الفلك

هل يؤثر الطول الموجي على الانزياح الأحمر الناجم عن التمدد المتري للفضاء؟

هل يؤثر الطول الموجي على الانزياح الأحمر الناجم عن التمدد المتري للفضاء؟

هل يلعب الطول الموجي دورًا في الانزياح الأحمر الكوني؟ هل نرى أطوال موجية معينة تتأثر بشكل أقل بالتمدد أو نلاحظ أي تأخير في وصول أطوال موجية معينة؟

ما مدى دقة أي ملاحظات؟


تتنبأ النماذج الكونية القياسية بأن الانزياح الأحمر الكوني وسرعة الضوء مستقلان عن الطول الموجي. تم تأكيد هذه النتيجة بالملاحظة على سبيل المثال بواسطة Ferreras & Trujillo (2016) ، الذي استخدم $ sim500 ، 000 $ أطياف المجرات SDSS وصولاً إلى دقة $ Delta z sim 10 ^ {- 6} $ و $ Delta z sim 10 ^ {- 5 } $ للمجرات عند $ z <0.1 $ و $ z> 0.1 $ على التوالي.


لماذا ينحرف الكون المتسع عن الضوء الأحمر؟

ويكيبيديا لديها مقال جيد عن الانزياح نحو الأحمر. هل يمكنك تضييق نطاق السؤال حتى يتمكن شخص ما من التعرف على الجزء المربك؟

يمكنك النظر إلى الأمواج في بركة ، أو بركة ، أو دلو كبير. تردد الموجات هو عدد المرات في الثانية التي تصل فيها قمم الموجة إلى نقطة ما. افترض أن النقطة & quot؛ الخاصة بك & quot تتحرك ، ربما مثل ذبابة فوق بركة. عندما تطير الذبابة نحو المكان الذي تكونت فيه الحصاة الأمواج ، فإنها ستمر المزيد من القمم في الثانية. إذا كانت الذبابة تطير بعيدًا عن البقعة ، فسوف تمر قممًا أقل في الثانية. يتغير التردد المقاس من منظور الذبابة عندما تتغير السرعة النسبية للمصدر.

لم يغير الضوء الطاقة حقًا. إذا رمى شخص ما كرة بيسبول من مؤخرة شاحنة نقل صغيرة ، فلن تسير بسرعة كبيرة عندما تمسك بها. سيضرب قفازك بشدة إذا رموه للأمام وتمسك به. يقوم الرامي برمي الكرة بنفس الطاقة / الزخم في كل مرة. إن القياس من وجهة نظرك فقط هو الذي يتغير مع كل درجة.

  • يمكنك رؤية المراقبين القريبين القادمين على أنهم يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض محليًا على مقاييس صغيرة جدًا بحيث يبدو كل شيء مثل مساحة Minkowski. وبهذا المعنى ، فإن الانزياح الكوني نحو الأحمر هو تراكم لانزياحات دوبلر مع مرور الضوء من مراقب قادم إلى آخر.
  • يمكنك إلقاء نظرة على عامل المقياس ## a (t) ## في مقياس Robertson-Walker ، الذي يصف المقياس العام للشرائح المكانية المتجانسة والمتناحية للكون. في هذا الوصف ، مع نمو ## a (t) ## ، يزداد الطول الموجي للضوء بالنسبة إلى المراقبين القادمين ، وبالتالي فإن التردد الذي سيلاحظونه سينخفض.

فقط للتوضيح ، يشير هذا تحديدًا إلى الطاقة المتعلقة بالمراقبين القادمين ، وهو افتراض لا يتم ذكره صراحة دائمًا. الطاقة ليست خاصية متأصلة في إشارة الضوء في حد ذاتها (موتر الإجهاد والطاقة هو). وبهذا المعنى ، فإن الضوء لم يغير الطاقة ، لأن الطاقة ليست خاصية مرتبطة بها بطبيعتها.

ليس للتضخم أي تأثير على طول موجة CMB لأنه حدث قبل إطلاق CMB. لا تخلط بين التضخم والتوسع. التوسع هو مقياس الكون يتزايد بمرور الوقت ، والتضخم هو فترة افتراضية من التوسع السريع في بداية الكون ، قبل CMB ، قبل التخليق النووي ، ويهدف إلى شرح (من بين أشياء أخرى) سبب تجانس الكون.

أيضًا ، لا تخطئ في تقدير تأثير التوسع على الانزياح الأحمر في CMB. ما عليك أن تدركه هو أنه في GR يمكن وصف & quotcause & quot لبعض التأثيرات بشكل مختلف في إحداثيات مختلفة (هذا صحيح في SR أيضًا). لست متأكدًا مما تقصده بـ & quot؛ تقييم الأطر المرجعية & quot. هذا ليس شيئًا يفعله المرء. ما قلته هو أنه يمكنك تقسيم الانزياح الأحمر إلى عدة خطوات صغيرة حيث يمكن وصف كل خطوة بأنها تحول دوبلر بين المراقبين القادمين. ما يعرّف الراصد القادم لا يزال شيئًا يعتمد على الهندسة الكلية للزمكان ، والتي تُعطى بشكل تفضيلي في إحداثيات روبرتسون-ووكر وبيان الإحداثيات المستقل هو أن الإشارة الضوئية من مراقب قادم إلى آخر سيتم إزاحتها إلى الأحمر إذا كان عامل المقياس في حدث الاستلام أكبر (والعكس صحيح). يمكن تلخيص الرياضيات المستقلة عن الإحداثيات الموجودة خلفها لمقارنة الباعث 4 سرعات مع التردد 4 للضوء بالمستقبل 4 سرعات مع التردد 4 للضوء تحت معرفة أن التردد 4 متوازي على طول خط العالم الخفيف. لقد وصفت هذا في تقرير PF Insight الفني (على المستوى A) منذ بعض الوقت.


