Красное смещение спектральных линий. Расширение вселенной и красное смещение

Впервые явление сдвига спектральных линий в спектрах звёзд при спектральном анализе было замечено французом И. Физо в 1848 году и он предложил это явление объяснить с помощью . Суть явления проста: чем больше смещение в красную сторону в спектрограмме объекта, тем быстрее удаляется от нас объект. Вообще, при удалении свет от объекта «краснеет», а при приближении «сдвигается» в фиолетовую сторону. Красное смещение есть и у целых . Благодаря красному смещению было открыто вращение галактик. С одного края свет от галактики смещается в красную сторону, с другого - в фиолетовую. Соответственно, она вращается! Далёкие галактики имеют большее смещение, нежели близкие, и величина его растёт пропорционально расстоянию. Следовательно, чем дальше галактика - тем быстрее она удаляется от нас.
Красное смещение, в соответствии с теорией относительности, рассматривается в концепции расширения пространства. Смещение это также вызвано и расширяющимся пространством, и собственным движением галактик. Объясняется все просто: за время путешествия в космосе света от источника до нас, происходит еще и расширение пространства. Как следствие, расширяется и длина волны от источника во время своего пути. При двукратном расширении пространства, длина волны тоже увеличится вдвое.

Расширение пространства

Красное смещение – индикатор расширения Вселенной. В процессе расширяющегося пространства, галактики увеличивают расстояния между собой, но их координаты остаются прежними.Этот процесс можно уяснить, если представить, что пространство – это резиновый шарик, на который «приклеены» галактики. При её сферичной форме, расстояния между объектами будут расти во всех точках при надувании шарика. Только вот центра, от которого происходит удаление, не будет. Но тогда должны изменяться линейные размеры и внутри Солнечной системы. Из этого следует, что должно изменится и значение эталона длины – метра. Тогда получается, что количество метров до удалённых объектов всегда остаётся прежнее, и возможности для измерения расширения пространства нет.

Красное смещение и квазары

Х. Арп, один из первооткрывателей , предполагает, что эти объекты обладают собственным, внутренним, красным смещением. Оно не зависит от удаления объекта. Квазары-достаточно маленькие объекты в космических масштабах. Но если красные смещения верны в свете закона Хаббла, то и расстояния до них, и их массы, да и скорости их удаления будут иметь громадные величины.

Скорости у квазаров, удалённых от нас на миллиарды световых лет, могут достигать десятков тысяч км/сек.

Красное смещение объекта 3С48 показывает, что его скорость составляет около половины скорости света, а расстояние до него – 3,78 млрд. световых лет. А квазар 3С196 вообще побил все рекорды: его удаление – 12 млрд. световых лет, а скорость почти 200 тысяч км/сек!

«Старение» света

Некоторые астрономы подвергают сомнению теорию красного смещения, вернее, вывода, что его природа заставляет галактики обязательно разбегаться, да ещё с фантастическими скоростями. Была выдвинута идея, что свет, из-за чрезвычайно долгого путешествия сквозь разреженный газ межгалактического пространства, краснеет. Это происходит из-за потери спектром коротких волн, и туманности становятся краснее, хотя линии спектра не смещаются. Но красное смещение подразумевает именно этот процесс. Возможно, свет, бесконечно долго путешествуя во Вселенной, теряет часть своей энергии. Из-за этого происходит удлинение волн, порождающее красное смещение, но не связанное с разбеганием галактик. Однако, эта теория ещё не нашла подтверждения, никто еще не смог доказать, что свет каким-либо образом может терять энергию. Да и куда эта энергия девается - большой вопрос. На примере квазаров видно: чем они дальше от нас, тем больше их красное смещение , и как говорилось, соответственно, больше их скорость удаления.

изм. от 11.12.2013 г - ()

Теория большого взрыва и расширения Вселенной является фактом для современной научной мысли, но если смотреть правде в глаза, настоящей теорией она так и не стала. Появилась эта гипотеза, когда в 1913 году американский астроном Весто Мельвин Слифер (Vesto Melvin Slipher) начал изучать спектры света, приходящего из десятка известных туманностей, и заключил, что они движутся от Земли со скоростями, достигающими миллионов миль в час. Подобные же идеи разделял в то время и астроном де Ситтер. В свое время научный доклад де Ситтера вызвал интерес среди астрономов всего мира.

Среди этих ученых был также Эдвин Пауэлл Хаббл (Edwin Habble). Он также присутствовал на конференции Американского Астрономического Общества в 1914 году, когда Слифер докладывал о своих открытиях, связанных с движением галактик. Вдохновленный этой идеей, Хаббл в 1928 году принялся за работу в знаменитой обсерватории Маунт Вильсон (Mt. Wilson) в попытке соединить теорию де Ситтера о расширяющейся Вселенной и наблюдения Сдифера по поводу удаляющихся галактик.

Хаббл рассуждал примерно следующим образом. В расширяющейся Вселенной мы должны ожидать удаления галактик друг от друга, причем более далекие галактики будут быстрее удаляться друг от друга. Это означает, что из любой точки, включая Землю, наблюдатель должен видеть, что все другие галактики удаляются от него, и, в среднем, более далекие галактики удаляются быстрее.

Хаббл полагал, что, если это справедливо и имеет место на самом деле, то должна существовать пропорциональная зависимость между расстоянием до галактики и степенью красного смещения в спектре света, приходящего от галактик к нам на Землю. Он наблюдал, что в спектрах большинства галактик действительно имеет место это красное смещение, и галактики, находящиеся на более значительных расстояниях от нас, имеют большее красное смещение.

