К вопросу о нахождении центра Вселенной

На суд читателей предлагается взгляд автора на проблему наблюдаемости космических объектов. Побудительным мотивом последующих рассуждений послужили многочисленные сообщения последних лет о наблюдении очень далеких космических объектов, близких по возрасту нашей Вселенной, а так же бытующее положение о невозможности нахождения ее центра. Существует много мнений на эту тему, известных и не очень. Тем не менее, автор рискнул высказать свое представление, не умаляя достоинств других предположений.
В настоящее время наиболее известны три модели зарождения, развития и существования Вселенной, это:

1.Стационарная Вселенная ( по Эйнштейну);
2.Расширяющаяся из точки (по Фридману, де Ситтеру);
3.Инфляционная расширяющаяся (современные представления).

Стационарную модель бесконечной и безграничной Вселенной мы рассматривать не будем, она достаточно хорошо представлена в литературе. Автор, опираясь на общие положения второй и третьей моделей, намерен выступить в роли гипотетического Наблюдателя.

И так, не выходя из только что упомянутых общих положений последних двух моделей, образно представим инфляционную модель, как воздушный шар, который раздувается в вакууме. В какой-то момент шар лопается и молекулы газа разлетаются в разные стороны. Этап раздувания шара и имитирует инфляцию. Происходит это очень быстро и в малом объеме.

Само понятие расширения Вселенной предполагает наличие пространственного объема. Мы можем предположить, что Вселенная имеет (и имела) шарообразную форму, потому что все три пространственных координаты х, у, z равноправны и на сегодня нет ни каких общепризнанных наблюдаемых данных противоречащих этому предположению, равно как и в момент Большого Взрыва не имелось выделенных направлений.

2. Представим себе Вселенную в виде шара, внутри которого пространство изотропно и однородно. Хорошим аналогом может быть колобок из дрожжевого теста, в которое замесили изюм и мак. (“Гастрономическое” моделирование используется, например, в монографии Джозефа Силка “Большой взрыв”). Наш колобок имитирует расширяющееся пространство (работа дрожжей). Изюминки и зерна мака — это космические объекты, расстояние между которыми растет со временем. Исходными данными выберем следующие:

1.Скорость света в вакууме постоянна, составляет 300000 км/с и является максимальной скоростью для нашего
материального представления о Мире.
2.Возраст Вселенной 14 млрд. лет.
3.Время, за которое свет прошел расстояние от далеких объектов определено.

Переходим к рассуждениям.
Поскольку конфигурацию вселенной мы определили как шар, то можно показать наличие центра у этого образования. К сожалению, мы не можем выйти за пределы Вселенной и посмотреть на нее со стороны. Можем ли мы найти направление на этот центр, находясь внутри Вселенной?
Да! И в этом нам поможет свет.
Относительно недавно астрономы получили в свои руки хорошие приборы, с помощью которых обнаружили очень далекие космические объекты. Эти объекты так далеки, что свет испущенный ими дошел до нас за 12-13 млрд. лет. Поскольку координаты этих объектов определены на небесной сфере, этого оказывается достаточным, чтобы выполнить соответствующие расчеты. Построения будем производить в координатах времени. Определим масштаб, в котором будем работать: — 1 деление равно 1 млрд. лет.

3.Для понимания основного рисунка нам придется представить наблюдение расширения Вселенной во времени и из разных точек в которых мог находится Наблюдатель.

Случай 1) Место возникновения Большого Взрыва (Ц) и Наблюдатель (Н) находятся в одной точке. С момента взрыва Н остается в Ц всегда. Наблюдатель будет видеть всю расширяющуюся вселенную (см. рис.1).

Понятно, что если бы существовал сигнал, распространяющийся бесконечно быстро, то Н видел бы всю Вселенную в каждый момент, по мере ее расширения. Поскольку скорость света ограничивает скорость поступления информации, то Н видит Вселенную в срезе времени. В случае, если космический объект удаляется от Н со скоростью близкой к скорости света, к примеру, в течение 7 млрд. лет, то информация о том, что на нем произошло в последний момент, Н получит через 7 млрд. лет. Значит, с момента начала удаления объекта, до получения сообщений от него пройдет 14 млрд. лет. Так что наблюдатель через 7 млрд. лет будет видеть находящийся в Ц горизонт событий равный этому значению, хотя прошло 14 млрд. лет.

