Сеймология и космология

Александр Фридман – исследователь атмосферной турбулентности и атмосферных вихрей в 1922 году, казалось бы, неожиданно публикует статью «О кривизне пространства мира», в которой математически обосновывает нестационарную модель Вселенной, основываясь на теории относительности Эйнштейна. В работе исследователя даже неожиданные интересы не случайны и, возможно, модель нестационарной Вселенной косвенно возникла из теории атмосферных вихрей и турбулентности атмосферы. Тем не менее, кривизна пространства и нестационарная модель Вселенной получили признание. Но когда Эдвин Хаббл в 1929 году обнаруживает эффект красного смещения спектров и спектральных линий звезд, то модель расширяющейся Вселенной заворожила умы учёных. Пожалуй, в истории науки нет таких восхитительных примеров подтверждения абстрактной   и красивой теории наблюдательным фактом.

Что такое кривизна пространства? Это физически наблюдаемое явление природы? Есть единственный и поучительный пример наблюдения эффекта от кривизны пространства. Из теории Эйнштейна следует, что массивное гравитационное тело искривляет пространство и его можно наблюдать во время солнечного затмения по смещению  положения звезд, луч света от которых проходят рядом с Солнцем. Сравнивая положение звезд в отсутствии Солнца, эффект смещения был обнаружен, искривление пространства доказано, теория относительности подтверждена. Это был триумф теории Эйнштейна. Но со временем выяснилось, что отклонение лучей от прямолинейной траектории объясняется обычной рефракцией лучей света в атмосфере Солнца. Михайло Ломоносов наблюдал смещение света вблизи астрономических тел с атмосферой.

Теория расширяющейся Вселенной наиболее очевидно подтверждена эффектом красного смещения спектров звезд, т.е. удалением звезд от нас и, соответственно, возникновением эффекта Доплера. Казалось бы, эффект Доплера даёт физическое объяснение расширению Вселенной. Но если цепочку рассуждений отматывать к началу, возникают вопросы, на которые нет ответов. Например, какая сила заставляет галактики разбегаться? Или,  почему у одного и того же квазара разные смещения спектральных линий?

Смещение спектра волнового импульса в сторону низких частот с увеличением расстояния источник-приёмник наблюдается всегда в сейсмологии. Причина этого есть поглощение, прежде всего, высокочастотных составляющих спектра. Но существует ещё одни механизм смещения спектра в сторону низких частот. Это случайно неоднородная среда.

Распространение волнового импульса от источника излучения к приёмнику происходит в объеме среды или френелевском объеме. Наблюдается, как бы, многолучевость распространения волнового импульса во френелевском объеме. Наименьшее время  распространения происходит вдоль луча, соединяющего источник и приёмник. Затем, по мере удаления к периферии френелевского объема время распространения увеличивается, т.е. наблюдается естественный диапазон задержек распространения волнового импульса. В однородной среде этот естественный диапазон задержек есть величина постоянная и не зависит от удаления источник-приёмник.

Рассмотрим образный пример. Спортсмены-бегуны с одинаковыми физическими возможностями стартуют по бетонной дорожке. С высокой вероятностью можно утверждать, что к финишу они прибегут одновременно. Усложним задачу. Спортсмены стартуют по пересечённой местности. К финишу они прибегут в разное время и между первым и последним появится задержка. Увеличим расстояние старт-финиш. Увеличится диапазон задержек.

Сейсмологам хорошо известно, что при суммировании одного и того же сейсмического импульса с задержками во времени наблюдается подавление высокочастотных составляющих спектра импульса и, соответственно, смещение спектра в сторону низких частот. Увеличение диапазона задержек увеличивает красное смещение.

Случайно неоднородная среда и френелевский объем представляют собой фильтр низких  частот.  Сейсмологами также установлен эффект  velocity shift. В сейсмологии измеряют время первого вступления. Оказалось, что в первые вступления приходит волновой импульс, который распространяется по наиболее высокоскоростным участкам случайно неоднородной среды. Но по низкоскоростным участкам среды волновой импульс также  распространяется, но уже с задержками во времени. Это и есть причина появления диапазона задержек и, соответственно, причина появления эффекта  red shift.  В космологии, в громадных  пространственно-временных масштабах Вселенной, неоднородно заполненной разреженным газом, спектр квантов электромагнитного излучения также будет терять высокие частоты и смещаться в сторону низких частот. Поэтому эффекты  velocity shift в сейсмологии и red shift в космологии вызваны одной и той же  причиной: случайно неоднородной средой.

Во Вселенной есть уникальные объекты – квазары, с аномально большими красными смещениями. В соответствии с теорией расширяющейся Вселенной релятивисты загнали квазары на край Вселенной. Но с таких удалений мы не должны видеть свет от этих звёзд или надо выдумать фантастические источники излучения для квазаров. Почему у квазаров аномально большое красное смещение? Потому что у квазаров ширина спектральных линий значительно больше, чем у обычных звезд. Чем больше ширина спектральной линии, тем на большую величину может сместиться спектр кванта в результате подавления высокочастотной составляющей спектра френелевским фильтром. Фильтр Френеля не только смещает спектр квантов в сторону низких частот, но и уменьшает их амплитуду. Из этого следует, что дальность нашего видения Вселенной ограничена случайно неоднородной средой пространства Вселенной.