هذا سؤال عظيم ، حيث أنه مهم بشكل أساسي للفيزياء الفلكية وعلم الكونيات الحديثين ، وقد أسيء فهمه من قبل الكثير من الناس ، بما في ذلك العلماء أنفسهم. الآن العلاج الكامل والصارم يتطلب النسبية العامة ، والتي لن أناقشها بالتفصيل هنا. ومع ذلك ، يمكن شرح هذا الموضوع بشكل حدسي إلى حد ما ، لذلك سأعطي هذه اللقطة.

إحداثيات: أولاً ، سنحتاج إلى نظام إحداثيات ثابت للعمل فيه. لنفترض أن الجميع يقيس الوقت بواسطة درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية (CMB). إذا لم تكن معتادًا على هذا ، يمكنك التفكير فيه على أنه درجة حرارة خلفية الكون ، والتي نعرف أنها مرتبطة بشكل رتيب بالوقت لأي مراقب - إنها تتناقص مع تهدئة الكون من الانفجار العظيم. الآن ، يجب أن أكون قادرًا على الحصول على نفس النتائج المادية من أي إطار مرجعي ، بالقصور الذاتي أم لا ، لكن تفسير تلك النتائج يعتمد على الإطار ، وهذا أمر بديهي للعمل فيه.

حسنًا ، هذا يغطي الوقت. ماذا عن المسافة؟ حسنًا ، هذا هو المكان الذي يصبح فيه علم الكونيات معقدًا على الفور ، ويقطع التفسير المناسب للمسافة شوطًا طويلاً نحو شرح العديد من القضايا الكونية ، بما في ذلك الانزياح الأحمر الكوني (هابل).

لنفترض أن لدينا شبكة من المنارات بين المجرات تمتد على طول الطريق من مجرة ​​بعيدة (أ) إلينا (ب). افترض أنهما قريبان جدًا من بعضهما البعض ، يمكنك أن تكون في أحدهما وتمد ذراعك وتلمس الذراع التالية. في لحظة واحدة من الزمن (تذكر أن جميع الإشارات تتم مزامنتها مع CMB) ، يقيس كل جهاز منارة المسافة إلى جاره (سواء باستخدام الليزر أو عصا المتر ، لا يهم في مثل هذه المقاييس الصغيرة) ، وكل هذه المسافات تلخص. هذا المبلغ يسمى المسافة المناسبة بين ألف وباء.

ملاحظة حول المسافات: الآن قد تعتقد أن المسافة بين شيئين هي مفهوم محدد بشكل فريد ، ولكن في الواقع هناك مسافات أخرى مفيدة. اشياء مثل قادم المسافة, مسافة اللمعان، و المسافة القطر الزاوي يتم تعريفها جميعًا بشكل مختلف. ستتفق كل هذه المسافات إلا في محاذير. أولاً ، تسمح GR بأن يكون الزمكان "منحنيًا" (على الرغم من أننا وجدنا تجريبياً أن هذا لا يكاد يذكر في كوننا). ثانيًا ، والأكثر صلة بمناقشتنا ، تسمح الموارد الوراثية للفضاء نفسه بأن يكون "يتوسع" أو "يتقلص" مع مرور الوقت ، وهذا في الواقع هو يحدث في عالمنا.

بالطبع ، يقول الكثير من الناس أشياء مثل "الفضاء يتوسع" دون إعطاء أي فكرة عما يقصدونه. ما أعنيه بذلك هو أن المسافة المناسبة بين A و B ستزداد بمرور الوقت ، حتى باستثناء التغييرات التي تحدثها أي سرعة نسبية في حد ذاتها. كيف يمكننا استبعاد إمكانية الحركة النسبية؟ لنفترض أن A و B كلاهما في حالة راحة بالنسبة إلى CMB. هذا ممكن ، لأنه إذا كنت تتحرك (بمعنى النسبية الخاصة) فيما يتعلق بهذه الخلفية ، فستتحول الفوتونات (دوبلر) إلى اللون الأزرق أمامك وتتحرك إلى الخلف خلفك. في الواقع ، نرى ثنائي القطب طفيفًا في CMB هنا على الأرض ، لذلك نحن لسنا مرتاحين تمامًا فيما يتعلق به. لذلك حتى مع وجود المراقبين في A و B في حالة راحة ، فإن الفصل بينهما سوف يتزايد.

ظهور الانزياح الأحمر: إذا تمكنت من لف رأسك حول ذلك (ولا يجب أن تكون قادرًا على التعرض لأول مرة - فهذه الأشياء تستغرق وقتًا لتعتاد عليها) ، فإن الباقي يكون بسيطًا جدًا. لنفترض أن شخصًا يقف عند A يرسل شعاعًا من الضوء باتجاه B ، وأن الضوء ثابت بطول موجة يبلغ مترًا واحدًا عند A. للتأكيد ، سأستخدم أرقامًا تعكس الحالة الفعلية للأشياء في كوننا. دعنا أيضًا نحدد وقتًا نصيًا $ t_$ عند 8 مليارات سنة مضت ، ونقول أن المسافة المناسبة بين A و B كانت في ذلك الوقت $ d_ text = 5 times10 ^ <25> mathrmدولار (حوالي 5.5 مليار سنة ضوئية).