Случай 2) Ц и Н находятся не в одной точке, расстояние между ними сохраняется постоянным (гипотетический случай). К примеру, сфера Большого Взрыва через 1 млрд. лет достигает Н. То есть, через 1 млрд. лет наблюдатель увидит момент взрыва и все дальнейшее развитие событий (см. рис.2).

В начальный момент времени (взрыв), информация шла по прямой из Ц к Н. Но в дальнейшем, космические объекты разлетаясь “излучали” сигналы принимаемые Н через какое то время. По прошествии некоторого времени информация принимается Н с разных сторон. Наша первоначальная прямая превращается в эллипс с фокусами в точках Ц и Н и за бесконечное время стремится к окружности в силу малости расстояния (по сравнению с возрастом Вселенной) между Н и Ц.

Случай 3) Н и Ц находятся в момент взрыва в точке Ц, но расстояние между ними возрастает. Пусть скорость разбегания Н и Ц близка к скорости света. Тогда мы увидим картину аналогичную 2, но растянутую во времени и замкнутая кривая всегда будет эллипсом за конечное время (с фокусами Н и Ц).

4. Построения.
Хорошо известно, как найти центр окружности. Через окружность проводим секущую прямую в любом месте. Из точек пересечения прямой с окружностью, циркулем проводим две пересекающиеся дуги. Соединяем точки пересечения дуг. Линия пересечет секущую прямую точно посередине, будет перпендикулярна ей и пройдет через центр окружности. Повторим операцию нахождения середины для этой линии, что и определит местоположение искомого центра. Но для нахождения центра Вселенной этого мало. Мы должны указать направление на центр на небосводе, а для этого требуется решить обратную задачу, т.е. указать направление, привязав его к видимым объектам.
На момент допустим, что мы центр Вселенной. Поставим нашего астронома наблюдателя в центр круга радиусом в 14 млрд. лет (возраст Вселенной). Проведем из этого центра луч до пересечения с окружностью. Нанесем на прямую масштабную сетку. Выберем два удаленных объекта. На этой прямой отметим 1й удаленный объект (А) в масштабе времени до него. Относительно этой прямой из центра проведем вторую прямую с учетом угла между объектами.
На этой прямой отметим 2й удаленный объект (Б). Обозначим эти расстояния как Lа и Lb. Таким образом, мы получили плоское изображение H, A и Б в масштабе(см. рис.3).

Примем А и Б за центры из которых проведем окружности радиусом дополняющим время от наблюдателя до 14 млрд. лет соответственно, руководствуясь возрастом Вселенной. В точках А и Б проведем окружности радиусом R1 и R2 так, чтобы их длина была равна: La + R1=14 млрд.л. и Lb + R2=14 млрд.л.

5. Проанализируем полученный результат.
Н не может быть центром, так как суммарное время, состоящее из времени отлета объекта от Н и времени прохождения испущенного сигнала до Н для далеких объектов будет значительно больше времени жизни Вселенной. При удалении любые объекты, движущиеся от Ц, имеют скорость меньше скорости света. Считая, что они возникли в момент Большого Взрыва, можно сказать, что время их жизни складывается из времени удаления от Ц плюс время необходимое для преодоления светом расстояния до Н в момент испускания сигнала. Это равно приблизительно 14 млрд. лет. Таким образом, фигура, образованная пересечением окружностей и будет являться областью нахождения Ц. Изначально, мы не знаем направления и скоростей движения объектов А и Б до момента получаемого нами сигнала. В случае если выполняются вышеуказанные условия 1, 2, 3, то все точки площади пересечения будут удовлетворять требованиям понятия направление на центр Вселенной, а все расстояния до зарегистрированных и возможно в будущем обнаруженных объектов, должны удовлетворять требованиям Lx + Rx = 14млрд. лет.
Для наглядности предположим, что существует объект С, расположенный “за спиной”, свет от которого доходит до наблюдателя за сравнимое с А и Б время. Придется предположить, что инфляция охватила всю Вселенную в целом, и диаметр ее был на момент излучения более 20 млрд. лет, что вступает в противоречие с условием 3.

6. Опираясь на полученные результаты, изобразим Вселенную и наблюдателя в координатах времени (см. рис.4).

