Читать книгу Необычные размышления о… - - Страница 19

Многие астрономы уверены в том, что красное смещение позволяет определить относительную скорость удаления объекта (звезды, галактики) от земного наблюдателя. К сожалению, это не так. Красное смещение позволяет приближенно обнаружить засорение космического пространства различными элементарными частицами и атомами вещества. Чем дальше галактика или звезда находятся от земного наблюдателя, тем больше шансов у света, исходящего от таких галактик, наткнуться на целые анклавы космического засорения частицами и, дойти до земного наблюдателя в виде красного смещения.

В свое время, лауреат Нобелевской премии, Сол Перлммутер, для определения расстояния до галактики, предложил опереться на, так называемые, стандартные свечи. В качестве таких свечей, он рассматривал сверхновые типа А, то есть взрывы белых карликов. Яркость таких сверхновых у всех приблизительно одинакова и убывает по квадратичной зависимости с расстоянием. Да, таким способом, весьма приблизительно, можно определить расстояние до галактики, в которой проявилась сверхновая. Но Перлммутер претендует на то, чтобы обнаружить скорость удаления галактик, замеряя красное смещение света, идущего от галактик. Тем самым, ему хочется доказать явление разбегания галактик, а, значит, и расширение вселенной.

Увы, господин Перлмуттер, красное смещение никак не демонстрирует нам удаление галактик. Оно свидетельствует лишь, о наличии засоренности космического пространства частицами и веществом. Внимательно изучайте эффект Комптона. Наблюдая за Солнцем, вы сможете убедиться в том, что, когда Солнце в зените, то никакого красного смещения не существует. На Солнце без защитных очков трудно смотреть. Ультрафиолетовое излучение может разрушить рецепторы на сетчатке глаз, из-за слишком большой энергичности ультрафиолетового излучения.

Красное смещение появляется во время заката Солнца. На закате Солнце пребывает в диапазоне красного света. На него можно смотреть без защитных очков, поскольку фотоны красного света не энергичны, в сравнении с ультрафиолетовым светом. И, во время заката, и, в зените, Солнце находится на одном и том же расстоянии от Земли – 150 млн. километров, и никуда не удаляется. Тогда, почему в зените Солнце бело-желтое и ультрафиолетовое, а во время заката – преимущественно красное. Все дело – в эффекте Комптона.

При нахождении Солнца в зените, и в закате, свет проходит сквозь толщу атмосферы и попадает на сетчатку глаз. Однако, толщина атмосферы и в том, и в другом случае – различная. В зените, толщина атмосферы в вышину – 10 километров (выше – почти разреженная атмосфера), и столкновение фотонов с атомами и частицами атмосферы проистекает именно на таком расстоянии. Во время заката, путь фотонов происходит в плотных слоях атмосферы по касательной к поверхности Земли. Такой путь составляет – сотни (если не тысячи километров). Так что шанс, чаще столкнуться с частицами атмосферы, у фотонов намного выше во время заката.

Поэтому ультрафиолетовые фотоны во время заката, согласно эффекту Комптона, при таких столкновениях трансформируются в красный и даже в инфракрасный свет, о чем свидетельствует сумеречная (темная) обстановка во время заката. Ибо наши глаза не воспринимают инфракрасное излучение, или, воспринимают такое излучение как темноту.

В зените, ультрафиолетовые фотоны на очень маленьком расстоянии (10 километров) не успевают трансформироваться, согласно эффекту Комптона, в красный свет. Ситуацию с Солнцем мы привели специально для господина Перлммутера, чтобы он прочувствовал, что красное смещение не связано с удалением от нас звезды или галактики. И не претендовал на роль учителя о расширении вселенной.

Постулаты термодинамики убеждают нас в том, что тепло не может передаваться от холодного тела к горячему. Действительно, если в печи бани мы сжигаем дрова, то при этом в огне производится желтый свет. Если сжигаем природный газ, то в огне производится и синий и фиолетовый свет. Но и в том, и в другом случае, при очень длительной топке, труба бани начинает светиться малиновым или красным светом, или невидимым инфракрасным (тепловым) светом. Но ни синим светом или фиолетовым.

Объяснение простое. Желтые, синие, фиолетовые фотоны, образующиеся в пламени, сталкиваются с атомами трубы и, в соответствии с эффектом Комптона, такие фотоны уменьшают при столкновениях свою частоту в красную и инфракрасную сторону. Вот, если бы при таких столкновениях, увеличивалась бы частота фотонов, то стало бы возможным по-иному трактовать начала термодинамики. Так что, за современную трактовку постулатов термодинамики, ответственность несет все тот же эффект Комптона.

Инспекторы ДПС, чтобы проконтролировать скорость автомобиля, используют прибор, который опирается на частоту излучения, исходящего или отраженного от автомобиля. Называют такой прибор доплеровским измерителем скорости в диапазоне электромагнитного излучения. На самом деле, такой прибор следует назвать комптоновским измерителем скорости. Да, с удалением автомобиля от сотрудника ДПС, происходит изменение частоты излучения. Но, объясняется это эффектом Комптона. При таком удалении автомобиля, происходит увеличение слоя атмосферы между автомобилем и сотрудником ДПС, который с помощью своего прибора измеряет увеличивающуюся толщину слоя атмосферы. Сотрудники ДПС могут также опереться на измерение временных интервалов прихода нескольких отраженных от инспектируемого автомобиля световых сигналов. Однако, в этом случае потребуются слишком точные часы. Из-за слишком большой скорости света (или иного электромагнитного излучения).

