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 1018/86400»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