В свое время Слифер заметил, что в спектрах галактик, которые он изучал, спектральные линии света определенных планет смещены в направлении красного конца спектра. Это любопытное явление было названо «красным смещением». Слифер смело объяснил красное смещение эффектом Доплера, который в то время был хорошо известен. На основании увеличения «красного смещения» можно сделать вывод, что галактики движутся от нас. Это был первый большой шаг к идее, что вся Вселенная расширяется. Если бы линии в спектре сместились в направлении к голубому концу спектра, то это означало бы, что галактики движутся в направлении к наблюдателю, То есть что Вселенная сужается.

Возникает вопрос, каким образом Хаббл мог узнать, насколько удалена от нас каждая из исследуемых им галактик, он же не рулеткой до них расстояние измерял? Но именно на данных по удаленности галактик он основывал свои наблюдения и выводы . Это действительно был очень трудный вопрос для Хаббла, и он до сих пор остается трудным для современных астрономов. В конце концов не существует измерительного прибора, который мог бы достичь звезд.

Поэтому в своих измерениях он придерживался следующей логики: для начала можно оценивать расстояния до ближайших звезд с помощью различных методов; затем, шаг за шагом, можно построить «лестницу космических расстояний», которая позволит оценить расстояния до некоторых галактик.

Хаббл, используя свой метод аппроксимации расстояний, вывел пропорциональную зависимость между величиной красного смещения и расстоянием до галактики. Сейчас эта зависимость известна как закон Хаббла.

Он полагал, что наиболее далекие галактики имеют наибольшие значения красного смещения и потому движутся от нас быстрее остальных галактик. Он принял это как достаточное доказательство того, что Вселенная расширяется .

С течением времени эта идея так утвердилась, что астрономы начали применять ее прямо наоборот: если расстояние пропорционально красному смещению, то по измеренному красному смещению можно вычислить расстояние до галактик. Но как мы уже отмечали, Хаббл определял расстояния до галактик не прямым их измерением . Они были получены косвенно, основываясь на измерении видимой яркости галактик. Согласитесь, его предположение о пропорциональной зависимости между расстоянием до галактики и красным смещением невозможно проверить .

Таким образом, модель расширяющейся Вселенной потенциально имеет два изъяна:

- во-первых , яркость небесных объектов может зависеть от многих факторов, не только от их удаленности. То есть, расстояния, вычисленные по видимой яркости галактик, могут быть недействительными.

- во-вторых , вполне возможно, что красное смещение вообще никак не связано со скоростью движения галактик.

Хаббл продолжил свои исследования и пришел к определенной модели расширяющейся Вселенной, вылившейся в закон Хаббла.

Для его объяснения сначала напомним, что, согласно модели большого взрыва, чем дальше находится галактика от эпицентра взрыва, тем быстрее она движется. Согласно закону Хаббла, скорость удаления галактик должна равняться расстоянию до эпицентра взрыва, умноженному на число, называемое постоянной Хаббла. Используя этот закон, астрономы рассчитывают расстояние до галактик, основываясь на величине красного смещения, происхождение которого никому до конца не понятно,

В общем, Вселенную решили измерить очень просто; Найдите красное смещение и разделите на постоянную Хаббла, и вы получите расстояние до любой галактики. Таким же образом современные астрономы с помощью постоянной Хаббла рассчитывают размеры Вселенной. Величина, обратная постоянной Хаббла, имеет смысл характерного времени расширения Вселенной на текущий момент. Вот откуда растут ноги времени существования Вселенной.

Исходя из этого, постоянная Хаббла является чрезвычайно важным числом для современной науки. Например, если вы удвоите постоянную, то при этом вы также удвоите оцениваемый размер Вселенной . Но дело в том, что в разные годы разные ученые оперировали различными значениями постоянной Хаббла.

Постоянная Хаббла выражается в километрах в секунду на мегапарсек (единица космических расстояний, равная 3,3 миллионам световых лет).

Например, в 1929 году величина постоянной Хаббла была равна 500. В1931 году она была равна 550. В1936 году - 520 или 526. В1950 году - 260, т.е. значительно упала. В1956 году она упала еще больше: до 176 или 180. В 1958 году она дополнительно снизилась еще до 75, а в 1968 году подпрыгнула до 98. В 1972 году ее значение составляло от 50 вплоть до 130. Сегодня постоянную Хаббла принято считать равной 55. Все эти изменения позволили одному астроному с юмором сказать, что постоянную Хаббла лучше было бы назвать переменной Хаббла, что в настоящее время и принято. Другими словами, считается, что постоянная Хаббла изменяется со временем, но термин «постоянная» оправдан тем, что в каждый данный момент времени во всех точках Вселенной постоянная Хаббла одинакова.

Конечно, все эти изменения в течение десятилетий можно объяснить тем, что ученые совершенствовали свои методы и повышали качество вычислений.

Но встает вопрос: Каких вычислений? Еще раз повторяем, что никто не сможет реально проверить эти вычисления, так как рулетку (пусть даже лазерную), которая смогла бы дотянуться до соседней галактики, еще не изобрели.

Более того, даже в соотношении расстояний между галактиками здравомыслящим людям не все понятно. Если Вселенная расширяется, согласно закону пропорциональности, равномерно, по какой причине тогда множество ученых получают столь разные значения величин, исходя из тех же самых пропорций скоростей этого расширения? Получается, что и этих пропорций расширения как таковых тоже не существует.