Доплеровский эффект не применим к электромагнитному излучению. Не верите – проверьте. Возьмите протяженный цилиндр. Вставьте в него поршень. На торцах цилиндра и поршня (внутри цилиндра) закрепите излучатель и приемник излучения, так, чтобы приемник и излучатель были оптически сопряжены. Откачайте воздух из цилиндра с обеих сторон от поршня (именно с обеих, иначе поршень не стронется с места – давление воздуха не позволит) до состояния глубокого вакуума. Начните отодвигать поршень от торца цилиндра и при этом производите замеры частоты излучения. С какой бы скоростью вы не удаляли приемник вместе с поршнем от излучателя, ваш приемник не обнаружит изменение частоты излучения, исходящего от излучателя.

Вторая часть эксперимента состоит в том, чтобы в цилиндр запустить воздух из атмосферы и повторить все действия, изложенные выше. При этом вы убедитесь в том, что приемник обнаружит изменение частоты излучения. Из-за эффекта Комптона. Правда, вторую часть эксперимента нет смысла проводить, поскольку, природа уже провела его. Такой эксперимент природы называется закатом Солнца. Мы его уже подробно рассмотрели. Господин Перлммутер может заявить: “Какая разница – комптоновский эффект или допплеровский. Нельзя использовать допплеровский эффект, применим комптоновский для измерения скорости удаления галактики”.

Да, действительно, опираясь на комптоновский эффект, косвенным путем можно почувствовать удаление галактики от Земли. Дело в том, что при удалении некой галактики от Земли, происходит увеличение расстояния между галактикой и Землей. Такой промежуток пространства с течением времени заполняется частицами, что ведет к дополнительному проявлению комптоновского эффекта.

Однако, при этом, вряд ли, удастся сказать что-либо конкретное. Допустим, что какая-то галактика удаляется от нас со скоростью 1000 км/сек. Производим первый замер частоты света, идущего от галактики. Через 10 лет производим второй замер такой частоты. За десять лет галактика удалится от Земли на расстояние – 320 млрд. километров и такое пространство как-то заполнится частицами. Казалось бы, что основание для проявления комптоновского эффекта, имеет место быть. Однако, вспомним, что расстояние до ближайшей звезды, Альфа Центавра (в нашей галактике) – 4,4 световых года или свыше 40 триллионов километров. Расстояние до ближайшей галактики Туманность Андромеды, почти в миллион раз больше. А, речь идет о галактиках, отстоящих от Земли, в сотни миллионов и, даже, в миллиарды световых лет.

Что из себя представляют какие-то жалкие 320 млрд. километров, в сравнении с миллиардами триллионов километров? Тем более, что заполнение космического пространства частицами – исключительно бессистемно и неоднородно. Например, туманность “Конская Голова”, которая заполнена многими частицами и атомами вещества (и даже пылью), имеет пространственную протяженность 4 световых года на 3,5 световых лет.

Вместе с тем, на пути фотона могут встретиться много триллионные космические пустоты, в которых не найдется ни одной частицы вещества. И, потом, наша галактика тоже летит со скоростью в 1000 км/сек. в каком-то направлении. Значит, расстояние от Земли до космических объектов (звезд, галактик), расположенных в диаметрально противоположной стороне от направления полета нашей галактики, должно все время увеличиваться, и на небесной сфере такие объекты должны смотреться более красными. Однако, до сих пор такого эффекта никто не наблюдал.

Так что, господин Перлммутер, вряд ли вы нас порадуете убедительными доказательствами разбегания галактик или расширения вселенной. Кроме того, использование сверхновых типа: один А, в качестве стандартных свечей, для определения расстояния до галактик, весьма сомнительно. Представьте себе ситуацию, когда две сверхновые взрываются на одинаковых расстояниях от Земли. Только свет от одной сверхновой проходит сквозь туманность “Конская Голова”, а свет от другой сверхновой, проходит сквозь абсолютную пустоту. Вы такую ситуацию, по наблюдениям за светом от сверхновых, интерпретируете таким образом, что, якобы, сверхновые находятся на разных расстояниях от Земли. Поскольку, световые картинки, пришедшие от таких сверхновых, будут существенно различаться.

Ранее мы рассказали, что фотон (электромагнитное излучение) является переносчиком энергии и импульса. Но, затем мы отвлеклись на господина Перлммутера и не рассмотрели вопрос переноса фотоном вращательного момента. Фотон пребывает в когорте бозонов. И его спин равен единице. Что такое спин?

Тривиальное объяснение спина сводится к рассмотрению сочетания вращательного движения частицы (например, фотона) с волновым движением такой частицы. Применительно к фотону: спин фотона (равен единице) обусловлен одним оборотом вращения фотона вокруг своей оси за один период колебательного движения такого фотона. То есть, спин фотона – находится в зависимости от частоты фотона (частоты света). Таким образом, энергия, импульс и момент вращения частицы (фотона) взаимосвязаны. Такая взаимосвязанность обусловлена частотой частицы (фотона).

Эффект Комптона учитывает зависимость энергии частицы (фотона) от частоты. Косвенно, эффект Комптона учитывает зависимость импульса от частоты, но не рассматривает зависимость вращательного движения частицы (фотона) от частоты.