Релятивистский эффект доплера и красное смещение

Корабельников Александр Тимофеевич

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА И КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ В СПЕКТРАХ ДАЛЁКИХ ЗВЁЗД И ГАЛАКТИК.

   Данный реферат является кратким (без формул и графиков) изложением основных положений публикации "РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА И КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ В СПЕКТРАХ ДАЛЁКИХ ЗВЁЗД И ГАЛАКТИК" (подписана в печать 20.04.2012 г., получена из типографии и начата рассылка (в том числе и через Интернет) 24.04.2012 г.; 22 мая 2012 г. 16 обязательных экземпляров переданы в российскую Книжную Палату и уже поступили в ведущие библиотеки страны).
   Полный вариант этой публикации (в pdf-формате) автор может выслать (по запросу) любому — тому, кто желает разобраться в изложенных ниже проблемах. Общий её объём — 292 985 байт (приводится для проверки — не "прицеплен" ли был в процессе скачивания некий вредоносный "продукт").
   Как известно, в современных космологических теориях принято (в качестве чуть ли не аксиомы), что Вселенная возникла вследствие так называемого Большого  Взрыва (БВ) (автор называет «теорию» БВ гипотезой ВВВ — Великого Взрыва Вселенной) и что  наблюдаемое «красное смещение» в спектрах галактик является следствием этого ВВВ. Причём, на основании полученных недавно астрофизических данных утверждается, что в результате воздействия на вещество некой «тёмной энергии» происходит ускорение разлёта (причём — со всё нарастающим ускорением) всех (любых) объектов, входящих в состав нашей Вселенной.
   Указанная работа посвящена критическому анализу релятивистского эффекта Доплера и обусловленного этим эффектом — как следует из "теории" Большого Взрыва — явления красного смещения в спектрах далёких звёзд и галактик.
   Релятивистский эффект Доплера, как утверждается (см., например, книгу "Теория относительности в задачах и упражнениях", Малинин А. Н., М., изд-во "Просвещение", 1983 г.), обусловлен двумя факторами: 1) простым кинематическим разлётом или сближением объектов; 2) явлением замедления темпа течения времени (в соответствии со СТО — специальной теорией относительности) в движущихся телах.
   Но допустимо ли применение этой формулы для интерпретации результатов соответствующих астрофизических наблюдений и подтверждения, якобы, утверждений "теории" Большого Взрыва?
   Давайте произведём следующее рассуждение. С Земли отправляют к некой далёкой галактике звездолёт, оснащённый, в частности, и мощным оптическим квантовым генератором (ОКГ), предназначенным для передачи на Землю различных данных и, естественно, для того, чтобы на родной планете могли контролировать траекторные параметры звездолёта. Перед стартом проверяют совпадение частот излучения двух совершенно одинаковых ОКГ  — земного и установленного на звездолёте. И примем, что они совпадают с абсолютной точностью. Звездолёт 
стартует. В полёте его бортовой ОКГ непрерывно (или периодически) посылает в направлении Земли своё излучение. На Земле принимают это излучение и измеряют его частоту, значения которой должны в точности соответствовать значениям, вычисляемым по формуле для «стандартного» продольного релятивистского эффекта Доплера.
   Однако так ли это будет?
   Как известно, релятивистская масса тел и корпускул, движущихся со скоростью v относительно неподвижной системы отсчёта (например, скорость v определяется по искажению спектра, так называемого, реликтового излучения), зависит от v. Следует отметить, что у тел, движущихся со скоростью v, соответствующая релятивистская масса будет приобретаться каждой корпускулой, каждым атомом и каждой молекулой. Естественно, по мере приобретения звездолётом всё большей и большей скорости, и релятивистская масса всех атомов бортового ОКГ также будет увеличиваться. А это означает, что будет увеличиваться (с точки зрения земного наблюдателя и дефект массы каждого атома ОКГ, обусловленный переходом излучающего объекта из возбуждённого состояния в невозбуждённое ) и, следовательно, будет увеличиваться и частота испускаемого ОКГ звездолёта излучения!