Ученый астроном Вигер заметил, что, когда астрономы проводят измерения в разных направлениях, они получают различные скорости расширения . Затем он обратил внимание на нечто даже более странное: он открыл, что небо может быть разделено на два набора направлений . Первым является набор направлений, в котором множество галактик лежат перед более далекими галактиками. Вторым является набор направлений, в котором далекие галактики находятся без галактик переднего фона. Назовем первую группу направлений космоса «областью А», вторую группу - «областью Б».

Вигер открыл потрясающую вещь. Если в своих исследованиях ограничиться дальними галактиками в области А и только на основании этих исследований вычислить постоянную Хаббла, то получится одна величина константы. Если заняться исследованиями в области Б, то получится совершенно другая величина константы.

Получается, что скорость расширения галактики, согласно этим исследованиям, меняется в зависимости от того, как и при каких условиях мы измеряем показатели, идущие от дальних галактик. Если мы измеряем их там, где есть галактики переднего фона, то будет один результат, если передний фон отсутствует, то результат будет другой.

Если Вселенная действительно расширяется, то что может заставить галактики переднего фона так влиять на скорость движения других галактик? Галактики находятся на огромном расстоянии друг от друга, они не могут дуть друг на друга, как мы дуем на воздушный шарик. Поэтому логично будет предположить, что проблема заключается в загадках красного смещения.

Именно так и рассуждал Вигер. Он предположил, что измеряемые красные смещения дальних галактик, на которых строится вся наука, вообще не связаны с расширением Вселенной. Скорее, они вызваны совершенно другим эффектом. Он предположил, что этот неизвестный ранее эффект связан с так называемым механизмом старения приближающегося к нам издалека света .

Согласно Вигеру, спектр света, прошедшего огромное пространство, испытывает сильное красное смещение только потому, что свет проходит слишком большое расстояние. Вигер доказал, что происходит это в соответствии с физическими законами и удивительно схоже со многими другими явлениями природы. В природе всегда, если что-то движется, то обязательно находится еще что-то, препятствующее этому движению. Такие препятствующие силы существуют и в космическом пространстве. Вигер считает, что, по мере того как свет проходит обширные расстояния между галактиками, начинает проявляться эффект красного смещения. Этот эффект он связал с гипотезой старения (уменьшения силы) света.

Получается, что свет теряет свою энергию , пересекая пространство, в котором есть определенные силы, мешающие его движению. И чем больше свет стареет, тем краснее он становится. Поэтому красное смещение пропорционально расстоянию, а не скорости объекта. Так что, чем дальше свет проходит, тем больше он стареет. Поняв это, Вигер описал Вселенную как нерасширяющуюся структуру. Он понял, что все галактики более или менее стационарны. А красное смещение не связано с эффектом Доплера, и поэтому расстояния до измеряемого объекта и его скорость не связаны между собой. Вигер считает, что красное смещение определяется внутренним свойством самого света; таким образом, он утверждает, что свет, пройдя некое расстояние, просто становится старее. Это никак не доказывает, что галактика, до которой измеряется расстояние, удаляется от нас.

Большинство современных астрономов (но не все) отвергает идею старения света. По словам Джозефа Силка (Joseph Silk) из Калифорнийского университета в Беркли (The University of California at Berkley), “космология стареющего света неудовлетворительна, потому что она вводит новый закон физики”.

Но представленная Вигером теория старения света не требует радикальных дополнений к существующим физическим законам. Он предположил, что в межгалактическом пространстве существует некий сорт частиц, которые, взаимодействуя со светом, отбирают часть энергии света. В громадном большинстве массивных объектов этих частиц больше, чем других.

Используя эту идею, Вигер объяснил различные величины красного смещения для областей А и Б следующим образом: свет, проходя через галактики переднего фона, встречает большее число этих частиц и поэтому теряет больше энергии, чем свет, не проходящий через область галактик переднего фона. Таким образом, в спектре света, пересекающего препятствия (области галактик переднего фона), будет наблюдаться более значительное красное смещение, и это приводит к различным величинам для постоянной Хаббла. Вигер также сослался на дополнительное доказательство своей теорий, которое было получено при экспериментах на объектах с нескоростными красными смещениями.

Например, если измерить спектр света, исходящего от звезды, расположенной близко к диску нашего Солнца, то величина красного смещения в нем будет больше, чем в случае звезды, находящейся в дальней области неба. Такие измерения можно проводить только во время полного солнечного затмения, когда звезды, близкие к солнечному диску, становятся видимы в темноте.

Короче говоря, Вигер объяснил красные смещения в терминах нерасширяющейся Вселенной, в которой поведение света отличается от принятой большинством ученых идеи. Вигер считает, что его модель Вселенной дает более точные, реалистичные астрономические данные, чем те, которые дает стандартная модель расширяющейся Вселенной, Эта старая модель не может объяснить большого различия в значениях, получаемых при расчете постоянной Хаббла. Согласно Вигеру, нескоростные красные смещения могут являться глобальной особенностью Вселенной. Вселенная вполне может быть статичной, и, следовательно, необходимость в теории большого взрыва просто отпадает.

И все было бы хорошо: мы бы сказали спасибо Вигеру, пожурили Хаббла, но появилась новая проблема, неизвестная ранее. Эта проблема – квазары. Одна из наиболее поразительных особенностей квазаров - то, что их красные смещения фантастически высоки по сравнению с таковыми для других астрономических объектов. В то время, как красное смещение, измеренное для нормальной галактики примерно 0,67, некоторые из красных смещений квазаров близки к 4,00. В настоящее время найдены и галактики, у которых коэффициент красного смещения больше 1,00.

