Что такое красное смещение, и кто его открыл. Чем объясняется красное смещение

Физика
Чем объясняется красное смещение - Внегалактическая астрономия | Кому-то фосфора не хватает? Наблюдения за Вселенной Галактическая астрономия | Релятивистский вывод

С фундаментальной точки зрения, красное смещение обусловлено расширением Вселенной. Все галактики в целом удалены от нас, что приводит к появлению линии Доплера. Величина Z — это просто отношение скорости галактик к скорости света (первое приближение) Z = V/C.

Красное смещение, иной взгляд

Сдвиг в красную сторону — спектральные линии химических элементов смещаются в красную сторону (длинные волны). — Смещение спектральной линии в ионную сторону (более короткие длины волн) называется синим смещением.

Красное смещение может быть вызвано одним или комбинацией следующих факторов

  • гравитационного красного смещения,
  • «старения света»: взаимодействия фотонов с другими элементарными частицами при движении во вселенной (следствие классической электродинамики и полевой теории элементарных частиц),
  • эффекта Доплера,
  • расширения вселенной и связанное с ней расширение пространства (следствие ОТО).

Красное смещение и гравитация

Гравитационный эритроцитоз является результатом изменения частоты электромагнитного излучения при удалении массивных объектов (звезд, планет). Он наблюдается как смещение спектральных линий источников вблизи громоздких тел в красную область спектра. Свет из регионов с более слабым гравитационным полем показывает гравитационное синее смещение. Гравитационное красное смещение было предсказано А. Эйнштейном при разработке общей теории относительности (ОТО).

= \ frac- \ frac «width =» 620 «height =» auto » />, где.

Для электромагнитной волны, испущенной на расстоянии r от центра масс массивного тела и дискретизированной на бесконечности (r =∞), гравитационное смещение приблизительно равно

«width =» 620 «height =» auto » />,.

В целом, нет никаких основных вопросов о гравитационном покраснении.

Красное смещение и старение света

Старение света — это гипотеза, выдвинутая сторонниками стабильной Вселенной в качестве альтернативного объяснения наблюдаемой зависимости красных смещений от расстояния до объектов. Этот случай не подразумевает расширяющуюся Вселенную.

Впервые эта идея была предложена Фрицем Цвикки в 1929 году. Он предположил, что фотоны теряют энергию при столкновениях с другими частицами во Вселенной.

Некоторые физики поспешили заполнить этот случай, не зная истинной структуры фундаментальных частиц и реальной картины их взаимодействий, но теория поля фундаментальных частиц позволяет нам вернуться к этому случаю и определить, как фотоны теряют зарядить их энергией при переходе в космос. Кроме того, теория поля нашла кандидатов на «темную материю» и «темную» энергию (вместо «темной энергии»). Более подробную информацию см. здесь.

Фотон-нейтринные взаимодействия

Согласно полевой теории фундаментальных частиц, электронное нейтрино (и другие элементарные частицы) имеют стабильные электрические и магнитные поля и переменные электромагнитные поля. Согласно классической электродинамике, эти электромагнитные поля взаимодействуют с другими электромагнитными полями, включая электромагнитные поля фотонов. Так, происходит прохождение фотона через электронное нейтрино (которое запускается звездой в огромных количествах), хотя последнее остается незамеченным — не говоря уже об очень малом изменении (или, скорее, уменьшении) энергии фотона. И чем больше фотонов встречает нейтрино на своем пути, тем больше энергии теряет каждый из них и тем сильнее становится каждый эритромос.

Когда оба выбрасываются из Солнца, когда фотон летит параллельно нейтрино (двигаясь почти со скоростью света) в одном направлении, и когда фотон сталкивается с неподвижным нейтрино — это две разные вещи. Объединенное состояние двух нейтрино или нейтрино, испущенное другой звездой (движущейся в другом направлении). Энергия, теряемая фотоном, зависит от направления спина нейтрино, орбиты фотона внутри нейтрино и энергии самого фотона. Его нелегко вычислить, но можно измерить с помощью космических аппаратов и лазеров.

Следует отметить, что это взаимодействие не вписывается в Стандартную модель, поскольку последняя приписывает фундаментальным частицам различные типы фундаментальных взаимодействий.

