Валерий Валюс - Вместо картины

Вместо картины, 2015.

Пару слов о себе, почему я бросил физику, геофизику и после многих лет шатаний и мотаний по жизни стал художником.

Я был плохим физиком. В школе она давалась мне легко. Не знаю почему. В университете трудно. Она очень большая и в ней сложная математика, выходящая за пределы моих способностей и за пределы тех знаний по математике, которые дает обязательная программа физфака. А тут еще интерес к окружающей жизни, сильно подогретый поездкой в геологическую партию в Сибирь, прочие интересы молодости. Резкой смене профессии мешала угроза попасть в армию. Вместо университета оказаться в казарме не хотелось. И при выборе специализации я после некоторых блужданий по кафедрам ушел в геофизику. А потом уже на работе ушел в программирование. К простым кодам вычислительной машины, подальше от физики, геофизики и сейсмологии, к которой эти программы относились.

Задачи в геофизике тоже трудные. Я даже не знаю, как к ним подступиться. Что просили, то и делал. По сейсмическим волнам в Земле определял ее структуру. Модели на ЭВМ подбирал. Не исключено, что слишком хорошо. Там, где не было ни одной модели, согласующейся с сейсмическими данными, появлялись сотни. И поставленная задача оказывалась бессмысленной. Мне было стыдно. Особенно после защиты диссертации. Меня сделали старшим научным сотрудником, а что я мог сказать младшим – программируй, что рекомендуют.

Прошло много лет. Сейчас я художник. Хороший. Ничего по этой специальности не оканчивал. Наиболее творческий, метафизический элемент работы – выход на тему картины. Ну и, разное при этом приходит в голову.

Откуда взялась темная энергия? Посчитали по эффекту Доплера скорости звезд и соответственно расстояния до них. Прикинули размеры Вселенной. Получилось что-то вроде 15 миллиардов световых лет. Потом по светимости звезд очень определенного типа, по теории у них должна быть одинаковая светимость, посчитали расстояния до них. Назвали их «свечками». Расстояния до «свечек» по их светимости и по скоростям, которые дает эффект Доплера, не совпали. Ну и решили, что какое-то время Вселенная расширялась не так быстро как сейчас. Значит, что-то ее разгоняет. Назвали это что-то темной энергией.

Расстояния до звезд

Ну, а если красное смещение вызвано не только скоростью звезды, но и полетом света. Если взять так: фотон расширяется вместе с Вселенной. Т.е. любой свет, который висит во Вселенной (со скоростью света висит, я помню) потихоньку остывает наподобие реликтового излучения, просто он не такой старый. Остыл меньше. Ну, вроде как газ, который остывает при расширении. Совсем без обозначений тут не обойтись. Но, на вскидку, формулы должны быть совсем простенькими. Так, обозначим:

Т - возраст Вселенной сейчас, t - время полета света от звезды до Земли. Они же могут быть и расстояниями, если мерить расстояния в световых годах. λ - длина волны фотона, λ0 - длина волны в момент излучения в системе координат, связанной со звездой, λd - длина волны с учетом эффекта Доплера, λr - длина волны с учетом расширения Вселенной., с - скорость света, v - скорость убегания звезды. Отношение t/T обозначим β.

Итак, пусть Вселенная расширяется с постоянной скоростью, граница со скоростью света. И пусть скорость звезды соответствует ее положению во Вселенной (чем дальше, тем быстрее) - расчет прикидочный, уточнять можно после. Тогда и v/c = β.

Свет, который прилетел к нам сейчас, вылетел в момент T- t. Тогда расстояние до звезды было v(T- t). Сейчас оно vТ. Расширилась Вселенная за это время. Расстояние до звезды возросло. И λ увеличилась.

Для оценки эффекта Доплера берем из Интернета формулу Эйнштейна:

Можно посмотреть как при этом изменятся оценки расстояний до звезд. Я по-простому посчитал функции λr и λd для разных значений β и построил графики (Рис. 1)

                                     Рис. 1

β меняется от 0 до 1. Это расстояние до звезды, если радиус Вселенной брать за 1. Очевидно, что для малых и средних значений β звезды приблизились примерно вдвое. Для совсем малых β втрое, как показывают несложные выкладки (см. ниже). А для больших β коррекция поменьше.