Если мы принимаем, как большинство астрономов, что они - обычные красные смещения удаления, то квазары должны быть безусловно самыми отдаленными объектами, когда-либо обнаруженными во вселенной и излучающими в миллион раз больше энергии, чем гигантская сферообразная галактика, что также является безнадежным.

Если мы берем закон Хаббла, то галактики (с красным смещением больше 1,00) должны удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света, а квазары на скорости, равной 4-м скоростям света.

Получается, что теперь ругать надо Альберта Эйнштейна? Или все-таки неправильны начальные условия задачи и красное смещение является математическим эквивалентом процессов, о которых мы имеем мало представления? Математика не ошибается, но она не дает фактического понимания происходящих процессов. Например математики давно доказали существование дополнительных измерений пространства, в то время, как современная наука никак не может их найти.

Таким образом, обе из альтернатив, доступных в рамках обычной астрономической теории, сталкиваются с серьезными трудностями. Если красное смещение принято как обычный эффект Доплера, из-за пространственного поглощения, обозначенные расстояния настолько огромны, что другие свойства квазаров, особенно энергетическая эмиссия, необъяснимы. С другой стороны, если красное смещение не связано, или не полностью связано со скоростью движения, у нас нет никакой надежной гипотезы относительно механизма, которым это произведено.

Убедительное доказательство, опирающееся на эту проблему, трудно получить. Аргументы на одной стороне или вопросы на другой базируются, главным образом, на очевидной ассоциации между квазарами и другими объектами. Очевидные ассоциации с подобными красными смещениями предлагают как доказательства в поддержку простого изменения Доплера, или как "космологические" гипотезы. Противники возражают с тем, что ассоциации между объектами, красные смещения которых отличаются, свидетельствуют, что работают два различных процесса. Каждая группа клеймит ассоциации противников как поддельные.

В любом случае, применительно к этой ситуации, мы должны согласиться, что второй компонент (скорость) красного смещения идентифицируется как другое изменение Доплера, произведенное в той же самой манере, как нормальное красное смещение поглощения, и должен прибавляться к нормальному смещению, давая математическое отражение происходящих процессов.

А фактическое понимание происходящих процессов можно найти в работах Дьюи Ларсона , к примеру, в этом отрывке.

Красные смещения квазаров

Хотя некоторые объекты, ныне известные как квазары уже осознавались как принадлежащие новому и отдельному классу феноменов из-за их особых спектров, реальное открытие квазаров можно отнести к 1963 году, когда Мартин Шмидт определил спектр радио источника 3С 273 как сдвинутый на 16% в сторону красного. Наибольшую часть других определяющих характеристик, изначально приписываемых квазарам, пришлось определять тогда, когда было накоплено больше данных. Например, одно раннее описание определяло их как “похожие на звезды объекты, совпадающие с радио источниками”. Но современные наблюдения демонстрируют, что в большинстве случаев квазары обладают сложными структурами, определенно не похожими на звезды, и имеется большой класс квазаров, радиоизлучение из которых не обнаружено. Высокое красное смещение продолжало оставаться признаком квазара, а его отличительной характеристикой считался наблюдаемый диапазон величин, расширяющихся вверх. Вторичное красное смещение, измеренное у 3С 48, составляло 0,369, значительно выше первичного измерения 0,158. К началу 1967 года, когда были доступны 100 красных смещений, наивысшей величиной было 2,223, а ко времени публикации она поднялась до 3,78.

Расширение диапазона красного смещения выше 1,00 поставило вопрос об интерпретации. На основании предыдущего понимания происхождения Доплеровского смещения, красное смещение рецессии выше 1,00 указывало бы на то, что относительная скорость больше скорости света. Всеобщее признание точки зрения Эйнштейна, что скорость света – это абсолютный предел, делало такую интерпретацию неприемлемой для астрономов, и для решения проблемы прибегали к математике относительности. Наш анализ в томе I показывает, что это неверное применение математических соотношений в ситуациях, в которых можно пользоваться этими соотношениями. Имеются противоречия между величинами, полученными в результате наблюдения и полученными косвенными средствами. Например, измерением скорости посредством деления координатного расстояния на часовое время. В подобных примерах математики относительности (уравнения Лоренца) применяются к косвенным измерениям, чтобы привести их к согласованию с непосредственными измерениями, принятыми за корректные. Доплеровские смещения – это непосредственные измерения скоростей, не требующие коррекции. Красное смещение 2,00 указывает на относительное движение наружу со скалярной величиной вдвое больше скорости света.

Хотя в традиционной астрономической мысли проблему высокого красного смещения удалось обойти посредством трюка с математикой относительности, сопутствующая проблема расстояния-энергии оказалась более непокорной и сопротивлялась всем попыткам разрешения или ухищрениям.

Если квазары находятся на расстояниях, указанных космологией, то есть, на расстояниях, соответствующих красным смещениям, согласно тому, что они являются обычными красными смещениями рецессии, тогда количество испускаемой ими энергии намного больше, чем можно объяснить известным процессом генерирования энергии или даже любым благовидным умозрительным процессом. С другой стороны, если энергии понижаются до заслуживающих доверия уровней посредством допущения, что квазары находятся намного ближе, тогда традиционная наука не имеет объяснения большим красным смещениям.