إذا كان الكون ثابتة، هذا ما سيحدث: بعد 5.5 مليار سنة ، سيتلقى B الفوتونات الأولى من A. سيظل الطول الموجي مترًا واحدًا ، وإذا كانت مناراتنا بين المجرات تحتوي على مستشعرات أمواج موجية ، فسيخبروننا أن هناك بالفعل 5 دولارات .10 ^ < 25> $ قمم في المجال الكهرومغناطيسي متباعدة بالتساوي بين A و B.

ومع ذلك ، فإن الكون ليس ثابتًا. هذه المسافة المناسبة تتزايد ، وبالتالي يتعين على الفوتونات أن تسافر لفترة أطول قليلاً للوصول إلى ب. في كوننا ، كما اتضح ، يجب أن يسافروا لما مجموعه 8 مليارات سنة. إذن ما الذي نراه هنا في B ، في الوقت $ t_ text$؟ حسنًا ، دعنا أولاً نفكر في ما تم إنجازه في A. لنفترض أن الحزمة ظلت ثابتة طوال هذا الوقت ، مما جعل ذروة EM جديدة كل دولار (1 mathrm) / c $ وحدة زمنية (حوالي 3 نانوثانية). هناك ما يكفي من القمم في هذه الموجة بحيث تمتد 8 مليارات سنة ضوئية إذا كانت متباعدة بالتساوي على مسافة 1 متر. فقط من أجل التحقق من الاتساق ، على الرغم من ذلك ، فإننا نستفسر عن شبكة المرشد بين المجرات ، ونسأل عن بُعد A (بالطبع ، قد نضطر إلى الانتظار بلايين السنين حتى تصل المعلومات إلينا ، ولكن مع ذلك ، يمكننا قياس هذا الرقم في المبدأ).

لدهشتنا العظيمة ، A بعيد جدًا. بالتأكيد أكثر من 5.5 مليار سنة ضوئية ، وفي الحقيقة أكثر من 8 مليار سنة ضوئية. كما اتضح (بسبب الأرقام التي اخترتها) A هو بالضبط ضعف المسافة كما بدأنا هذه التجربة بأكملها! وهذا هو ، $ d_ text = 2d_ نص$. الآن تخيل قمم الموجة. هناك ما يكفي لتغطية 8 مليارات سنة ضوئية ، لكنها ممتدة على مدى 11 مليار سنة ضوئية. من الواضح أنها لم تعد متباعدة بشكل متساوٍ على بعد متر واحد. في الواقع ، إذا استخدمنا مناراتنا بين المجرات مرة أخرى وجعلناهم يفحصون سلسلة القمم والقيعان ، فسنعلم أن الضوء القريب من A يبلغ طوله الموجي مترًا واحدًا ، وأن الطول الموجي القريب من B له طول موجي كامل 2 متر.

في الواقع ، لا ينبغي أن يفاجئنا هذا نظرًا لأن المسافة الإجمالية قد تم ضربها في 2. غطى الطول الموجي الأول جزءًا واحدًا في 5 دولارات أمريكية times10 ^ <25> $ من $ d_ textعند الانبعاث ، وأي "تمدد" حدث يجب أن يحدث بشكل موحد في كل مكان ، بنفس القدر في المسافة بين أول ذرتين متتاليتين في الموجة كما هو الحال في بقية المساحة المتداخلة. اليوم ، نظرًا لاستلامنا الفوتون ، يكون طوله الموجي جزءًا واحدًا في 5 دولارات times10 ^ <25> $ من $ d_ text = 2d_ نص$. في الواقع ، الكون هو ضعف الحجم (حجم خطي ، زادت الأحجام ثمانية أضعاف) الآن مقارنة بـ 8 بلايين سنة مضت.

مقارنة دوبلر: الفارق الكبير بين ما وصفته والتحول الدوبلري هو أن الانزياح الكوني نحو الأحمر يحدث بمرور الوقت. في سؤال كتابي نموذجي حول SR ، لديك صاروخان ببعض السرعة النسبية ، ولا يهم مدى تباعدهما ، نظرًا لأن التحول في الطول الموجي يحدث فقط عندما تنتقل إلى الإطار الآخر. هنا كان للطول الموجي قيمة محددة ومتنامية باستمرار طوال الوقت في إطار CMB هذا.

ملاحظة أخيرة بشأن التوسع المعجل: حسنًا ، إذا كنت قد وصلت إلى هذا الحد ، فأنت خبير أكثر من الغالبية العظمى من العالم. لكن دعنا نذهب إلى أبعد من ذلك بقليل ، حيث أن هذه هي المادة الخاصة بأحدث جائزة نوبل في الفيزياء (اعتبارًا من كتابة هذه السطور ، سبتمبر 2012). يمكننا القيام بالكثير باستخدام هذه الأنواع من القياسات ، وقياس المسافة والانزياح الأحمر في نفس الوقت. نظرًا لأننا لا نريد الانتظار لمليارات السنين ، فإننا نستخدم مسافة السطوع التي يمكن الوصول إليها (هذا الرابط له تعريف ولكن ليس كثيرًا في طريقة المحتوى ، للأسف). على أي حال ، يمكننا إجراء قياسات انزياح أحمر على مجموعة من المسافات المختلفة ، ومن ثم يمكننا تجميع كل هذا معًا للحصول على تاريخ توسع الكون. كان علماء الفلك مهتمين جدًا بفعل هذا منذ أن اكتشف إدوين هابل أن الكون لم يكن ثابتًا من خلال تركيب خط في مخطط الانزياح الأحمر كدالة للمسافة. (ملاحظة جانبية: بياناته كانت مروعة ، مقتصرة على المجرات القريبة فقط حيث تهيمن التأثيرات الأخرى ، لكنه كان جريئًا إذا لم يكن هناك شيء آخر ، لذلك حصل على دعائم لذلك). على وجه الخصوص ، هل معدل التوسع يتغير؟ نعلم أن المعدل اليوم هو $ H_0 = 70 ( mathrm/ mathrm) / mathrm$. أي أن الأجسام التي تقع على مسافة مناسبة تبلغ مليون فرسخ فلكي ستزيد تلك المسافة المناسبة بمعدل 70 كيلومترًا في الثانية. في أواخر التسعينيات ، قام الأشخاص الذين حصلوا على جائزة نوبل في النهاية بإجراء قياسات أكثر دقة ، ووجدوا أن التوسع كان في الواقع متسارع، الأمر الذي أثار دهشة الجميع. الاسم الذي نطلقه على السبب الذي لم يتم فهمه حتى الآن هو "الطاقة المظلمة" (ليس ليتم الخلط بينه وبين "المادة المظلمة") ولكن هذا موضوع لمشاركة أخرى.