   В итоге, уменьшение частоты излучения, обусловленное релятивистским замедлением темпа течения времени, будет в точности скомпенсировано релятивистским же увеличением частоты, обусловленным масс и дефектов масс в движущихся телах.
   Полученный результат справедлив, конечно же, для источников ЭМИ (электромагнитного излучения) любых видов и категорий — звёзд, галактик, квазаров, отдельных атомов и ядер, корпускул и др. — что позволяет сделать следующие выводы:
1. «Красное смещение» в спектрах звёзд, галактик и квазаров обусловлено не пресловутым разлётом Вселенной, а неким иным фактором или, возможно, сразу несколькими, различными по физической сущности, причинами.
2. «Теория» (гипотеза) Большого Взрыва (автор издавна относился к ней, мягко говоря, скептически) неверна.
3. Обнаруженный несколько лет назад ускоряющийся, якобы, разлёт нашей Вселенной – фикция (как и сам разлёт). Соответствующие наблюдательные данные — если они впоследствии подтвердятся — следует объяснять иными причинами.
4. Можно предположить, что имеющее некинематическую причину явление «красного смещения» воспринимается ныне как проявление действия... тёмной энергии!
   Здесь следует привести ещё одно рассуждение, также позволяющее прийти к выводу о неверности «теории» Большого Взрыва:
   Как стало известно ещё в конце прошлого века, наша планета — вместе с Солнцем и нашей Галактикой — движется относительно фона реликтового излучения со скоростью примерно 200 км/сек. Из этого следует, что, оставаясь в «рамках» (точнее — в плену...) «теории» Большого Взрыва, нам необходимо прийти к выводу о том, что мы находимся в той самой точке, где когда-то, якобы, произошёл этот самый Большой Взрыв. Но ведь вероятность этого равна просто-напросто нулю! В противном же случае получается, что опять Земля оказывается в центре всей Вселенной, опять человечество оказывается «пупом» всего Универсума... Но это же, конечно, неверно! Так называемый инфляционный «сценарий» возникновения из математической точки всей нашей Вселенной ещё неизмеримо более невероятен!.. Как тут не вспомнить чьё-то ироническое, но очень точное, высказывание: «Космологи никогда не сомневаются, но всегда ошибаются»!
   Рассмотрение "зеркальной" ситуации (когда излучатель — ОКГ — находится на Земле, а приёмник — на разгоняющемся, удаляющемся от неё звездолёте) приводит к получению — при условии неучёта кажущегося (наблюдателю, находящемуся на борту звездолёта) увеличения масштаба всех энергетических процессов, происходящих в неподвижных (относительно, подчёркиваю, фона реликтового излучения) объектах — формулы, отличающейся от полученной ранее (т. е. для первого рассмотренного случая). А ведь в соответствии с принципом относительности разницы между двумя рассмотренными ситуациями быть не должно...
   При учёте же — в результате соответствующих рассуждений (т. е. за счёт деятельности интеллекта. а не на основе только лишь наблюдательных данных, получаемых с помощью бездушных и неразумных приборов) — эффекта кажущегося увеличения масштаба всех энергетических процессов на (в) неподвижных объектах ив этом ("зеркальном") случае получается в итоге (как ив первом случае) формула для эффекта Доплера, учитывающая
лишь кинематические характеристики объектов (без эффектов СТО).
   Различие в ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ данных (без последующих их интерпретаций с "участием" интеллекта) в двух рассмотренных ситуациях приводит к выводу об ограниченности области применения принципа относительности Пуанкаре-Галилея и необходимости его переформулировки.
   Автору данной публикации неизвестно — производились ли когда-либо ранее экспериментальные проверки формулы для «стандартного»  релятивистского эффекта Доплера? 
