Расширение…

Как известно, расширение любой материальной среды, в которой гравитационное взаимодействие частиц играет определяющую роль, зависит как от начальных условий этого процесса, так и от длительности самой стадии расширения. Представим себе, например, пылевой шар, расширяющийся в пустоту, каждая частичка которого обладает «хаббловской» скоростью v = HR. Мы будем считать, что H(t) в любой фиксированный момент времени играет роль «постоянной Хаббла» для рассматриваемой задачи, а радиус шара R отсчитывается от его центра. Поместим на границу пробную точечную массу т и попытаемся проследить за возможными вариантами ее движения вместе с веществом шара.

Оказывается, что в этом случае в ходе расширения масса вещества остается неизменной, как и полная механическая энергия нашей пробной частички. Если через Ек обозначить кинетическую энергию движения частицы, а через Еп – потенциальную энергию ее взаимодействия с веществом шара, то оказывается, что в нашей задаче движение частицы будет осуществляться таким образом, чтобы сумма Ек и Еи оставалась неизменной во времени.

Логика дальнейших рассуждений уже почти очевидна. Пользуясь связью между H(t) и относительной скоростью изменения радиуса области AR1R можно найти закон их изменения со временем. Понятно, что этот закон будет различным для различных вариантов начальных условий расширения шара. Если «на старте» полная энергия вещества была отрицательна, т. е. энергия самогравитации материи преобладала над кинетической энергией расширения, то разлет вещества шара неизбежно прекратится и сменится сжатием. И наоборот, если Ек оказывается больше, чем Еп, то процесс расширения будет продолжаться неограниченно долго.

Таковы в общих чертах следствия решения этой простой модельной задачи, базирующиеся на представлениях ньютоновой механики. Самое интересное, однако, заключается в том, что практически без изменений они могут быть перенесены и на реальные модели Вселённой, ведь «газ» из галактик по своим свойствам во многом похож на пылевую среду. Но есть и существенные различия.