и определяется формулой [3, с. 475]
Z= (λнабл- λизл)/ λизл=1/[1-(v/c)2]-1/2 - 1
К настоящему времени наибольшее измеренное красное смещение у галактик превышает Z=3, а у квазаров Z около 4,5 . Для самого РИ Z составляет около 1000. Измеряя смещение спектра РИ в направлении движения и в противоположном направлении (поскольку дифференциальные методы измерений обеспечивают максимальную точность) можно определить скорость движения тела относительно РИ. Таким образом появляется возможность измерения абсолютной скорости движения относительно РИ.
Исходя из этого правомерно задать следующие вопросы:
Возможно ли использование РИ в качестве базовой системы отсчёта для определения абсолютного движения тел?
Не подрывает ли это принцип относительности Галилея ?
Ответим на них по порядку. Способ измерения абсолютных скоростей в котором за основу принято РИ – не образует системы отсчёта! В силу сферической симметрии РИ невозможно определить направление движения тела. В то время как система отсчёта обязана давать величины проекций скорости на оси координат, задавая тем самым вектор скорости. С помощью РИ возможно определить лишь модуль скорости.
|V|=( V2x+ V2y+ V2z)1/2
Но зато это модуль – абсолютной скорости! Правильнее назвать способ определения модуля абсолютной скорости относительно РИ – репером скоростей (РС).
Принцип же Галилея гласит, что все физические процессы , происходящие в изолированных системах отсчёта , покоящихся, или движущихся равномерно и прямолинейно – происходят одинаково – не нарушается. Таким образом определение модуля абсолютной скорости относительно РС не находиться в противоречии с принципом относительности Галилея. Ведь имея в распоряжении только модули, пусть даже абсолютных скоростей двух тел, невозможно ничего сказать об относительном движении двух этих тел.
То есть мы можем определить только сам факт движения. При этом возникает интересный парадокс. Если мы ничего не можем сказать об относительном движении двух тел, то абсолютный покой – возможно определить! Ведь при покое относительно РИ компоненты вектора скорости равны нулю. Следовательно если два тела покоятся относительно РИ, то они покоятся и относительно друг друга. Таким образом покой абсолютен , а движение представляется частично абсолютным, посколько можно определить сам факт движения и модуль его скорости, но невозможно определить взаимное движение тел.
Выводы.
Современная космология подтверждает тезис Аристотеля об абсолютности движения и дает нам метод определения модуля абсолютной скорости относительно реликтового излучения, которое является однородным и изотропным по всему пространству Вселенной. Оказывается возможным физически непротиворечиво совместить принцип абсолютности движения Аристотеля и принцип относительности Галилея. В своей общей формулировке , говорящей о том, что, все физические процессы, происходящие в любых инерциальных системах отсчёта – эквивалентны, принцип Галилея не нуждается в изменении. Дополнение заключается в том, что сам факт движения при определенных условиях возможно установить, также как и определить модуль абсолютной скорости движения относительно реликтового излучения. Это показывает, что философское наследие Аристотеля не утратило своего значения по сей день и заслуживает тщательного изучения.
Литература.
1. Аристотель, Собрание сочинений в 4-х т., М.: Мысль, 1981.
2. И. Д. Новиков, Эволюция Вселенной, М.: Наука, 1990.
3. Л.Д. Ландау, Е. М. Ливщиц, Теория поля, М.: Наука, 1988.
4. В. И. Курбатов, История философии, Ростов-на-Дону, “Феникс”, 1997.
5. И. С. Шкловский, Звезды – их рождение, жизнь и смерть, М.: Наука, 1984.
6. Д. Н. Пономарев, Астрономические обсерватории Советского Союза, М.: Наука, 1987.
7. И. Д. Новиков, Черные дыры и Вселенная, М.: Молодая гвардия , 1985.
8. Я. Павлоуш, Моделироание на ЭВМ эволюции галактик, Сборник Будущее Науки, М. : Знание, 1984.
9. В. П. Казначеев, Космическая анропоэкология , Сборник Будущее Науки, М. : Знание, 1984.
10. Г. И. Наан, К проблеме космических цивилизаций, Сборник Будущее Науки, М. : Знание, 1984.