. يعرض الملحق أ حالة قانون بلانك ، وهو قانون محلي ، أي أنه لا يعتمد على المسافة أو الوقت وهو ذو أهمية حاسمة لتحليل البيانات الكونية. كما هو موضح هناك ، يقيس مراقبو A (tomic) و S (سرعة) نفس درجة الحرارة لمبرد بلانك ، لكن المراقب S سوف يلاحظ انخفاض الطول الموجي لذروة الإشعاع ، بينما بالنسبة لـ A ، تبقى هذه القيمة ثابتة. هذا التناقض يرجع إلى وحدات الطول المختلفة ومع ذلك ، كلا الملاحظتين تؤكدان صيغة بلانك لأن قيمة ثابت بلانك تختلف وفقًا لذلك في S.

التعليق ب: على تلاشي الفوتونات
إن تلاشي الفوتون في S (بـ $ alpha ^ 2 $) وفي A (مع $ alpha $ ، والذي يدل عليه تلاشي المجال ، له نتيجة مهمة معروفة: الفوتون المنتج محليًا مطابق للفوتون الذي يصل من مصدر بعيد.
. إن تلاشي الفوتونات أمر محير للمراقب A (tomic) ، الذي لا يدرك تلاشي الحقول. ينتج عن تمدد المساحة انخفاضًا في كثافة الطاقة بمقدار $ alpha ^ 3 $ ولكن ليس بـ $ alpha ^ 4 $. يمكن للمراقب A أن يجد ارتباطًا منطقيًا: مع تغير التردد مع توسع الفضاء ، فإن هذا التلاشي لطاقة الفوتون يحافظ على ثابت بلانك الثابت في A على طول انتشار الإشعاع. ومع ذلك ، لا يمكن افتراض ثبات ثابت بلانك كسبب للتغير في طاقة الفوتون أثناء انتشاره. قبل كل شيء ، في إطار النموذج القياسي ، من المفترض أن يكون الحفاظ على الطاقة موجودًا: يعد تلاشي الفوتونات انتهاكًا للمبادئ الأساسية لفيزياء النموذج القياسي. وبالتالي ، من الضروري شرح ما يحدث للطاقة المفقودة من الموجات الكهرومغناطيسية. تنشأ هذه المشكلة لجميع نظريات التوسع في الفضاء. الإجابة هي أن الحقول تتلاشى فيما يتعلق بالفضاء ، مما يحل مشكلتين في النموذج القياسي: لماذا لا يتم الكشف عن التمدد محليًا بواسطة قياسات التيار ولماذا تتناقص كثافة طاقة الإشعاع مع القوة الرابعة لمعدل التمدد (سالب).
في نموذج التمدد ، لا يوجد حفظ للطاقة كما هو محدد حاليًا ، فإن تلاشي المجال والانخفاض المقابل في كثافة الطاقة لا ينتهك أي مبدأ أساسي. ومع ذلك ، تظل هذه الظاهرة لغزا أيضا. لشرح هذه النتيجة ، يمكن اعتبار أن تلاشي المادة ومجالها الساكن قد يغذي توسع المجال. في هذه الحالة ، يمكن للمرء أن يتوقع أن المبلغ الإجمالي لبعض الكيانات التي لا تزال غير معروفة ، المتعلقة بكل من المادة والميدان ، يجب أن تظل ثابتة أثناء عملية التوسع الميداني ، فهم هذه العملية هي خط بحث جديد.


لماذا يُعتبر الانزياح الأحمر للمجرة مرتبطًا بتوسع الفضاء بدلاً من التأثير النسبي؟

هذا شيء يحيرني دائما. ألا يمكن & # x27t أنه بدلاً من المجرات التي لديها حركة محلية والمسافة بين التمدد ، ألا يمكن تفسير الانزياح الأحمر الذي يترجم إلى سرعة من خلال المجرات التي تتحرك بالقرب من سرعة الضوء؟

اسمحوا لي أن أحاول توضيح بعض من هذا.

عندما يتم التقاط طيف من مجرة ​​، لا تظهر الميزات في هذا الطيف حيث تظهر في الشمس أو في المختبر. وبدلاً من ذلك تظهر بأطوال موجية أطول باتجاه اللون الأحمر. على سبيل المثال ، ثلاثي الكالسيوم عبارة عن مجموعة من ثلاثة خطوط تنبعث من الكالسيوم المتأين في نوع معين من النجوم. من السهل جدًا تحديد هذه الخطوط الثلاثة ويمكن رؤيتها كثيرًا في أطياف النجوم أو المجرات.