Поэтому вывод о том, что галактики отделены друг от друга, основан на односторонней интерпретации красного смещения в пользу эффекта Доплера. Напротив, теория поля фундаментальных частиц документально подтверждает существование электрических полей у всех фундаментальных частиц, включая неразличимые фундаментальные частицы, такие как электронное нейтрино. Поэтому, согласно классической электродинамике, фотоны и нейтрино с общим электромагнитным взаимодействием должны взаимодействовать друг с другом, и у гипотезы «старения света» есть союзник — теория поля элементарных частиц. А отказ от установленных моделей, которые уже доказали свою ошибочность, автоматически сводит «теорию Большого взрыва» к уровню простой гипотезы.

Количество нейтрино во Вселенной и возраст Вселенной

Давайте теперь подсчитаем количество нейтрино, «гуляющих» по Вселенной.

Согласно современным экспериментальным данным, Солнце испускает около 2 x 1038 нейтрино (в основном электронных нейтрино) в секунду. Используя теорию поля элементарных частиц и верхний экспериментальный предел массы покоя электронных нейтрино, мы можем определить его минимальный объем как 10 -20м3. Умножив эти два значения, мы можем вычислить минимальный объем всех нейтрино, испускаемых Солнцем за одну секунду, равный 2 x 10 18м3. В результате получается куб с размером поверхности более 1200 километров. И это верно для каждой секунды нашей солнечной активности. А умножение на предполагаемое время горения Солнца дает 4,57 x 109 x 365 x 24 x 60 x 60 = 1,38 x 1016 секунд, или 2,76 x 1054 нейтрино и объем 2,76 x 1034м3. Для сравнения, объем пространства, занимаемого нашей Солнечной системой (рассчитанный на основе орбиты Плутона), составляет 9 x 10 38 м3. Как видите, это сопоставимые цены. Если подсчитать среднее число нейтрино, испускаемых звездой каждую секунду, и умножить его на число звезд в галактике (в нашем случае 10 11), число видимых галактик и предполагаемый возраст Вселенной (12, 07 × 109 лет), то энергия фотонов, проходящих через пространство, как самой галактики, так и всей Вселенной, составит принимать факторы. И невозможно игнорировать влияние нейтрино на мегамир, как это пытается сделать Стандартная модель.

В модели Вселенной Фридмана-Леметра, используемой для изучения расширения Вселенной, уравнение Фридмана дает изменение плотности энергии (= μc²) вследствие расширения как фундаментальное уравнение: ρ

Чем объясняется красное смещение в спектрах галактик

Смещение галактического спектра в сторону красного цвета объясняется эффектом Доплера, который научно обосновывает идею расширяющейся Вселенной. При больших взрывах пространство начинает перемещаться, и в результате источник света все больше и больше «ускользает» от наблюдателя. Это явление позволяет рассчитать расстояние наблюдателя от изучаемого объекта и время, необходимое для того, чтобы излучение объекта достигло Земли.

Ближайший к Солнечной системе квазар 3c273 имеет красное смещение всего лишь z = 0,158 (https://esahubble.org/images/potw1346a/).

Смещение в красный цвет ближайшей к Солнечной системе 3c 273 составляет всего z = 0,158 / esa / hubble & nasa

Суть описанного явления излагается следующим образом. Чем ближе линия находится к красной стороне спектрографа, тем больше скорость увеличения расстояния между наблюдателем и источником излучения.

Открытие явления

Красное смещение было открыто американцем Уэстслифером в начале 20 века. Спектральный анализ многих галактик показал, что длина волны испускаемого излучения смещается в красную область. Интерпретация этого события казалась невозможной с точки зрения космологии на этапе развития астрофизики. Следовательно, он использовал феномен Доплера для объяснения наблюдаемого явления. Это показало, что галактика была сразу же удалена от Солнечной системы.

Следующий шаг был сделан Эдвином Хабблом, который обнаружил связь между расстоянием до галактики и степенью красного смещения ее спектральных линий. Большие смещения характерны для неясных и удаленных астрономических объектов, которые первоначально были признаны туманностями. Отсюда вывод: с увеличением расстояния скорость увеличивается. Основываясь на явлении Доплера, Хаббл пришел к выводу, что все видимые галактики «перемещаются» линейно с увеличением расстояния между ними.

