Разширяване на Вселената и червено изместване. Доплерови червени смени

Червеното изместване на спектралните линии в оптичния спектър на суперкластер на далечни галактики (BAS11) (вдясно), в сравнение със Слънцето (отляво).

червено отместване  - изместване на спектралните линии на химичните елементи към червената (дълговълнова) страна. Това явление може да възникне поради ефекта на Доплер или ефекти от общата теория на относителността: гравитационно и космологично червено изместване. Червеното изместване също може да бъде следствие от няколко от горните причини. Преместването на спектралните линии към виолетовата (късо вълнова) страна се нарича виолетова промяна.

Всеки химичен елемент абсорбира или излъчва електромагнитни вълни със строго определени честоти. Следователно всеки химичен елемент в спектъра образува уникален линеен модел, използван при спектралния анализ. В резултат на ефекта на Доплер и / или ефектите от общата теория на относителността честотата на излъчване от отдалечени обекти, като звезди, може да се промени (намали или увеличи) и линиите съответно ще се изместят към червената (дълговълнова) или синята (късо вълнова) част от спектъра, запазвайки, обаче, уникалното му относително местоположение. Преместването на линиите към червената страна (поради отстраняването на обекта) се нарича "червена смяна".

Нова интерпретация

В „Нова интерпретация на Redshift“ Робърт Гентри () предложи тълкуване на галактическото червено изместване като комбинация от ефекта на Доплер и гравитационното червено изместване.

Ново тълкуване на Червената смяна (NEC) обяснява червено отместване  галактики като комбинация от доплер и гравитационно червено изместване. Според тази космология (CBR), това е гравитационното червено изместване на червено-горещия водород от границата на нивото при температура от 5400 Kelvin. Той вярва, че тази граница на нивото всъщност се състои от тънка обвивка над коагулиращи галактики.

Ограничена вселена

Подобно на космологията на Бялата дупка, NRI използва концепцията за ограничена вселена. Въпреки че това са противоречиви космологии, ясно е, че те могат да бъдат комбинирани, както в случая с Тъмната енергия, тя е добавена към първоначалните условия

Светлината, излъчвана от звезда, когато се гледа глобално, е електромагнитно трептене. Ако се гледа локално, това лъчение се състои от светлинни кванти - фотони, които са носители на енергия в космоса. Вече знаем, че излъченият квант светлина възбужда най-близката елементарна частица от пространството, която прехвърля възбуждането в съседна частица. Въз основа на закона за запазване на енергията, в този случай скоростта на светлината трябва да бъде ограничена. Това показва разликата в разпределението на светлината и информацията, която (информация) беше разгледана в параграф 3.4. Тази концепция за светлина, пространство и естеството на взаимодействията доведе до промяна в концепцията за Вселената. Следователно концепцията за червено изместване като увеличаване на дължината на вълната в изходния спектър (изместване на линиите към червената част на спектъра) в сравнение с линиите на референтния спектър трябва да бъде преразгледана и естеството на появата на този ефект трябва да бъде преразгледано (виж Въведение, раздел 7 и).

Червена смяна поради две причини. Първо е известно, че червеното изместване поради ефекта на Доплер възниква, когато движението на източника на светлина спрямо наблюдателя води до увеличаване на разстоянието между тях.

Второ, от позицията на фракталната физика, червеното изместване възниква, когато излъчвателят е поставен в областта на голямо електрическо поле на звезда. Тогава, в нова интерпретация на този ефект, леките кванти - фотони - ще генерират при раждането няколко

различна честота на трептене в сравнение със земния стандарт, при която електрическото поле е незначително. Този ефект на електрическото поле на звездата върху радиацията води както до намаляване на енергията на възникващия квант, така и до намаляване на честотата, характеризираща кванта; съответно, дължината на вълната на излъчване \u003d C / (C е скоростта на светлината, приблизително равна на 3 10 8 m / s). Тъй като електрическото поле на звездата определя и гравитацията на звездата, ефектът от увеличаване на дължината на вълната на излъчване ще бъде наречен старият термин „гравитационно червено изместване“.