لذلك تظهر الخطوط بأطوال موجية أطول من المتوقع. يسمى التحول (مقسومًا على الطول الموجي في المختبر أو في شمسنا) التحول الأحمر أو الأزرق. إذا تم ضرب هذا الكسر في سرعة الضوء ، فسنحصل على السرعة التي ستؤدي إلى انزياح دوبلر بهذه المقدار.

لذلك يمكن تفسير الانزياح الأحمر أو الأزرق مباشرة على أنه الحركة النسبية لمصدر دوبلر يحول الضوء أثناء تحركه بعيدًا أو نحونا.

يحدث الآن أن جميع المجرات تقريبًا (باستثناء المجرات الأقرب إلينا) قد تحولت ميزاتها الطيفية إلى اللون الأحمر. علاوة على ذلك ، فإن مقدار الانزياح نحو الأحمر يتناسب طرديا مع مسافة المجرات. يتوهم أن! شكرا هابل! يقدم تفسيران للبيانات نفسها:

1 نحن في مركز الكون وكل شيء يندفع بعيدًا عنا 2 يتوسع الكون في كل مكان ويرى جميع المراقبين المجرات تندفع بعيدًا عنهم.

التفسير الثاني يلتزم بمبدأ كوبرنيكوس - المبدأ التوجيهي في علم الفلك لمدة نصف ألف عام والذي ينص على أننا لا نحتل مكانًا خاصًا في الكون ، ولذا فهو مفضل.

الاستنتاج هو أن الكون يتوسع ونتيجة لذلك فإن ضوء المجرات المندفع بعيدًا عنا بسرعات تتناسب مع مسافاتها يتحول إلى دوبلر نحو اللون الأحمر.

فكرة أن الفضاء نفسه يمتص الطاقة من الفوتونات هي أكثر إثارة للجدل. لقد كتب الكثير عنها على سبيل المثال هذا

هذا يوضحها كثيرا. على وجه الخصوص ، الجزء المتعلق بفقدان الفوتونات للطاقة أثناء السفر. شكرا!

ثم عليك أن تشرح لماذا تتحرك المجرات بأكملها ومجموعات المجرات بنسبة عالية من C وبعيدًا عنا في كل اتجاه ليس من المحتمل & # x27t.

إذا كان الانزياح الأحمر ناتجًا عن انتقال المجرات بالقرب من C ، ألن نشاهد أيضًا المجرات تتحرك باتجاهنا؟

نرى عددًا قليلاً من المجرات في المجموعة المحلية تتحول إلى اللون الأزرق من خلال التحرك نحونا ، إذا كنت أتذكر بشكل صحيح.

في هذه الحالة ، لن يكون الكون متجانسًا وسيكون متناحًا فقط من الأرض. يذكر بطريقة ما وجهة نظر العالم المتمحورة حول مركزية الأرض والشمس. ^ ^ ولن تكون قادرًا على شرح حدود الكون المرئي ، أو خلفية الميكروويف أو لماذا يتدرج الانزياح الأحمر مع المسافة وليس بالسرعة النسبية.

قدم آخرون إجابات جيدة. شيء آخر يجب مراعاته: هناك تدفق بسبب التمدد والتدفق بسبب الجاذبية. هذا الأخير ناتج عن الحركة نحو العناقيد وبعيدًا عن الفراغات. هذا ما نسميه سرعات غريبة. ما يصل إلى حوالي 100 Mpc إما أنها مهيمنة أو جزء كبير من حركتها الكلية ويمكن في الواقع تحديدها إلى حد ما من خلال النظر إلى المجموعات والفراغات المعروفة. يمكن أيضًا إظهار أن هذه التأثيرات تتضاءل عند مسافات أكبر. هذا يدل على أن هناك توسع وأن السرعات الغريبة لها تأثير ضئيل على المقاييس الكبيرة بما يكفي.

اسمحوا لي أن أحاول الإعلان عن اقتراح بديل.

إن الانزياح الأحمر الكوني ، وبيانات هابل و # x27s أو غير ذلك ، لا يرجع إلى انزياح دوبلر الأحمر ، سواء كان ذلك بسبب توسع المجرات بعيدًا عنا أو توسع الفضاء.

إن استحالة توسع كل شيء بعيدًا عنا في المجال بأكمله من حولنا أو أي / جميع المراقبين هي نظرية قديمة ، وتوسع هابل هو اقتراحي ، والبديل لا يتطلب أن يكون الكون 71٪ من الطاقة المظلمة (غير معروف).

الانزياح الكوني نحو الأحمر هو تأثير الجاذبية على الضوء. يتسبب الانكماش المتزايد للمادة الباريونية في الكون في زيادة الانزياح الأحمر الكوني ، ويزداد الانزياح الأحمر الكوني مع زيادة المسافة ومع مرور الوقت.

يتناقص مجال المراقبة لدينا لأن الجاذبية تؤثر على الضوء في طريقه إلى المراقب.

يكون التقدم على المحور z ، وهو حساب ثلاثي الأبعاد للجاذبية & # x27s التي تؤثر على الضوء ، وليس مجرد 2d معروف جيدًا باسم عدسة الجاذبية. يحدث نفس المحور x و y لعدسة الجاذبية للتأثير على الضوء على المحور z أيضًا. هذا هو تأثير الجاذبية بشكل عمودي على مسار الفوتون ، مما يتسبب في انزياح جيب التمام.

