Продолжение цикла статей про вакуум и вселенную. Предыдущая статья здесь.
В этой статье мы покажем какой физический смысл содержит в себе постоянная Хаббла.
Слово д.ф.-м.н. Сергею Борисовичу Алеманову:
"Физический процесс потери (диссипации) энергии фотонами в среде космического вакуума следует рассмотреть подробно.
Если в вакуумной среде наблюдаются флуктуации поля, то в такой среде будет происходить поглощение электромагнитных волн - энергия волн переходит в энергию флуктуаций. Ясно, что если флуктуации вакуума могут превращаться в реальные фотоны, то должен существовать и обратный процесс.
Если в формуле космологического красного смещения z = (ν0 – νz)/νz заменить частоту на энергию фотона E = hν:
z = (E0 – Ez )/Ez ,
то становится видно, что при одинаковом красном смещении чем больше энергия (частота) фотона, тем больше потеря энергии
z · Ez = (E0 – Ez).
Т.е. потеря (диссипация) энергии прямо пропорциональна количеству колебаний! Учитывая классический закон Хаббла c · z = H · r, (z = H · r/c = H · t – космологическое красное смещение за время t), используемый при практических расчётах в космологии, за один период колебания фотоном будет потеряна энергия:
Et = E · Zt = E·H·T = h·ν · H · T = h · H = 1.59·10^-51 Дж,
где Zt - красное смещение за один период колебания: Zt = H·T;
H - постоянная Хаббла, H = (2.4 ± 0.12)·10^-18 с^-1 (Гц);
r·H = (74.2 ± 3.6) км/сек - постоянная Хаббла на один мегапарсек;
h - постоянная Планка, h = 6,62606896·10^-34 Дж·c;
ν - частота фотона, T - период колебания T = 1/ν.
Следовательно, Et = h·H = 1.59·10^-51 Дж - квант диссипации (декремент затухания) энергии фотона, которая переходит в энергию флуктуаций вакуума.
(Термин «декремент затухания» одного периода волны определён и использован в физике волновых процессов ещё в середине 19 века при создании теории звука (лорд Рэлей); затем он был успешно использован в начале 20-го века в нарождавшейся сейсмологии, - при распространении сейсмических волн в толщах Земли также наблюдается «красное смещение» спектров, но по естественным причинам, никому не пришло в голову связывать это явление с эффектом Доплера).
Величина, на которую уменьшается частота фотона за один период колебания:
ν · Zt = ν · H · T = H = 2.4·10^-18 Гц, –
– постоянная Хаббла, является одновременно декрементом уменьшения частоты фотона.
Например, фотон с частотой 6·10^14 Гц (E = 3.9756·10^-19 Дж), пройдя 40 мегапарсек (r = 3.09 ·10^19 · 40 = 1.234·10^24 м), совершит число колебаний:
r/l = rν/c = 2.468·10^30, где l - длина волны l = c/ν, c - скорость света.
Соответственно, диссипация энергии (E0 – Ez) составит:
r/l· Et = 2.468·10^30 × 1.59·10^-51 Дж = 3.924·10^-21 Дж,
а красное смещение (Е0/Ez-1) будет:
z = 3.924·10^-21 Дж / 3.9717·10^-19 Дж = 0,01.
Т.е. на малых расстояниях получаем полное совпадение с классическим законом Хаббла:
z = H · r/c = 2,4·10^-18 x 1,234·10^24/ (3·10^8) = 0,01.
Независимо от частоты фотона, при каждом колебании волны из-за того, что в вакуумной (полевой) среде совершается перекачка одного вида энергии в другой, происходит потеря порции (кванта) энергии 1.59·10^-51 Дж.
Постоянная Хаббла - это всего лишь величина: Н = 2.4·10^-18 Гц, на которую уменьшается частота фотона за один период колебания,
вне зависимости от длины волны. Соответственно, наблюдаемые сдвиги частот в спектрах светимости любых космических объектов соответствуют простой математической формуле, представляющей «квантовый закон Хаббла» – квантовый закон космологического красного смешения:
ν = n · H, где
n = r/λ – количество длин волн соответствующей частоты (количество периодов колебаний), укладывающееся на длине луча света от наблюдаемого объекта.
Такое уменьшение частоты полностью соответствует наблюдаемому космологическому красному смещению.
На сегодня это всё! В следующей статье разберем особенности распространения света в вакууме, где определим максимальное время жизни фотона и получим явное противоречие в оценке возраста Вселенной, полученной в рамках теории большого взрыва. Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить продолжение!
// Статья подготовлена по материалам книги Ерунова В. "Вакуум и Вселенная" и публикуется с разрешения автора.