Пример за гравитационно червено изместване е наблюдаваното изместване на линиите в спектрите на Слънцето и белите джуджета. Ефектът от червеното гравитационно изместване сега е надеждно установен за белите джуджета и за Слънцето. Гравитационното червено изместване, еквивалентно на скоростта, е 30 km / s за белите джуджета и около 250 m / s за Слънцето. Разликата в червените измествания на Слънцето и белите джуджета с два порядъка се дължи на различното електрическо поле на тези физически обекти. Нека разгледаме този въпрос по-подробно.

Както е посочено по-горе, фотон, излъчен в електрическото поле на звезда, ще има модифицирана честота на трептене. За да изведем формулата за червено изместване, използваме отношение (3.7) за фотонната маса: m ν \u003d h / C 2 \u003d E / C 2, където Е е енергията на фотона, пропорционална на нейната честота ν. От това виждаме, че относителните промени в масата и честотата на фотона са равни, така че можем да ги представим в този вид: m ν / m ν \u003d / \u003d E / C 2.

Промяната в енергията AE на възникващия фотон се причинява от електрическия потенциал на звездата. В този случай електрическият потенциал на Земята поради нейната дребност не се взема предвид. Тогава относителното червено изместване на фотона, излъчвано от звезда с електрически потенциал φ и радиус R в системата SI е равно.

червено отместване

понижаване на честотата на електромагнитното излъчване, една от проявите на Доплеровия ефект a . Името „К. В. "поради факта, че във видимата част на спектъра в резултат на това явление линиите се изместват към червения му край; К. п. наблюдавани в емисиите на всякакви други честоти, например в радио диапазона. Обратният ефект, свързан с увеличаване на честотите, се нарича синя (или лилава) смяна. Най-често терминът „К. С. ”се използва за обозначаване на два явления - космологичен К. с. и гравитационно K. s.

Космологичен (метагалактичен) K. s. те наричат \u200b\u200bнаблюдаваното намаление за всички отдалечени източници (галактики (виж. Галактики), квазари (виж. Квазари)) намаляване на честотата на излъчване, което показва отстраняването на тези източници един от друг и по-специално от нашата Галактика, т.е. нестационарно (разширение) ) Метагалаксии. К. п. за галактиките е открит от американския астроном У. Слифер през 1912-14 г .; през 1929 г. Е. Хъбъл открил, че К. с. за далечни галактики повече, отколкото за близките и се увеличава приблизително пропорционално на разстоянието (законът на К. от с., или законът на Хъбъл). Предложени са различни обяснения за наблюдаваното изместване на спектралните линии. Такава е, например, хипотезата за разпадането на квантата на светлината за период от милиони и милиарди години, през който светлината на далечни източници достига до земния наблюдател; според тази хипотеза енергията се разрушава по време на разпад и с това е свързана и промяна в честотата на излъчване. Тази хипотеза обаче не е подкрепена от наблюдения. По-специално К. п. в различни части на спектъра на един и същи източник, в рамките на хипотезата, той трябва да бъде различен. Междувременно всички данни за наблюдение показват, че K. s. независимо от честотата, относителна промяна в честотата z \u003d (ν 0 - ν) / ν 0  абсолютно еднакви за всички радиационни честоти, не само в оптичната, но и в радио диапазона на този източник ( ν 0   е честотата на определена линия от спектъра на източника, ν   - честота на същия ред, записан от приемника; ν). Подобна промяна в честотата е характерно свойство на доплеровото пристрастие и на практика елиминира всички други интерпретации на K. s.

В теорията на относителността (виж теорията на относителността) Доплер К. считан за резултат от забавянето на потока на времето в движеща се референтна рамка (ефектът на специалната теория на относителността). Ако скоростта на изходната система спрямо системата приемник е υ   (в случай на метагалактика. К. p. υ -   това е радиална скорост) ,   на

(ве скоростта на светлината във вакуум) и според наблюдаваното K. s. лесно е да се определи радиалната скорост на източника: v  приближава скоростта на светлината, като винаги остава по-малка от нея (v v, много по-малка от скоростта на светлината ( υ) ,   формулата е опростена: υ ≈  CZ.  Законът на Хъбъл в този случай е изписан във формата υ \u003d cz \u003d Хр (r  - разстояние N -  Константа на Хъбъл). За да определите разстоянията до екстрагалактични обекти, използвайки тази формула, трябва да знаете числовата стойност на константата на Хъбъл Н.  Познанието на тази константа е много важно за космологията (Виж космологията) : s  тя е свързана с т.нар епохата на Вселената.