Таким образом, он нашел закон, выраженный в виде V = HR. где V — скорость убегания галактики, расстояние до нее и коэффициент пропорциональности. Галактики, открытые после исследования Хаббла, также подчинялись этому закону, поэтому выводы американского астронома приобрели еще одно измерение. Смещение галактики в красную сторону указывает на разделенную Вселенную.

Как определяют расстояние до галактик

Благодаря закону Хаббла у современных исследователей космоса есть инструмент, который помогает им точно определять галактики и их положение.

Закон Хаббла требует, чтобы скорость представления объекта была равна расстоянию, умноженному на h — число, названное в честь ученого, который вывел эту зависимость. Сегодня постоянная Хаббла считается равной H = 70 км/(S-MPC), где MPC — мегапарсек. Расстояние красного смещения определяется с помощью этого закона. Находится значение смещения в красную область и делится на заданный фиксированный коэффициент.

Применяя закон Хаббла, астрономы рассчитывают размер Вселенной. Они измеряют смещение спектральных линий наиболее удаленных объектов и уверенно находят расстояние между галактиками с помощью Хаббла. Таким образом, красное смещение помогает определить скорость светящихся объектов и тем самым помогает в их дистилляции.

Красное смещение является установленным методом для сравнения расстояний от наиболее удаленных источников излучения. Например, в 2011 году астрономы зафиксировали самый удаленный объект, наблюдаемый человеком. Это был взрыв гамма-лучей в результате звездного взрыва под названием GRB 090429b. Исследователи смогли датировать его. По их расчетам, звезда «взорвалась» 13,14 миллиарда лет назад.

Фотография с телескопа Хаббл галактики GN-z11. Оттуда свет путешествовал вокруг Земли в течение 13,4 миллиарда лет (https://hubblesite.org/contents/news-releases/2016/news-2016-07.html).

Фотография галактики GN-Z11, сделанная телескопом «Хаббл». Он светит на Землю уже 13,4 миллиарда лет / ЕКА / Хаббл и НАСА

GN-Z11 в настоящее время признана самой удаленной наблюдаемой галактикой. В 2016 году астрономы с помощью космического телескопа «Хаббл» обнаружили, что этот объект восходит к первым страницам космической истории. Анализируя показатель «красноты» спектра GN-Z11, астрофизики смогли определить, в какой степени расширение Вселенной повлияло на объект. Цены превышали те, которые измерялись в других случаях. Производительность эритроцитов галактики оказалась равной 11,1.

Впервые эта идея была предложена Фрицем Цвикки в 1929 году. Он предположил, что фотоны теряют энергию при столкновениях с другими частицами во Вселенной.

Гравитация и расширение Вселенной

Непрерывное ускорение гарантирует, что галактики, не связанные гравитационно, в конечном итоге будут уничтожены и не только недоступны, но и не наблюдаемы после определенного момента. Однако, как только свет покидает далекий космический источник, разделенная Вселенная увеличивает длину волны этого света.

Смещение в красную сторону — это явление, связанное с удалением наблюдаемых объектов вследствие расширения Вселенной. По мере удаления свет «переходит в красный», а по мере приближения «переходит» в «фиолетовый».

Красное смещение спектров галактик обусловлено явлением Доплера, которое научно обосновывает идею расширяющейся Вселенной.

Но что происходит, если мы смотрим на галактики, свет которых еще не достиг наших глаз? Самый удаленный объект, доступный для наблюдения, находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет от Земли. И все объекты на расстоянии 61 миллиарда световых лет однажды будут наблюдаемы — свет этих объектов уже направлен в нашу сторону. Вселенная будет расширяться, но этот свет однажды достигнет Земли.

Следует также помнить, что скорость света конечна. Чем больше времени требуется фотону, чтобы достичь Земли из далекой галактики, тем больше увеличивается расширение Вселенной. Читайте больше о тайнах, которые скрывает темная энергия, здесь, не пропустите.

Хотите быть в курсе последних новостей из мира науки и техники? Настройтесь на телеграм-канал, чтобы ничего не пропустить!