Очевидно, что-то нужно делать. Следует отказаться от того или другого ограничивающего допущения. Либо существуют ранее неоткрытые процессы, производящие намного больше энергии, чем уже известные процессы, либо имеются неизвестные факторы, выводящие красные смещения квазара за пределы обычных величин рецессии. По какой-то причине, рациональность которой трудно понять, большинство астрономов считают, что альтернатива красному смещению – это единственное, что требует пересмотра или расширения в существующей физической теории. Аргумент, наиболее часто выдвигаемый против возражений тех, кто склоняется в пользу не космологического объяснения красных смещений, таков: гипотеза, требующаяся измерения в физической теории, должна быть принята только как последнее средство. А вот то, чего не видят эти индивидуумы: последнее средство – это единственное, что остается. Если исключить модификацию существующей теории для объяснения красных смещений, тогда существующую теорию следует изменить для объяснения величины генерирования энергии.

Более того, энергетическая альтернатива намного более радикальная ввиду того, что она требует не только наличия абсолютно неизвестных новых процессов, но и включает огромное увеличение в масштабе генерирования, за пределами ныне известного уровня. С другой стороны, все, что требуется в ситуации красного смещения, даже если решение на основе известных процессов не может быть получено, – это новый процесс. Он не претендует на объяснение ничего большего, чем ныне признается прерогативой известного процесса рецессии; он просто используется для создания красных смещений на менее удаленных пространственных расположениях. Даже без новой информации, полученной в результате развития теории вселенной движения, должно быть очевидным, что альтернатива красному смещению – это намного лучший способ выйти из существующего тупика между энергией квазара и теориями красного смещения. Вот почему так значимо объяснение, появившееся в результате применения теории Обратной Системы для решения проблемы.

Такие умозаключения в чем-то академические, поскольку мы принимаем мир таким, каков он есть, нравится нам или нет то, что мы находим. Однако следует заметить, что здесь, вновь, как и во многих примерах на предшествующих страницах, ответ, который появляется в результате нового теоретического развития, принимает самую простую и самую логическую форму. Конечно, ответ на проблему с квазаром не включает разрыв с большинством основ, как ожидают астрономы, склоняющиеся в пользу не космологического объяснения красных смещений. Как они рассматривают ситуацию, следует включить какой-то новый физический процесс или принцип, чтобы прибавить к рецессии красного смещения квазаров “не скоростной компонент”. Мы же находим, что не требуется никакого нового процесса или принципа. Дополнительное красное смещение – это просто результат прибавленной скорости, скорости, избежавшей осознания из-за неспособности быть представленной в традиционной пространственной системе отсчета.

Как указывалось выше, ограничивающая величина скорости взрыва и красного смещения – это две результирующие единицы в одном измерении. Если скорость взрыва поровну делится между двумя активными измерениями в промежуточном регионе, квазар может преобразовываться в движение во времени, если компонент взрыва красного смещения в исходном измерении равен 2,00, а общее красное смещение квазара составляет 2,326. К моменту публикации книги “Квазары и пульсары” было опубликовано лишь одно красное смещение квазара, превышающее величину 2,326 на любое значимое количество. Как указывалось в том труде, красное смещение 2,326 – это не абсолютный максимум, а уровень, на котором происходит переход движения квазара в новый статус, который, как допускается в любом событии, может иметь место. Таким образом, очень высокая величина 2,877, приписанная квазару 4С 05 34, указывала либо на существование некоего процесса, в результате которого превращение, которое теоретически могло происходить при 2,326, задержалось, либо на ошибку измерения. Ввиду отсутствия других доступных данных, в то время выбор между двумя альтернативами представлялся нежелательным. В последующие годы обнаружили множество дополнительных красных смещений выше 2,326; и стало очевидным, что расширение красных смещений квазаров на более высокие уровни – явление частое. Поэтому теоретическая ситуация была пересмотрена и выяснена природа процесса, работавшего при более высоких красных смещениях.

Как описано в томе 3, коэффициент красного смещения 3,5, превалирующий ниже уровня 2,326, – это результат равного распределения семи единиц эквивалентного пространства между измерением, параллельным измерению движения в пространстве, и измерением, перпендикулярным ему. Такое равное распределение – результат действия вероятности при отсутствии влияний в пользу одного распределения над другим, а другие распределения полностью исключаются. Однако имеется небольшая, но значимая вероятность неравного распределения. Вместо обычного распределения 3½ - 3½ семи единиц скорости, деление может стать 4 - 3, 4½ - 2½ и так далее. Общее число квазаров с красными смещениями выше уровня, соответствующего распределению 3½ - 3½, относительно невелико. И не ожидалось, что любая случайная группа умеренной величины, скажем, 100 квазаров, содержит больше одного такого квазара (если содержит вообще).

Ассиметричное распределение в измерении не оказывает значимых наблюдаемых влияний на уровня более низких скоростей (хотя оно создавало бы аномальные результаты в таком исследовании, как анализ объединений Арпа, если бы было более обычным). Но оно становится очевидным на более высоких уровнях, поскольку приводит к красным смещениям, превышающим обычный предел 2,326. Благодаря второй степени (квадрату) природы межрегиональной связи, 8 единиц, вовлеченных в скорость взрыва, 7 из которых пребывают в промежуточном регионе, становятся 64 единицами, 56 из которых пребывают в этом регионе. Поэтому возможные коэффициенты красного смещения выше 3,5 увеличиваются пошагово на 0,125. Теоретический максимум, соответствующий распределению лишь в одном измерении, был бы 7,0, но вероятность становится незначимой на каком-то более низком уровне, по-видимому, где-то рядом с 6,0. Соответствующие величины красного смещения достигают максимума около 4,0.

Увеличение коэффициента красного смещения из-за изменения распределения в измерении не включает никакого увеличения расстояния в пространстве. Следовательно, все квазары с красными смещениями 2,326 и выше пребывают приблизительно на одном и том же расстоянии в пространстве. Таково объяснение кажущегося несоответствия, входящего в наблюдаемый факт, что яркость квазаров с крайне высокими красными смещениями сравнима с яркостью квазаров с диапазоном красного смещения около 2,00.