Звезды стали ближе. Да, от темной энергии что-нибудь осталось? Кроме того, у звезд, которые оказались к нам в 3 раза ближе, нужно в 9 раз подкрутить фитилек, поменять и другие параметры. Размеры галактик придется уменьшить.

А это потребует корректив гравитационных взаимодействий в галактике. Плотность звезд в ней увеличится. Если при этом не изменится угловая скорость вращения галактики (я как-то не соображу, как ее вычисляли, но вроде не должна), то придется уменьшить оценки для массы ядра галактики. А такие коррективы могут сильно толкнуть локтем темную не энергию, а материю. Подобные расчеты когда-то ее породили, они же могут ее и отменить.

Признаюсь, меня сильно удивили результаты моих незамысловатых расчетов. Но и ошибки я не могу найти.

Да, я не поленился и на пальцах прикинул, насколько может быть преувеличена масса галактики за счет темной материи. Для тех, кто не верит, что подобное можно прикинуть на пальцах, поясню: галактику представляют в виде шарового ядра и приплюснутого шара - эллипсоида, состоящего из звезд примерно одной плотности. Вне шарового ядра сила притяжения к нему убывает как 1/R2, а внутри звездного эллипсоида растет пропорционально R. Нужно подобрать массу ядра и плотность звездного облака так, чтобы обеспечить наблюдаемую скорость вращения звезд, которая согласно наблюдениям почти не зависит от R. Если размеры галактики уменьшились в 3 раза, то плотность звезд увеличилась в 27 раз. Ну и раза в 2 придется уменьшить массу ядра, чтобы обеспечить уменьшившуюся скорость вращения звезд из-за изменившихся размеров. Получаю цифру 54. Лезу в Википедию и нахожу там цифру 55 для соотношения масс темной и видимой материи. Правда, смешно? Метил пальцем в небо, а попал в яблочко. Я на точности этих прикидочных расчетов не настаиваю.

Подсчет коррекции для малых β.

λd(β1) = λr(β2)

Т.е. смотрим как меняются оценки расстояний для одного и того же смещения длины волны.

P.S. Я послал это эссе в астрономический Интернет-журнал, а также десятку своих знакомых. Друзья, у которых нет высшего математического или физического образования, честно сказали, что при виде формул у них отключаются мозги. Из журнала ответа не было. А из знакомых физиков позвонила бывшая сокурсница и сказала, что, во-первых, я все напутал, а во-вторых, что пишу о хорошо известном в общей теории относительности космологическом красном смещении. Мне случалось таскать в рюкзаке мешки с цементом на Камчатке, промывать песок на притоках Лены, бить шурфы в бассейне Ангары, но в таких гиблых местах как общая теория относительности я не бывал. Разумеется, я не полез в самую трясину, а почитал статьи в Интернете о космологическом красном смещении.  Действительно, явление вроде такое же, как у меня - расширение фотона вместе с Вселенной. Просто я взял его без каких-либо обоснований, по аналогии с реликтовым излучением. Эйнштейн, наверное, действовал иначе. Сказано там также, что космологическое красное смещение должно быть заметно у очень далеких небесных объектов, близких к краю Вселенной. Ну, это и я заметил - см. формулу (1). Длина волны растет с увеличением β. Но вот никаких замечаний о том, что космологическое красное смещение нужно учитывать при расчетах расстояний до небесных тел по эффекту Доплера, я не встретил. Даже как раз наоборот, там говорилось, что экспериментальных подтверждений общей теории относительности не так уж много. Ничего себе немного, если нужно пересчитывать расстояния для небесных тел!

Замер я в недоумении, наверное, и знакомые физики тоже пришли в недоумение от моего текста и поэтому мне не ответили. Но поскольку я не нашел ошибки в своих рассуждениях, общей теории относительности не понял, и носом меня никто в мои ошибки не ткнул, то не выкидываю это эссе в корзину. Если это не описание мира, то хотя бы часть моей биографии, описание моего заблуждения.