До 50-те. 20 век екстрагалактичните разстояния (измерването на които, разбира се, е свързано с големи затруднения), бяха значително подценени и следователно стойността Н  определени от тези разстояния се оказаха много високи. В началото на 70-те. 20 век за константата на Хъбъл, стойността Н \u003d  53 ± 5 ( км / с)/ MGPS,  реципрочен T \u003d 1 / N \u003d  18 милиарда години.

Фотографирането на спектрите на слаби (отдалечени) източници за измерване на атмосферната температура, дори когато се използват най-големите инструменти и чувствителни фотографски плаки, изисква благоприятни условия за наблюдение и дълги експозиции. За галактиките разместванията се измерват надеждно z  ≈ 0,2, съответстващи скорости υ ≈ 60 000 км / с  и разстояние от над 1 милиард. pS.  При такива скорости и разстояния законът на Хъбъл е приложим в най-простата си форма (грешка от порядъка на 10%, т.е. същата като грешката на определяне Н). Квазарите са средно сто пъти по-ярки от галактиките и следователно могат да бъдат наблюдавани на разстояния десет пъти по-големи (ако пространството е евклидово). За квазарите наистина се регистрирайте z  ≈ 2 и повече. При изместване z \u003d  2 скорост υ ≈ 0,8․c \u003d 240 000 км / с  При такива скорости специфични космологични ефекти - нестационарността и кривината на пространството - времето - вече имат ефект (вж. Кривината на пространството и времето); по-специално понятието за единично, недвусмислено разстояние става неприложимо (едно от разстоянията - разстоянието по протежение на K.s. - е очевидно тук, r \u003d υlH \u003d  4,5 милиарда к.с.). К. п. свидетелства за разширяването на цялата наблюдаема част на Вселената; това явление обикновено се нарича разширяване на (астрономическата) вселена.

Гравитационен К. s. е следствие от забавянето на времето и се дължи на гравитационното поле (ефект от общата теория на относителността). Този феномен (наричан още ефектът на Айнщайн, обобщения ефект на Доплер) е предсказан от А. Айнщайн през 1911 г. се наблюдава в началото на 1919 г., първо при излъчването на слънцето, а след това и някои други звезди. Гравитационен К. s. условно се характеризира с условна скорост υ,   изчислява се формално по същите формули, както в случаите на космологичен To. Условни стойности на скоростта: за Слънцето υ = 0,6 км / с  за плътна звезда Сириус В υ = 20 км / с  През 1959 г. за първи път беше възможно да се измери земната повърхност, причинена от гравитационното поле на Земята, което е много малко: υ = 7,5․10 -5 см / сек  (виж ефекта на Мосбауер). В някои случаи (например при гравитационен срив (виж. Гравитационен срив)) K. s. и двата вида (като общ ефект).

Лит .:  Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория на полето, 4 изд., М., 1962, § 89, 107; Наблюдателни основи на космологията, прев. от англ., М., 1965.

  Г. И. Наан.

Велика съветска енциклопедия. - М .: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .

об. от 12/11/2013 г - ()

Теорията за Големия взрив и разширяването на Вселената е факт за съвременната научна мисъл, но ако се сблъскате с истината, тя не се е превърнала в истинска теория. Тази хипотеза се появи, когато през 1913 г. американският астроном Весто Мелвин Слипър започна да изследва спектрите на светлината, идващи от десетина известни мъглявини и стигна до заключението, че те се движат от Земята със скорост, достигаща милиони мили в час. Подобни идеи са споделяли и по това време астрономът де Ситер. По едно време научният доклад на de Sitter предизвика интерес сред астрономите по целия свят.

Сред тези учени беше и Едвин Пауъл Хъбъл. Той също присъства на конференцията на Американското астрономическо дружество през 1914 г., когато Слифър докладва за своите открития, свързани с движението на галактиките. Вдъхновен от тази идея, Хъбъл през 1928 г. започва работа в известната обсерватория Маунт Уилсън (връх Уилсън) в опит да комбинира теорията на Дьо Ситър за разширяващата се Вселена и наблюденията на Сдифер за отстъпващите галактики.