يتقلص الكون ، تمامًا مثل كل أجزائه ، من الذرة إلى الأجسام النجمية إلى المجرات الحلزونية والعنقود أو العناقيد الفائقة ، وكلها نتيجة للتقلص ، ويستمر هذا الزخم بمعدل متزايد.

إن كل شيء وجاذبيته ، تخبرنا معادلات أينشتاين & # x27s بالباقي.

هناك حركة مجرية محلية وحركة مجرية كونية. إن حركة المجرات المحلية متغيرة بين المجرات ولكن المجرات لها حركة كونية حيث تنفصل جميعها عن بعضها البعض. هذا هو توسيع مصفوفة الزمان والمكان ، وكلاهما يمكن قياسه ، لذلك لا يوجد خلط بين التمييز.

الطريقة السهلة للتفكير في الأمر هي أن المجرات عبارة عن أوراق شجر وهي تتدفق في تيار (مصفوفة الزمكان) يزداد اتساعًا. نظرًا للخصائص الفردية لكل ورقة ، فإن بعضها يكون أكثر انسيابية قليلاً ويتجه نحو المصب بشكل أسرع ، والبعض الآخر له تأثير القوس ويتخلف عن الركب ، وبعض التعرج ذهابًا وإيابًا. يتدفق التيار الذي يركبون فيه بثبات ويتزايد التدفق مع اتساع التيار إلى نهر. هذا هو توسع الزمكان. تبدأ الأوراق في الانفصال عن بعضها البعض حيث يندمج التيار مع النهر المتسع وتدفق أسرع (تسارع في توسع الزمكان). بالنسبة لمراقب على الشاطئ ، تختلف سرعة (سرعة) الأوراق وحركتها مع بعضها البعض ، وتتأثر بالوسط الذي يركبونه والذي له حركة مختلفة ومستقلة وأكثر ثباتًا. مثل مجرى متجه إلى نهر ، هناك أيضًا تيارات دوامة ودوامات.

الوضع يشبه المراقب على الشاطئ ، حيث يرى حركة الأوراق وحركة التيار كحركات مختلفة ، معتقدًا أنه ثابت. بعد ذلك ، قيل له ، وكذلك التيار والأنهار والأوراق ، كانت جميعها تتحرك أيضًا ، وأن الأرض كانت تتحرك وليس السماء التي تدور حوله.

بالعودة إلى عالم التشبيه ، ينتقل هذا الكون المادي أيضًا من الانزياح الأحمر إلى التحول الأزرق ، مصفوفة الزمكان أيضًا في حركة جانبية أثناء توسعها.

هناك سرعة ثنائي القطب CMB وهناك سرعة مبيد ثنائي القطب فوق ذلك.

لا يمكنك الشعور بذلك ، لكن كوكبنا يدور حول الشمس بسرعة تقارب 100000 كم / ساعة (62000 ميل في الساعة) ، وهناك شيء ما يجعل مجرتنا درب التبانة تتحرك عبر الكون بسرعة تزيد عن 2 مليون كم / ساعة (1.2 مليون ميل في الساعة). ميل في الساعة). هذا هو 630 كم في الثانية ، والآن ربما اكتشف العلماء السبب في النهاية.


نموذج "متعب"

لنفترض أن المصادر الأكثر بعدًا بها انزياح أحمر ضالأعلى وأن كل الفوتونات على تردد ν مع الطاقة الأولية ح0 تفقد الطاقة في أي وقت (ر) يقاس من لحظة خلقهم ،

أين ر يتقدم من لحظة الخلق ، و تي ثابت زمني مميز. تردد الفوتون الأولي ν0 يقاس في إطار بقية المصدر أثناء ν يقاس في إطار راحة المراقب مع مرور الوقت ر = ص / ج ، أين ص هي المسافة المقطوعة و ج يمثل السرعة الأساسية للضوء.

كان نموذج الضوء المتعب الذي اقترحه زويكي بالشكل ،

أين δ = ج/ ح0 هي مسافة مميزة ، مسافة هابل (حوالي 13.8 مليار سنة ضوئية). المعلمة H.0 هو ثابت هابل. 23

تم اقتراح أن تفاعل الفوتون مع الفراغ أثناء طيرانه ليس عملية ضياع ، ولكن هذا التشتت يسبب خسائر وبالتالي زيادة في الطول الموجي. كان النقد هو أن مثل هذه التفاعلات لا ينبغي أن تؤدي إلى مسار مستقيم للضوء وبالتالي تشوش الصور ، وأيضًا أنها ستقدم اعتمادًا على التردد ، وتشتتًا ، ولا يتم ملاحظة أي منهما. 24

ومع ذلك ، تقدم ورقة أحدث (Urban et al. 2013) دعمًا لفكرة أن السرعة المحدودة للضوء (ج) بالتفاعل مع الجسيمات سريعة الزوال في الفراغ الكمومي. 25 يحدث هذا على مقياس طاقة الطول الموجي شبه الذري. ينتقل الفوتون بسرعة غير محدودة بين التفاعلات مع أزواج الفرميون في الفراغ ، مما يبطئ تقدمه إلى السرعة ج. هذه الفكرة اقترحها ديك (1957). 26

إذا كان هذا صحيحًا ، فسيتبع مسارات مستقيمة (ضمن حدود القياس الحالية) وفي Urban et al. النموذج غير مشتت لجميع الأطوال الموجية. ومع ذلك ، يفترض الأخير أنه لا يتبادل الطاقة أو الزخم مع الفراغ ، فقط يؤخر تقدمه ، أي أنه بلا خسارة. لكن على مسافات كونية يستحيل التحقق منها.