  Подобную проверку можно произвести с использованием даже очень простых ускорителей тяжёлых ионов (или ядер) следующим образом:
а) накапливают необходимое количество одного из изотопов, обладающего следующими особенностями: изотоп должен быть стабильным; ядра изотопа должны иметь изомерное (метастабильное) возбуждённое состояние с периодом полураспада (T*0,5), равным не менее чем 0,5 часа, но не более чем 2 десяткам лет; относительное содержание (ОС) изотопа в его природной смеси должно быть не менее 20 %; величины энергии метастабильного состояния и энергии уровня (уровней) обычного возбуждённого состояния, из которого с большой вероятностью происходит переход ядер в метастабильное состояние, не должны превосходить 0,5-1,0 МэВ (этим требованиям соответствуют следующие изотопы: Nb-93 (ОС = 100 %; T*0,5 = 13,6 года); Rh-103 (ОС = 100 %; T*0,5 = 56,12 минут); In-115 (ОС = 95,7 %; T*0,5 = 4,5 часа); Xe-129 (ОС = 26,4 %; T*0,5 = 8,89 суток); Xe-131 (ОС = 21,2 %; T*0,5 = 11,9 суток));
б) производят перевод ядер в изомерное состояние; в) ионизируют эти ядра;
г) в ускорителе тяжёлых ядер (или ионов) разгоняют их до строго заданной скорости (в пределах от 0,4*c до 0,99*c) здесь c - скорость света;
д) измеряют энергии квантов, излучаемых ядрами при их переходах из изомерного состояния в основное (невозбуждённое), причём — в двух направлениях: точно по вектору скорости и точно против вектора скорости.
   Для проверки справедливости формул, соответствующих той ситуации, когда на движущемся с околосветовой скоростью объекте принимают излучение от неподвижного (относительно фона реликтового ЭМИ) источника, можно использовать те же самые изотопы и тот же способ с той лишь особенностью, что изотопы переводят в метастабильное состояние уже после их разгона в ускорителе до заданной скорости (за счёт облучения пучка внешними квантами соответствующей частоты), а в другой точке ускорительного кольца измеряют энергии квантов, возникающих при девозбуждении ядер.
   При работе над статьёй автор вспомнил о возникшей у него лет десять-пятнадцать (или более) назад идее разрешения «парадокса близнецов». Обычно для его разрешения указывают на то, что один из близнецов находится на инерциальной системе отсчёта (на Земле), а другой — на неинерциальной системе отсчёта (ракете) и, поэтому, из-за неэквивалентности этих систем, находившийся в ракете близнец при возвращении оказывается моложе своего брата. Однако, находящийся в ракете близнец может ведь заявить, что именно его система отсчёта  инерциальна, а вот земная — неинерциальна... Правильным способом разрешения этого «парадокса», по мнению автора, является следующее простое рассуждение:
   В соответствии с принципом относительности любых скоростей можно утверждать, что относительно релятивистской ракеты движется Земля, а сама же ракета неподвижна. Но тогда получается, что относительно системы отсчёта, связанной с ракетой, движется вся бесконечная Вселенная! И при этом вся бесконечно большая масса всех её составляющих (от нейтрино до квазаров, «чёрных дыр», галактик и их скоплений), находящихся на любом, сколь угодно большом (и даже бесконечно большом!) удалении от данной ракеты, МГНОВЕННО (неким, так сказать, волшебным образом) изменяет свои скорости относительно именно данной системы отсчёта или относительно любого иного движущегося тела. Но ведь при бесконечно большом количестве независимых систем отсчёта, каждая из которых может считаться неподвижной, получается, вдобавок, что вся бесконечная Вселенная движется в любое мгновенье ещё и относительно КАЖДОЙ ИЗ НИХ сразу в бесконечно большом числе направлений (в том числе одновременно и во всех противоположных направлениях!) и во всём непрерывном спектре значений скоростей (от нуля до скорости света)! Очевидно, что в этом случае нарушаются самые фундаментальные законы природы: закон причинности, закон сохранения энергии, закон немгновенности распространения полей всех фундаментальных (и, тем более, производных от них) взаимодействий, закон невозможности мгновенных изменений значений скоростей и, вдобавок, закон непротиворечивости! Вывод: более молодым всегда будет оказываться тот из близнецов, который куда-либо летал на звездолёте.