Взрывы звезд, запускающие цепь событий, ведущую к испусканию квазара из галактики возникновения, сводят большую часть материи взрывающихся звезд к кинетической и радиальной энергии. Остаток звездной массы разбивается на газ и частицы пыли. Часть рассеянного материала проникает в секторы галактики, окружающие регион взрыва, и когда один такой сектор выбрасывается как квазар, он содержит быстродвижущиеся газ и пыль. Из-за того, что максимальные скорости частиц пребывают выше скоростей, требующихся для ухода из гравитационного притяжения отдельных звезд, этот материал постепенно прокладывает путь наружу и со временем обретает форму облака пыли и газа вокруг квазара – атмосферы, как мы можем ее назвать. Излучение из звезд, составляющих квазар, проходит через атмосферу, повышая поглощение линий в спектре. Рассеянный материал, окружающий относительно молодой квазар, движется вместе с главным телом, и поглощение красного смещения приблизительно равно величине излучения.

Пока квазар движется наружу, составляющие его звезды становятся старше, и на последних стадиях существования некоторые из них достигают допустимых пределов. Затем такие звезды взрываются по уже описанному Типу II сверхновых. Как мы видели, взрывы выбрасывают одно облако продуктов наружу в пространство, а второе аналогичное облако наружу во время (эквивалентное выбросу внутрь в пространство). Когда скорость продуктов взрыва, выбрасываемых во время, накладывается на скорость квазара, уже пребывающего вблизи границы сектора, продукты переходят в космический сектор и исчезают.

Движение наружу продуктов взрыва, выброшенных в пространство, эквивалентно движению вовнутрь во времени. Следовательно, оно противоположно движению квазара наружу во времени. Если бы движение вовнутрь могло наблюдаться независимо, оно создавало бы синее смещение, поскольку направлялось бы к нам, а не от нас. Но поскольку такое движение происходит лишь в комбинации с движением квазара наружу, его влияние направлено на уменьшение результирующей скорости наружу и величины красного смещения. Таким образом, медленно движущиеся продукты вторичных взрывов движутся наружу так же, как сам квазар, а компоненты инверсной скорости просто задерживают их прибытие в точку, где имеет место превращение в движение во времени.

Следовательно, квазар на одной из последних стадий своего существования окружен не только атмосферой, движущейся с самим квазаром, но и одним или более облаками частиц, удаляющимися от квазара во времени (эквивалентном пространстве). Каждое облако частиц способствует поглощению красного смещения, отличающегося от величины испускания на величину скорости вовнутрь, приданной частицам внутренними взрывами. Как указывалось в обсуждении природы скалярного движения , любой объект, движущийся таким образом, может обретать еще и векторное движение. Векторные скорости компонентов квазара невелики по сравнению с их скалярными скоростями, но они могут быть достаточно велики для создания кое-каких измеряемых отклонений от скалярных величин. В некоторых случаях это приводит к поглощению красного смещения выше уровня испускания. Из-за направления наружу скоростей, возникших в результате вторичных взрывов, все другое поглощение красных смещений, отличающееся от величин испускания, пребывает ниже красных смещений испускания.

Скорости, приданные испускаемым частицам, не оказывают значимого влияния на z рецессии, как это делает увеличение эффективной скорости за пределами уровня 2,326; следовательно, изменение имеет место в коэффициенте красного смещения и ограничено шагами 0,125 – минимальным изменением в этом коэффициенте. Поэтому возможное поглощение красных смещений происходит посредством регулярных величин, отличающихся друг от друга на 0,125z ½ . Ввиду того, что величина z квазаров достигает максимума при 0,326, а вся вариабельность красных смещений выше 2,326 возникает за счет изменений коэффициента красного смещения, теоретические величины возможного поглощения красного смещения идентичны у всех квазаров и совпадают с возможными величинами красных смещений испускания.

Поскольку большинство наблюдаемых квазаров с высоким красным смещением является относительно старыми, их составляющие пребывают в состоянии крайней активности. Это векторное движение вводит в измерения красного смещения испускания некоторую неопределенность и делает невозможной демонстрацию точной корреляции между теорией и наблюдением. В случае поглощения красных смещений ситуация более благоприятная, поскольку измеренные величины поглощения для каждого из более активных квазаров образуют серии, а соотношение между сериями можно продемонстрировать даже тогда, когда у отдельных величин имеется значимая степень неопределенности.

В результате взрыва, красное смещение является продуктом коэффициента красного смещения и z ½ , причем каждый квазар со скоростью рецессии z меньше 0,326, обладает своим собственным набором возможного поглощение красных смещений, а последовательные члены каждой серии отличаются на 0,125z 2 . Одна из самых больших систем в данном диапазоне, исследованная до сих пор, – это квазар 0237-233.

Обычно для доведения значительного числа звезд квазаров до предела возраста, запускающего взрывную активность, требуется долгий период времени. Соответственно, поглощение красных смещений, отличающееся от величин испускания, не появляется до тех пор, пока квазар не достигнет диапазона красного смещения выше 1,75. Однако из природы процесса ясно, что у этого общего правила имеются исключения. Внешние недавно наращенные части галактики происхождения, в основном, состоят из более молодых звезд, но особые условия в процессе роста галактики, такие, как относительно недавнее соединение с другой крупной совокупностью, могут вводить концентрацию более старых звезд в часть структуры галактики, выброшенной в результате взрыва. Затем более старые звезды достигает пределов возраста, и инициируют цепь событий, создающих поглощение красных смещений на стадии жизни квазара раньше, чем обычно. Однако не похоже на то, что число старых звезд, включенных в любой вновь испущенный квазар, достаточно большое, чтобы создавать внутреннюю активность, приведшую к системе интенсивного поглощения красного смещения.