أتوقع فقط أن التفاعل ، الذي يعيق سرعة الفوتونات ، يتسبب أيضًا في فقد ضئيل للطاقة في الفراغ. هذا ليس غير معقول لأنه لا يوجد آخر عمليات تشتت غير ضياع معروفة في الطبيعة. ثم يتراكم هذا الخسارة الضئيل على طول مسار التفاعل الطويل جدًا الذي تسلكه الفوتونات للوصول إلى الأرض من مصادر كونية بعيدة.

طاقة الفوتون كجزء من طاقته الأولية (ح / ح0) السفر عبر الفضاء من مصدر بعيد ، مع انزياح أحمر ض = 10 ، يصل بحوالي 9٪ فقط من طاقة الفوتون الأولية بعد قطع مسافة 13.8 مليار سنة ضوئية في زمن 2.4 تي.

من Eq. (1) يمكننا تحديد الانزياح الأحمر (ض) من أي مصدر بعيد عن طريق ،

بداية الزمن المُقاس للخلف في الزمن الكوني من الحاضر هو ر0. 27 لذلك فإن أقصى انزياح أحمر ممكن هو ،

مما يعني الخاصية ثابت الزمن تي = ر0/ ln (1+ضالأعلى) أين ر0 ≈13.8 مليار سنة. 28 وبالتالي بافتراض حدوث انزياح أحمر أقصى ضالأعلى = 10 لأبعد المصادر يعني تي ≈ 5.75 مليار سنة (كما تقاس مبدئيًا بالساعات الأرضية المحلية). 29،30 وهكذا ، من حيث نموذج Zwicky ولكن إعادة تعريف مقياس المسافة ، δ = ج تي ، يعني δ = 5.75 مليار سنة ضوئية تحت نفس الافتراض ضالأعلى = 10. هذه القيمة مؤقتة ، وأنا لا أدعي هذا كتنبؤ ، فقط أذكر بعض الحد الأعلى للانزياحات الحمراء ، من افتراض أن الكون له بداية ، وليس من التفرد ، 31 وهو محدود في الامتداد وحتى محدود.


الموضوع: التوسع المتري لتشويه عرض الفضاء

إذا كنت تفكر في وجود فوتونين يتركان جوانب متقابلة من مجرة ​​متجهة في خط مستقيم مباشر للتلسكوب.
يبدأون ربما يفصل بينهم 100000 سنة ضوئية ، ويسافرون عبر الفضاء يخضع لتوسع متري لملايين السنين مما يؤدي إلى امتدادهم إلى اللون الأحمر.
هل أنا بخير حتى الآن؟

ومع ذلك ، إذا كان الفضاء بين هذه الفوتونات يتوسع أثناء انتقالهما ، فإن هذين الفوتونين سوف يفوتان التلسكوب بسنوات ضوئية.

فقط الفوتونات التي تترك حواف المجرة تتقارب على نقطة سنة ضوئية أمام التلسكوب ستصطدم بمرآة التلسكوب؟

ألن يكون هذا التأثير ملحوظًا للأجسام البعيدة مثل حقل هابل العميق مع انزياحات حمراء بمقدار 5 أو 6؟

المناقشات ذات الصلة:

توسيع الفضاء بالمعنى الكوني لا يغير الاتجاه.

وجه الفتاة
حسنًا ، فهمت ما قلته بشكل خاطئ.
وجهة النظر تتحرك أيضًا بشكل متناسب.
يحرر-------------------------
ما أحاول قوله هو أن توسع الفضاء يحافظ على هندسة المثلث من كل جانب من المجرة إلى التلسكوب وقت انبعاث الضوء.
إذا كان بإمكانك زرع سطرين من العلامات في الفراغ بين طرفي المجرة والتلسكوب. سيتوسع المثلث المتشكل في جميع الاتجاهات ، ويحافظ على شكله.

لذا فإن الحجم الزاوي الذي نراه يأتي من قبل تمدد الفضاء ، عندما كان التلسكوب أقرب بكثير من المجرة.

أنا أحاول فقط فهم هذه المفاهيم والتشويش الشديد.

نعم ، الحجم الزاوي للمجرة يخبرنا كم كانت بعيدة عندما انبعث الضوء الذي نراه في الأصل. يُعرف هذا بعلاقة القطر الزاوي والمسافة.

غالبًا ما يتجاهل الناس أهمية هذا - تبدو الأشياء دائمًا على أنها المسافة البعيدة التي كانت عليها عندما انبعث الضوء الذي نراه ، بغض النظر عما يحدث لهذا الكائن بعد ذلك.

كلما نظرنا بعيدًا (من حيث الانزياح الأحمر) ، كلما رأينا الأشياء كما كانت عندما كان الكون أصغر. المعنى الضمني لهذا ، عندما ننظر إلى الخارج ونرى الأشياء التي تبدو أبعد وأبعد ، مع انزياحات حمراء أعلى وأعلى ، نصل إلى نقطة حيث تبدأ الأشياء في النظر على أنها أقرب وأقرب عندما ينبعث ضوءها نحونا! مع استمرار ازدياد الانزياح نحو الأحمر ، تستمر المسافة الزاوية للقطر الزاوي للمجرات في الانخفاض!

تتنبأ النظرية أن هذا يجب أن يبدأ في الحدوث في مكان ما حول الانزياح الأحمر لـ z

1.6 ، وهو أبعد بقليل من المسافة حيث يكون الركود الظاهري للمجرات سرعات أسرع من الضوء. لقد رأينا مجرات ذات انزياح أحمر يصل إلى حوالي z = 7 أو نحو ذلك.