   В связи с вышеизложенным возникают 2 закономерных вопроса:
1) Что является причиной красного смещения в спектрах далёких звёзд и галактик?
2) В какие формы энергии переходит энергия, теряемая квантами при их движении во Вселенной?
   Некоторое указание на возможность получения ответа на первый вопрос содержится, возможно, в следующем:
   При дифференцировании (для получения обобщённого уравнения движения) математического выражения для релятивистского импульса получается формула, содержащая (в не преобразавонном виде) два слагаемых, одно из которых может трактоваться как уравнение для силы инерции, а второе (по мнению автора) — как уравнение для силы... сопротивления пространственно-временного континиума Вселенной (или — иначе — как сила вакуумного  торможения или, если хотите, как сила вакуумного сопротивления). При этом — ввиду универсальности закона сохранения импульса — соответствующее уравнение для силы, так сказать, вакуумного трения может быть получено и для квантов ЭМИ.
   И, возможно, именно эта загадочная сила (действующая совместно с обычной, так сказать, силой инерции) является важнейшей причиной того, что никакое тело, с отличающейся от нуля массой покоя, не может ни при каких условиях и обстоятельствах достичь скорости света.
   Но что является ПРИЧИНОЙ ПРИЧИН этого явления???
  И задумывался ли кто-либо ранее над физической ПРИЧИНОЙ того, ПОЧЕМУ скорость света —  недостижимый предел для тел с ненулевой массой покоя? И какие физические факторы пустоты (вакуума) препятствуют неограниченному разгону тел, тормозят его? (Ведь получить известную формулу и успокоиться, остановиться на этом является, по мнению автора данной работы, не совсем адекватной реакцией на проглядывающую сквозь абстрактные математические символы ЖГУЧУЮ ТАЙНУ Природы! В самом деле, ПОЧЕМУ абсолютная пустота не позволяет таким телам — включая и элементарные частицы — достичь скорости света?)
   Пока мы можем лишь выдвигать различные предположения и гипотезы по этому поводу... Но, видимо, настала пора задуматься: А какие уже сегодня (или в обозримом ближайшем будущем) эксперименты мы можем осуществить для того, чтобы хотя бы приблизиться к раскрытию этой удивительной загадки Природы? Убеждён, что раскрытие этой тайны позволит человечеству перейти в своём развитии в новое качество, приобрести небывалое могущество. 
   Размышляя над возможной причиной того, что скорость света — это фундаментальный предел, автор пришёл к выводу о том, что, вероятно, физические факторы, фундаментально присущие вакууму, определяются фундаментальными свойствами пространства-времени. Возможно, этот предел определяются неким взаимообусловленным совместным действием и физических свойств вакуума, и  физических свойств пространства-времени.
   Одним из возможных подходов, намечающем лишь зыбкие и смутные (и, вероятнее всего, вообще не соответствующие действительности) контуры только лишь “микроскопического” приближения к разрешению указанной выше загадки, является предположение о том, что наше пространство-время — это некая трёхмерная “тень” от многомерного СверхМира (здесь уместно указать на подобную же аналогию, существующую в нашем мире: отбрасываемая от трёхмерных объектов тень абсолютно — т. е. истинно — двумерна); или, возможно, некая мембранная гиперповерхность, отделяющая нашу Вселенную от Великой многомерной СверхВселенной. Но всё дело в том, что эта “мембрана”, эта ничтожная для СверхМира “тень” для нас является трёхмерной в пространстве и с дополнительным четвёртым — временным — измерением...
   И свойства этой (являющейся нашей, так сказать, средой обитания) “тени”, “мембраны” или “границы раздела сред”, существующей для нас везде, в каждой точке нашей Вселенной, и определяют (причём, однозначно) и законы, и физические свойства нашего Мира, и, в частности, скорость света. (Здесь можно указать на некоторое подобие изложенного выше с поверхностными волнами в плёночных структурах, с физическими характеристиками и свойствами сверхтонких плёнок и с особенностями процессов на границах раздела сред.)
