Космические парадоксы ставят под сомнение общепринятые научные теории?
В том объеме представлений о Вселенной, каким обладает человечество, при распространении законов физики на всю Вселенную или отдельные ее области нередко возникают космологические парадоксы. Периодически сталкиваясь с какими-то реальными ситуациями, ученые не могут их логически объяснить. Это так называемые теоретические противоречия, когда причинно-следственная связь перестает работать. Ну или противоречия между теорией и опытом, то есть ситуация, когда логические умозаключения не соответствуют тому, что произошло в ходе наблюдения.
С одной стороны подобные парадоксы ставят под сомнение общепринятые научные теории, но с другой рождают новые научные парадигмы. Чтобы решить космологические парадоксы, приходиться применять более точные инструменты измерения, новые научные методы или проверять саму формулировку парадокса на логические ошибки. Таким образом, некоторые загадки космоса разрешаются, тогда в астрофизике происходит важный прорыв. Иные парадоксы остаются пока неразгаданными.
Фотометрический парадокс или парадокс Шезо – Ольберса. Его, кстати, совершенно верно объяснил Эдгар По в своей космологической поэме «Эврика». Заключается он в одном единственном вопросе: «Почему ночью небо темное?». Все мы привыкли думать, что это происходит потому, что Земля отворачивается от Солнца. Однако все далеко не так просто. Кроме Солнца в небе есть еще и другие звезды. Один Млечный путь вмещает в себя минимум 100 миллиардов звезд, а по некоторым расчетам их может быть и все 400 миллиардов.
В наблюдаемой нами Вселенной от ста до двухсот миллиардов галактик. Получается, что самый маленький участок неба должен быть заполнен миллиардами звезд. Тогда все небо просто обязано ярко светиться. Только этого не происходит. А объяснение этому, что звезды слишком далеки и тусклы, будет неверным. Если мысленно разделить бесконечную Вселенную на сферические слои с нашей планетой в центре, получится, что в одном таком слое будет содержаться определенное количество звезд. Так как Вселенная однородна, то тот слой, который будет находиться в два раза дальше от Земли, будет содержать в четыре раза больше звезд.
По закону обратных квадратов свет от звезд в четвертом слое от Земли будет в четыре раза тусклее. Это значит, что светимость каждого из них одинакова, то есть каждый из них излучает одно и тоже количество света. Небо должно освещаться при этом равномерно. Если предположить, что межзвездная пыль препятствует прохождению света, то это тоже будет неверным. Она бы неизбежно нагрелась от звездного света, а дальше сама стала бы излучать поглощенный ею свет не хуже звезд, как то велит закон сохранения энергии.
При решении этого парадокса нужно вспомнить о том, что Вселенная не статична, а динамична, а еще она непрерывно расширяется. Когда звезды удаляются все дальше, свет от них смещается в красную область спектра, то есть для нас он уходит за пределы видимого спектра. Также нужно учесть, что у Вселенной ограниченный возраст. Свет от самых дальних звезд не успел до нас долететь, так что не внес в яркость ночного неба свой вклад.
Гравитационный парадокс или парадокс Неймана – Зелигера. Когда-то Ньютон установил, что на объекты действует закон всемирного тяготения. Однако если применить этот закон для вычисления гравитационного поля, которое создает вещество во Вселенной, получится парадокс. Допустим, Вселенная равномерно заполнена космическими объектами. Таким образом, в очень больших пространствах средняя плотность вещества одинакова. Если по закону Ньютона попытаться рассчитать, с какой гравитационной силой на произвольную галактику действует бесконечное вещество Вселенной, результат получится неоднозначный и зависеть он будет от способа вычисления.
Для начала представим пустую Вселенную. Произвольно поместим в нее тело и окружим его однородным веществом, которое заполнит вокруг него шар с определенным радиусом. В центре шара все частицы вещества уравновешиваются друг с другом. И получится, что на тело не будет действовать никакая сила вообще. Если добавлять к шару новые сферические слои вещества одинаковой плотности, то это тоже ничего не изменит. Они не создадут во внутренней плоскости сил тяготения. Таким образом, в бесконечной Вселенной с равномерным распределением вещества гравитационная сила, которая действует на тело, равна нулю.
Теперь представим снова однородный шар в пустой Вселенной, только тело будет уже не в его центре, а где-нибудь с краю. В этом случае, согласно закону Ньютона, сила тяготения, действующая на тело, будет иметь значение. Если к шару добавлять сферические слои один за другим, то поскольку они имеют одинаковую плотность, сила тяготения, которая действует на тело, не изменится. Теперь получается, что в бесконечной Вселенной с равномерным распределением вещества гравитационная сила уже действует на тело. В этом и заключается гравитационный парадокс.
По теории Ньютона сила тяготения распространяется мгновенно. Это не согласуется с теорией относительности, которая предполагает, что никакое взаимодействие не распространяется быстрее скорости света в вакууме. Рассчитать гравитационные силы в бесконечной Вселенной позволяет только теория относительности Эйнштейна. В ее рамках была построена космологическая модель Фридмана, которая и решила парадокс. Для решения космологических задач для пространств, которые меньше десяти миллиардов парсек, можно пользоваться ньютоновской теорией. Она помогает понять, почему Вселенная нестационарная. В больших масштабах, анализируя структуру Вселенной, нужна релятивистская теория тяготения.
❗️ Ставьте