لوضع هذا في السياق ، كانت مجرة ​​ذات انزياح أحمر لـ z = 7 تبعد 3.5 مليار سنة ضوئية عندما انبعث الضوء الذي نراه ، قبل 13 مليار سنة. إنها المجرة التي يسافر ضوءها أطول مسافة للوصول إلينا ، منذ أن كان الكون أصغر بثماني مرات مما هو عليه اليوم.

مجرة ذات انزياح أحمر بمقدار z = 1.4 كانت تبعد 5.8 مليار سنة ضوئية ، قبل 9 مليارات سنة ، عندما بعثت الضوء الذي نراه. كانت المسافة تقريبًا ضعف المسافة عندما انبعث ذلك الضوء ، حيث كانت مجرة ​​z = 7 عندما بعثت ضوءها ، لكن الضوء من مجرة ​​الانزياح الأحمر الأعلى كان يمر فقط بمجرة الانزياح الأحمر المنخفضة في رحلتها نحونا أيضًا ، في ذلك الوقت زمن! كان الكون أصغر بـ 2.4 مرة فقط مما هو عليه اليوم.

الآن بعد ذلك ، إذا كانت جميع المجرات في الواقع بنفس الحجم المطلق ، فسيكون من السهل تحديد كل هذه المسافات & quotoriginal & quot ، بناءً على حجمها الظاهري. لكن لسوء الحظ ليس هذا هو الحال ، لذلك علينا الاعتماد على نماذجنا لتطور المجرات لتحديد ما إذا كانت العلاقة بين القطر والمسافة تتطابق مع ما نلاحظه. حتى الآن ، تبدو الأشياء جيدة ، بقدر ما نستطيع أن نقول ، إذا كانت المجرات تتطور كما نعتقد.


محتويات

في "ضوء النجوم البعيد والعمر ، وتشكيل وبنية الكون" ، يوفق نموذج بيرلمان للانزياح الأحمر الكوني ونموذج علم الكون بين ضوء النجوم البعيد والكون الذي يبلغ عمره حوالي 5776 عامًا حتى الآن. إنه يفسر سبب عدم توافق الدليل التجريبي لملاحظاتنا الطبيعية للانزياح الكوني إلى الأحمر مع رواية الكتاب المقدس / التوراة فحسب ، بل يشهد أيضًا على خلق الأرض الشابة ، بينما يزور (يجعله غير صالح) جميع الفرضيات العلمية التي تعتمد على الزمن العميق. http://www.amazon.com/dp/B0181C4Q1W أو بغلاف ورقي: http://www.amazon.com/dp/1519262205


في "تفسير جديد للانزياح الأحمر" يقترح روبرت جينتري تفسيرًا للانزياح الأحمر للمجرة هو مزيج من دوبلر وانزياح الجاذبية الأحمر.

يفسر تفسير الانزياح الأحمر الجديد لروبرت جينتري (NRI) التحول الأحمر المجري على أنه مزيج من دوبلر وانزياح الجاذبية الأحمر. وفقًا لعلم الكونيات هذا ، فإن إشعاع الخلفية الكونية (CBR) هو توهج الجاذبية الأحمر المتحول لطبقة حد الهيدروجين بدرجة حرارة 5400 كلفن. لقد اقترح أن هذه الطبقة الحدودية تتكون في الواقع من قشرة رقيقة من المجرات المتراكبة.

مثل علم الكونيات بالثقب الأبيض ، يستخدم NRI كونًا محدودًا. While they are competing cosmologies, it is conceivable that they could be combined, since if dark energy were added to the White hole cosmology's starting conditions the results would resemble NRI.

NRI has an outward gravitational force, that Gentry says is caused by vacuum pressure/energy. This is effectively the same as dark energy and in NRI, dark energy can be substituted for vacuum pressure/energy. In any case the formula for this cosmic gravitational red shift is:

  • G = Gravitational Constant.
  • H = Hubble's Constant.
  • r = Radius from the center.
  • c = The Speed of light.
  • z +1 = Gravitational red shift.

When a standard Doppler red shift of galaxies is added the result is:

When this is compared to the standard Hubble relationship it is clear that they are basically identical for near by galaxies. The graph to the right shows a comparison

Note that NRI's and Hubble's predicted red shifts are the same on this graph up to about 1.5 billion Ly, and that they are close up to about 3.5 billion Ly.

Robert Gentry has answered the criticism of NRI, most of which is based on a misunderstanding of it and an inability separated the observed red shift from Hubble's interpretation.


2 Answers 2

When calculating redshifts, we usually look for signature features in astronomical spectra, usually emission or absorption lines.

For example, the universe contains lots of hydrogen. From quantum mechanics, we know that hydrogen has many different energy states which are fixed. This means it can only emit photons with a particular set of wavelengths (these energy states are like a unique fingerprint for each element). So we know that hydrogen in the distant universe will emit photons with exactly the same wavelengths as we can measure in laboratories on Earth.

Here is a nice cartoon of the redshifting of spectral lines: You see that the pattern of lines stays the same, they are just shifted to redder (longer) wavelengths.

When light travels through the universe, the wavelengths of the photons are stretched as the universe expands, so the wavelength we measure on Earth $lambda_$ will be larger than the original emitted wavelength $lambda_$ (and we generally know what $lambda_$ is because it will form part of this 'fingerprint'):

The scale factor today $R_0 = 1$, so we can find the redshift $z$ and the scale factor of the universe when the light was emitted $R$.


Watch the video: عدسة الجاذبية VS النسبية. 4. الانزياح الأحمر (شهر اكتوبر 2021).