Как Вы это докажете? Вот живём мы сейчас в не разбегающейся Вселенной и задумываемся.
Не живём. Либо все источники энергии Вселенной исчерпались в бесконечно далёком прошлом, либо всё небо раскалено до температуры поверхности звёзд.
Рассмотрим аргумент о том, что постоянная Вселенная будет раскалена из-за того, что очень большим будет интеграл по мощности звёздного излучения, взятый по всем небесным сферам и до края Вселенной.
Докажем, что расширяющаяся Вселенная так же будет раскалена.
Пусть
– скорость движения галактики
относительно неподвижной Земли
,
– расстояние между галактикой
и Землёй
,
– величина обратная к радиусу Вселенной. Скорость света
.
– закон Хаббла
Пусть наблюдатель
считается «покоящимся», а наблюдатель
движется со скоростью
относительно
. Пусть в некоторый момент времени наблюдатели совпадают в одной пространственно-временной точке. Пусть источник излучения движется вместе с наблюдателем
, т.е. покоится относительно этого наблюдателя. И пусть источник порождает плоскую электромагнитную волну, мощность от которой измеряется каждым наблюдателем в собственной системе отсчёта. Волна пусть движется по оси
-ов. Вдоль этой же оси движутся источник излучения и наблюдатель
. Векторы электрического и магнитного поля волны таковы, что по лоренцевому закону преобразования:
Считаем, что
,
,
,
. Штрихи относятся к величинам, измеряемым наблюдателем
. Отсюда, мощность излучения источника, измеряемая на единичной площадке, для обоих наблюдателей совпадает:
Так как
и
синфазны в падающей плоской волне, то энергия, пришедшая к наблюдателю
на единичную площадку за период колебания волны, есть величина:
Аналогично наблюдатель
за один период колебаний волны
, в своей системе отсчёта принимает энергию
, где
, из-за эффекта Доплера.
К концу первого периода наблюдатель
накопит энергию
, к концу второго – энергию
, к концу третьего – энергию
, и т.д. На интервале длиной
накопит энергию
, где
- некоторое число. Соответственно, наблюдатель
на соответствующем шаге накопит энергию
,
,
и т.д. На интервале такой же длительности
наблюдатель
накопит энергию
, где
– некоторое число. Но так как
, то
за интервал времени одинаковой длины, по часам собственной системы отсчёта, каждый наблюдатель накопит одинаковую энергию. Иными словами, так как период колебаний для покоящегося наблюдателя – длиннее, то количество таких колебаний будет меньше во временной интервале длительностью
, чем у движущегося наблюдателя. Но порция энергии, получаемая неподвижным наблюдателем за период
, во столько же раз будет больше порции движущегося наблюдателя, получаемой за период
. Т.е:
Разберёмся теперь с удалённостью до галактики в разных системах отсчёта.
Пусть относительно наблюдателя
неподвижна галактика
и находится на расстоянии
от него. Пусть в тот же момент времени, по часам наблюдателя
, галактика
совпадает с галактикой
в одной пространственно-временной точке. Тогда, в своей системе отсчёта наблюдатель
– в момент его совмещения с положением наблюдателя
– находится от галактики
на расстоянии
. Пусть светимости галактик
и
в собственных системах отсчёта совпадают и равны
. Для наблюдателя
получаем:
Вспомним теперь формулу (5), т.е., что наблюдатель
в единицу времени получает ту же энергию от галактики
, что и
(такую величину каждый получает в своей системе отсчёта). Интегрируем теперь по всем небесным сферам и до края Вселенной, и находим, что полная мощность
, получаемая наблюдателем
от расширяющейся Вселенной есть величина:
Опять же, интегрируя по постоянной Вселенной, получаем, что мощность должна быть величиной:
В итоге:
В постоянной Вселенной всего в полтора раза теплее и ярче, чем в расширяющейся. Что и требовалось доказать.