Будущее Вселенной

Согласно новым моделям Вселенной, наблюдаемое расширение Вселенной может остановиться через 100 миллионов лет. Если это произойдет, то конец Вселенной ознаменует очень большое сжатие — возможный сценарий будущего Вселенной, где расширение со временем превращается в сжатие. Это приводит к тому, что Вселенная коллапсирует в уникальность — точку, в которой она родилась почти 14 миллиардов лет назад.

Чем больше мы видим Вселенную, тем глубже в прошлое мы можем заглянуть.

Считая источники света на разных расстояниях, обнаруживая эритромы и измеряя их истинный размер по сравнению с тем, что мы можем видеть, астрономы восстанавливают всю историю расширения Вселенной. Однако, поскольку она определяется различными видами материи и энергии, ученым необходимо детально изучить все ее содержимое. А это, как мы знаем, задача не из легких.

Когда это произойдет, астрофизики смогут применить свои выводы к законам гравитации согласно GRT. Это означает, что все галактики, не связанные с нами гравитацией, со временем исчезнут из нашего поля зрения и будут двигаться с возрастающей скоростью из-за постоянного расширения пространства. В результате расстояния, наблюдаемые в телескопы, будут казаться намного короче, чем сегодня.

Это связано с тем, что через несколько сотен миллиардов, а может быть, и триллионов лет все галактики, кроме одной, окажутся так далеко, что навсегда исчезнут из виду. По мнению астрофизика и популяризатора науки Лоуренса Краусса, Вселенная расширяется быстрее скорости света.

Тайны темной энергии

Ключевым звеном в космологической головоломке является темная энергия, без которой наблюдаемая Вселенная не имела бы смысла. В широком смысле слова, темная энергия — это растущая тенденция пустого пространства спонтанно создавать еще больше пустого пространства, удерживая все, что не связано гравитацией.

Однажды наша Вселенная исчезнет. К счастью, в ближайшее время этого не произойдет, поэтому беспокоиться не стоит.

Таким образом, через 3 000 000 000 лет астрономы смогут наблюдать одну «местную группу» гравитационно связанных галактик — нашу галактику и Андромеду, большое и малое Магеллановы Облака, а также несколько других. Лоуренс Краусс.

По мнению Краусса, наблюдаемая Вселенная не кажется расширяющейся или сжимающейся, а представляется относительно небольшой и статичной. Кроме того, в ранней Вселенной могли происходить какие-то необнаруживаемые события. Также возможно, что сама темная энергия может измениться в будущем, что может замедлить расширение Вселенной.

Идея расширяющейся Вселенной не сразу утвердилась в научном сообществе. Она возникла в результате спектрального анализа излучения объектов во Вселенной. О том, что такое красное смещение. Это подтвердило принятую в настоящее время теорию расширения галактик, и кто обнаружил это явление в ссылке 24 СМ.

История изучения |

Первой причиной красного смещения был обнаружен эффект Доплера, теоретически предсказанный Кристианом Доплером в 1842 году, но в то время не было устройств, которые могли бы реально управлять им28-29. В 1868 году Уильям Хаггинс наблюдал красное смещение в спектре Сириуса и впервые продемонстрировал эффект Доплера, доказав, что звезда удаляется от Солнца30.

Гравитационные красные смещения предсказываются общей теорией относительности, опубликованной Альбертом Эйнштейном в 1916 году31. В 1925 году Уолтер Сидней Адамс обнаружил это явление экспериментально в спектре белого карлика Сириуса B1, но в лабораторных условиях существование гравитационного красного смещения было доказано в 1960-х годах32.

Космологические красные смещения были впервые обнаружены ВестоСлифером в 1912-1914 годах при изучении спектров галактик.1 Теоретическое обоснование космологических красных смещений было дано Александром Фридманом в 1922 году, когда он построил свою модель Вселенной. В будущем она будет названа в его честь. В 1929 году, основываясь на наблюдениях многих галактик и их красных смещений, Эдвин Хаббл сообщил об открытии красного смещения как функции расстояния от галактики. Таким образом, Хаббл обнаружил расширение Вселенной, а открытая им зависимость получила название закона Хаббла35.

Оцените статью
Uhistory.ru