Построим фигуру видимости космических объектов. Обозначим центр Вселенной буквой Ц, а наблюдателя буквой Н. Изобразим Вселенную в виде круга с центром Ц. Проведем диаметр и установим масштаб 1 дел.=1 млрд. лет, условившись, что радиус равен 14 млрд. лет. Примем к сведению, что на сегодняшний день астрономы определили космические объекты, свет от которых шел к нам около 12-13 млрд. лет. Для большей наглядности примем 12 млрд. лет. Исходя из наших расчетов, поместим нашего наблюдателя Н на этом расстоянии от Ц.
Если считать в пределе, что скорость космического объекта равна скорости света, то только эллипс обладает свойством, когда сумма расстояний от одного фокуса до точки на кривой и от точки до другого фокуса равны. На нашем рисунке такой фигурой является эллипс с фокусами в точках Н и Ц. Любой объект, вылетевший из Ц и излучивший сигнал, который долетел до Н, не может пересечь границу эллипса, так как имеет скорость меньше скорости света.
Таким образом, центр Вселенной находится в площади эллипса и может быть определен с помощью звездных координат. Существует область за центром, которую мы можем наблюдать. Распространяем решение на третью координату и получаем эллипсоид вращения. Это и есть та предельно видимая часть всей Вселенной. Занимаемый ей объем менее 10%.

7.Сопоставим объем всей Вселенной (шара) с объемом наблюдаемой части (эллипсоидом). По оценкам автора центр Вселенной находится примерно на расстоянии 10+_2 млрд. лет от нас.
До недавнего времени произвести такие, построения было невозможно, так как астрономы не могли наблюдать объекты, свет от которых шел к нам более нескольких миллиардов лет. Если построить картину нахождения центра для этих времен окажется, что местная группа галактик попадает в зону нахождения Ц и мы с Вами могли бы являться центром Вселенной. Если посмотреть на рис. 4, то видно, что мы наблюдаем космические объекты, как движущиеся в направлении на Н, но удаляющиеся, так и движущиеся в противоположном направлении, а так же движущиеся от Ц в разные стороны в радиальном направлении от Ц.
Н никогда не увидит момент взрыва. На сегодняшний момент определены удаленные объекты в созвездиях Волосы Вероники и Девы угол под котором они наблюдаются приблизительно 16 угловых градусов. Используя построения приведенные выше можно предположить, что центр нашей Вселенной находится именно там. Если будет найден объект, свет от которого дошел до Н за время равное времени жизни Вселенной, то это не означает, что найден центр. Это означает, что центр находится на прямой соединяющей объект с наблюдателем. Если наши рассуждения верны, то с увеличением числа дальних наблюдаемых объектов можно будет уточнить точку центра и возможно обнаружить объекты оставшиеся неподвижными относительно центра. В колобке дырки нет! Удивительно, что следуя нашим рассуждениям мы видим будущее развитие событий в местной группе галактик, если смотрим в направлении созвездия Скульптор.

8. Будущее.
Представьте себе, что Вы едете на автомобиле без тормозов. Все, что мелькнуло за окном ушло в прошлое, а впереди вы видите препятствие, с которым предстоит столкнуться. Это ваше будущее.
В наблюдаемой Вселенной мы видим тоже самое. Свет от центра до нас – прошлое. Свет с противоположной стороны – будущее, так как объекты улетевшие дальше нас уже пережили стадию предстоящую нам. Можно вычислить массу Вселенной, если принять, что в последние 50 мл. лет не происходило ничего, что резко меняло картину наблюдаемой области. Шар диаметром 100 млн. лет. Масса этого шара экстраполируется на всю Вселенную.
Для подсчета массы нужны астрономические данные в области радиусом 50 млн. лет от наблюдателя. Ошибка в расчетах будет не велика.
Таким образом, мы можем подсчитать и среднюю плотность видимого вещества во Вселенной, чтобы определить форму ее развития. Сразу оговоримся, когда мы говорим расстояние, то имеем в виду чертеж на бумаге, где масштаб отображает время. Необходимо подчеркнуть, что это всего лишь простая модель, в которой дано решение поставленного вопроса.
В заключение автор считает, что вышеприведенные рассуждения позволяют утверждать, что задача нахождения центра Вселенной решена. Автор благодарит коллег, оппонентов, журнал “Вокруг света” и Интернет за помощь в решении поставленной задачи. Он готов ответить на все вопросы возникшие у читателей: E-mail: krivoshein.43@list.ru