В более высоком диапазоне красного смещения в ситуацию входит новый фактор; он ускоряет тенденцию к большему поглощению красных смещений. Чтобы в пылевые и газовые компоненты квазара ввести приращения скорости, необходимые для запуска системы поглощения, обычно требуется значительная интенсивность взрывной активности. Однако за пределами двух единиц скорости взрыва такое ограничение отсутствует. Здесь диффузные компоненты подвергаются влияниям условий космического сектора, которые имеют тенденцию уменьшать инверсную скорость (эквивалент увеличения скорости), создавая дополнительное поглощение красных смещений в ходе обычной эволюции квазара, без необходимости в дальнейшей генерации энергии в квазаре. Следовательно, выше этого уровня “все квазары демонстрируют сильные линии поглощения”. Стритматтер и Уильямс, из сообщения которых взято вышеприведенное утверждение, продолжают говорить:

“Все выглядит так, как будто имеется порог для присутствия поглощенного материала в испускании красных смещений около 2,2”.

Этот эмпирический вывод согласуется с нашим теоретическим открытием, что при красном смещении 2,326 имеется определенная граница сектора.

В дополнение к поглощению красных смещений в оптических спектрах, к которому относится вышеприведенное обсуждение, поглощение красных смещений обнаруживается и на радиочастотах. Первое подобное открытие в излучении из квазара 3С 286 вызвало значительный интерес из-за довольно распространенного впечатления, что для объяснения поглощения радио частот требуется объяснение, отличное от объяснения поглощения оптических частот. Первые исследователи пришли к выводу, что красное смещение радиочастот возникает за счет поглощения нейтрального водорода в некоторых галактиках, находящихся между нами и квазаром. Поскольку в таком случае поглощение красного смещения составляет около 80%, они рассматривали наблюдения как свидетельство в пользу космологической гипотезы красного смещения. На основании теории вселенной движения, радио наблюдения не вносят ничего нового. Процесс поглощения, работающий в квазарах, применим к излучению всех частот. И наличие поглощения красного смещения на радиочастоте имеет ту же значимость, что и наличие поглощения красного смещения на оптической частоте. Измеренные красные смещения радиочастот у 3С 286 при испускании и поглощении составляют порядка 0,85 и 0,69 соответственно. При коэффициенте красного смещения 2,75, теоретическое поглощение красного смещения, соответствующее величине испускания 0,85, равно 0,68.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Увеличение длин волн (l) линий в эл.-магн. спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Количественно К. с. характеризуется величиной z=(lприн-lисп)/lисп, где lисп и lприн - соответственно излучения, испущенного источником и принятого наблюдателем (приёмником излучения). Два механизма приводят к появлению К. с.

К. с., обусловленное эффектом Доплера, возникает в том случае, когда источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между ними (см. ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ). В релятив. случае, когда движения источника v относительно приёмника сравнима со скоростью света (с), К. с. может возникнуть и в том случае, если расстояние между источником и приёмником не возрастает (т. н. поперечный эффект Доплера). К. с., возникающее при этом, можно интерпретировать как результат релятив. замедления времени на источнике по отношению к наблюдателю (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ). Космологич. К. с., наблюдаемое у далёких галактик и квазаров, интерпретируется на основе общей теории относительности (ОТО) как эффект расширения Метагалактики (взаимного удаления галактик друг от друга; (см. КОСМОЛОГИЯ)). Расширение Метагалактики приводит к увеличению длин волн реликтового излучения и снижению энергии его квантов (т. е. к охлаждению реликтового излучения).

Гравитац. К. с. возникает, когда приёмник света находится в области с меньшим гравитац. потенциалом (fi2), чем источник (fi1). В этом случае К. с.- следствие замедления темпа времени вблизи гравитирующей массы и уменьшения частоты испускаемых квантов света (эффект ОТО): n=(1+(fi2-fi1)/c2) , Примером гравитац. К. с. может служить смещение линии в спектрах плотных звёзд - белых карликов. Используя Мёссбауэра, эффект, в 1959 удалось измерить К. с. в гравитац. Земли.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Увеличение длины монохроматич. компонента спектра источника излучения в системе отсчёта наблюдателя по сравнению с длиной волны этого компонента в собств. системе отсчёта . Термин "К. с." возник при изучении спектральных линий оптич. диапазона, смещённых в сторону длинноволнового (красного) конца спектра. Причиной К. с. может явиться движение источника относительно наблюдателя - Доплера эффект или (и) отличие напряжённости поля тяготения в точках испускания и регистрации излучения - гравитационное К. с. В обоих случаях параметр смещения не зависит от длины волны, так что плотность распределения энергии излучения f 0 () связана с аналогичной плотностью в собств. системе отсчёта f e (). соотношением

Доплеровское смещение длины волны в спектре источника, движущегося с лучевой скоростью и полной скоростью , равно

Для чисто радиального движения красному смещению (z D >>0) отвечает увеличение расстояния до источника (>0), однако при отличной от нуля тангенциальной составляющей скорости значения Z D >O могут наблюдаться и при <0.