   Итак, можно предположить, что “поверхностные” (с точки зрения гипотетических обитателей СверхВселенной) свойства указанной “тени” (“мембраны”,  “границы раздела сред” —  “поверхностная” для них, она является, повторяю, трёхмерной для нас) и определяют ПРИЧИНУ сопротивления пустоты (вакуума).
   Но ведь тогда и невидимую материю, и тёмную энергию можно считать некими проявлениями многомерия и многомирия; неким, просачивающимся в нашу примитивную Вселенную, примитивным же слепком; шелестящим на грани слышимости отзвуком какого-то загадочного и феерического действа из СверхМира... И некие загадочные объекты, перемещаясь в том МегаМире, прогибают в некоторых местах “мембрану” нашего Мира, меняя в этих областях законы физики, значения фундаментальных констант и метрику нашего пространства-времени... И, следовательно, оставаясь в рамках данной гипотезы, следует предположить, что и, так называемый, разлёт нашей Вселенной, и “ускорение” этого разлёта, и “красное смещение”  света от “разлетающихся” галактик — всё это лишь кажущиеся (всего лишь кажущиеся!) нам “эффекты”, имеющие на самом деле совершенно иные причины. Можно предположить (даже если когда-либо выяснится, что изложенная выше гипотеза о СверхВселенной неверна), что причиной (или одной из причин) указанного “красного смещения” являются невидимая материя и/или тёмная энергия.
   А ведь возможно, кстати, учитывая результаты, касающиеся релятивистского эффекта Доплера (см. выше), что всё как раз наоборот: имеющее некинематическую причину явление «красного смещения» воспринимается ныне как проявление действия... тёмной энергии!
   При некоторых исходных  — эвристического характера — предположениях автором получены формулы для зависимости величины изменения (красного смещения) частоты и длины волны ЭМИ от расстояния между источником и приёмником этого излучения. Главной особенностью этих формул является КВАДРАТИЧНЫЙ характер указанных зависимостей. А это снова позволяет предположить, что причиной недавно обнаруженной существенно нелинейной зависимости величины космологического красного смещения от расстояния до далёких галактик является не всё ускоряющийся разлёт нашей Вселенной, а некая особенность (некоторое свойство) пространства-времени (вакуума).
   Изложенная выше концепция дополняет рассуждения, касающиеся релятивистского эффекта Доплера, и позволяет  — без использования гипотезы о Великом Взрыве, создавшем Вселенную, (ВВВ) — совершенно иначе интерпретировать по крайней мере 2 астрофизических явления:
1) увеличение значений «красных смещений» в спектрах галактик по мере увеличения расстояний до них;
2) рост значений так называемой постоянной Хаббла при r > 10 миллиардов световых лет (что интерпретируется ныне как ускорение разлёта Вселенной в результате действия некой «тёмной энергии»).

   Приведённые выше рассуждения и соответствующие формулы (в pdf-варианте публикации) не претендуют, естественно, на ранг истины в последней инстанции. Они лишь указывают на возможность того, что известные наблюдаемые астрофизические явления могут иметь совершенно иное, отличающееся от общепринятого ныне, объяснение.
  Следует также отметить, что при своём движении в пространстве кванты ЭМИ подвергаются воздействию множества самых различных факторов, причём «история» и количество таких возмущающих воздействий для каждого конкретного фотона совершенно индивидуальны и, конечно же, пропорциональны пути, пройденному квантом. И, поэтому, должно происходить уширение дискретных излучательных линий в спектрах всех источников ЭМИ! Величина этого уширения должна быть пропорциональна расстоянию (r) между излучателем и приёмником.
   Очевидно, что   S = Kу.*r   
где: S — ширина спектральной линии, измеренная, например, на уровне 0,5 от максимума интенсивности;
       Kу. — коэффициент пропорциональности;
       r  — расстояние пройденное квантом ЭМИ.
  Степень уширения дискретных излучательных линий в спектрах звёзд и галактик может быть иным — независимым — маркером (параметром) для определения расстояний до этих объектов (альтернативным эффекту «красного смещения»).

   Электронный адрес автора в Сети:  KORABEL47AL@LIST.RU
                29 мая 2012 г.