Гравитац. К. с. было предсказано А. Эйнштейном (A. Einstein, 1911) при разработке общей теории относительности (ОТО). В линейном относительно ньютоновского потенциала приближении (см. Всемирного тяготения закон) , где соответственно значения гравитац. потенциала в точках испускания и регистрации излучения (z g >0 в том случае, когда в точке испускания по модулю больше). Для массивных компактных объектов с сильным полем тяготения (напр., нейтронных звёзд и чёрных дыр )следует пользоваться точными ф-лами. В частности, гравитац. К. с. в спектре сферич. тела массой М и радиусом (r g - гравитационный радиус, G - гравитационная постоянная )определяется выражением

Первоначально для эксперим. проверки эффекта Эйнштейна исследовались спектры Солнца и других астр. объектов. Для Солнца z g 2*10 -6 , что слишком мало для надёжного измерения эффекта, однако в спектрах белых карликов (r 10 3 -10 4 км, r g 1-3 км, z g 10 -4 - 10 -5) эффект был обнаружен. В 1960 Р. Паунд (R. Pound) и Г. Ребка (G. Rebka), используя Мёссбауэра эффект, измерили гравитац. К. с. при распространении гамма-излучения в земных условиях (z g 10 -15).

Представление о космологич. К. с. возникло в результате работ (1910-29) В. Слайфера (V. Slipher), К. Вирца (К. Wirtz), К. Лундмарка (К. Lundmark) и Э. Хаббла (Е. Hubble). Последний в 1929 установил т. н. Хаббла закон - приблизительно линейную зависимость z,. от расстояния D до далёких галактик и их скоплений: z c (H 0 /c)D, где H 0 - т. н. параметр Хаббла [совр. оценка Н 0 75 км/(с*Мпк) с неопределённостью до множителя 1,5].

Космологич. К. с. связано с общим расширением Вселенной и обусловлено совместным действием эффектов Доплера и Эйнштейна (для относительно близких галактик, при D <10 3 Мпк, осп. роль играет эффект Доплера). В спектрах галактик зарегистрировано макс. значение z c 3, в спектрах квазаров z c 4,5(1988). В 1965 А. Пензиас (A. Penzias) и Р. Вильсон (R. Wilson) обнаружили микроволновое фоновое с темп-рой 2,7 К, интерпретируемое как реликт ранней стадии расширения Вселенной. Для реликтового излучения z c 1500.

Эффект К. с. в спектрах далёких галактик (эффект "разбегания" галактик) получил объяснение в рамках нестационарной космологической модели, основанной на ОТО (А. А. Фридман, 1922). Для нестационарной изотропной и однородной Вселенной (см. Космология )величина z c связана с масштабным фактором R (t )в испускания t e и регистрации t 0 света соотношением

Расширению Вселенной отвечает здесь z c >0. Закон Хаббла рассматривается как линейное к последнему соотношению с . Конкретный вид ф-ции R (t )определяется ур-ниями гравитац. Поля Ото. В. Ю. Теребиж.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ" в других словарях:

Красное смещение сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Сдвиг спектра … Википедия

Современная энциклопедия

Увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником… … Большой Энциклопедический словарь

Красное смещение - КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ, увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (обозначение z), увеличение длины волны видимого света или в другом диапазоне ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, вызванное либо удалением источника (эффект ДОПЛЕРА), либо расширением Вселенной (см. РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ). Определяется как изменение… … Научно-технический энциклопедический словарь

Увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приёмником… … Энциклопедический словарь

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Оптический спектр звезды или галактики представляет собой непрерывную полосу, пересеченную темными вертикальными линиями, соответствующими длинам волн, характерным для элементов во внешних слоях звезды. Линии спектра смещаются из - за движения звезды, если она приближается к нам или удаляется от нас. Это пример доплеровского эффекта, который заключается в изменении наблюдаемой длины волны, излучаемой источником, находящимся в движении по отношению к наблюдателю. Спектральные линии смещаются в область более длинных волн (то есть обнаруживают красное смещение), если источник света отдаляется, или в область коротких волн, если источник света приближается (так называемое голубое смещение).

Для света, испускаемого монохроматическим источником с частотой f, который движется со скоростью и, можно доказать, что смещение длины волны?? = ?/f = (?/с) ?, где с представляет собой скорость света, а? - длину волны. Таким образом, скорость отдаленной звезды или галактики можно измерить на основании смещения длины волны??, пользуясь уравнением? = c? ?/?.

В 1917 году, наблюдая спектры различных галактик с помощью шестидесятисантиметрового телескопа в обсерватории Лоуэлла, в Аризоне, Весто Слайфер обнаружил, что отдельные спиральные галактики отдаляются от нас со скоростью более 500 км/с - гораздо быстрее, чем любой объект в нашей Галактике. Термин "красное смещение" был введен в употребление как показатель отношения изменения длины волны к испускаемой длине волны. Так, красное смещение 0,1 означает, что источник отдаляется от нас со скоростью 0,1 скорости света. Эдвин Хаббл продолжил работу Слайфера, оценив расстояние до двух десятков галактик с известным красным смещением. Так был сформулирован закон Хаббла, который гласит, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее.

В 1963 году Мартин Шмидт обнаружил первый квазар в результате открытия, что спектральные линии звездо-подобного объекта 3С 273 смещены в красную сторону спектра примерно на 15 %. Он пришел к выводу, что этот объект отдаляется со скоростью 0,15 световой и должен находиться на расстоянии более 2 млрд. световых лет, а, следовательно, он гораздо более мощный, чем обычная звезда. С тех пор было открыто много других квазаров.

См. также статьи "Закон Хаббла", "Квазар", "Спектр оптический".