Хъбъл разсъждава приблизително по следния начин. В разширяващата се вселена трябва да очакваме галактиките да се отдалечават една от друга, като по-далечните галактики се отдалечават една от друга по-бързо. Това означава, че от всяка точка, включително Земята, наблюдателят трябва да види, че всички други галактики се отдалечават от него и средно по-далечните галактики се отдалечават по-бързо.

Хъбъл вярваше, че ако това е вярно и вярно, тогава трябва да има пропорционална връзка между разстоянието до галактиката и степента на червено изместване в спектъра на светлината, идваща от галактиките към нашата Земя. Той наблюдава, че в спектрите на повечето галактики всъщност това червено изместване се осъществява и галактиките, разположени на по-значителни разстояния от нас, имат по-голямо червено изместване.

По едно време Слифер забеляза, че в спектрите на галактиките, които той изучава, спектралните линии на светлината на определени планети са изместени към червения край на спектъра. Това любопитно явление е наречено „червеното изместване“. Slifer смело обясни червеното изместване с ефекта на Доплер, който по онова време беше добре известен. Въз основа на увеличаването на „червеното изместване“ можем да заключим, че галактиките се отдалечават от нас. Това беше първата голяма стъпка към идеята, че цялата Вселена се разширява. Ако линиите в спектъра се изместиха към синия край на спектъра, това би означавало, че галактиките се движат към наблюдателя, тоест Вселената се стеснява.

Възниква въпросът, как Хъбъл можеше да разбере колко далеч всяка от изследваните от него галактики е от нас, той не ги измерва с лента? но именно върху данните за отдалечеността на галактиките той основава своите наблюдения и заключения, Това наистина беше много труден въпрос за Хъбъл и той все още остава труден за съвременните астрономи. В крайна сметка няма измервателно устройство, което би могло да достигне до звездите.

Следователно в своите измервания той се придържа към следната логика: за начало можете да прецените разстоянията до най-близките звезди, като използвате различни методи; след това, стъпка по стъпка, можете да изградите „стълбище от космически разстояния“, което ще ви позволи да прецените разстоянията до някои галактики.

Хъбъл, използвайки своя метод за приблизителни разстояния, изведе пропорционална връзка между червеното изместване и разстоянието до галактиката. Сега тази зависимост е известна като закон на Хъбъл.

Той вярваше, че най-отдалечените галактики имат най-високите стойности на червено изместване и следователно се отдалечават от нас по-бързо от другите галактики. Той е прие това като достатъчно доказателство, че Вселената се разширява.

С течение на времето тази идея стана толкова утвърдена, че астрономите започнаха да я прилагат по обратен начин: ако разстоянието е пропорционално на червеното изместване, тогава разстоянието до галактиките може да се изчисли от измереното червено изместване. Но както отбелязахме, Хъбъл определи разстоянията до галактиките, като не ги измерва директно, Те са получени индиректно въз основа на измервания на видимата яркост на галактиките. Съгласете се, неговото предположение за пропорционална връзка между разстоянието до галактиката и червеното изместване не може да бъде проверено.

По този начин моделът на разширяваща се вселена потенциално има два недостатъка:

  - първо, яркостта на небесните обекти може да зависи от много фактори, а не само от отдалечеността им. Тоест разстоянията, изчислени от видимата яркост на галактиките, може да са невалидни.

  - второ, напълно е възможно червеното изместване по никакъв начин да не е свързано със скоростта на движение на галактиките.

Хъбъл продължи изследванията си и стигна до конкретен модел на разширяваща се вселена, прелял в закона на Хъбъл.

За да го обясня, първо припомнете, че според модела на големия взрив, колкото по-далече е галактика от епицентъра на експлозията, толкова по-бързо се движи. Според закона на Хъбъл скоростта на отстраняване на галактиките трябва да е равна на разстоянието до епицентъра на експлозията, умножено по число, наречено константа на Хъбъл. Използвайки този закон, астрономите изчисляват разстоянието до галактиките въз основа на величината на червеното изместване, чийто произход не е ясен за никого,

Като цяло Вселената беше решена да се измери много просто; Намерете червеното изместване и се разделете по константата на Хъбъл и ще получите разстоянието до всяка галактика. По същия начин съвременните астрономи използват константата на Хъбъл, за да изчислят размера на Вселената. Обратната на константата на Хъбъл има смисъл от характерното време за разширяване на Вселената в текущия момент. Тук растат краката на времето на съществуването на Вселената.

Въз основа на това константата на Хъбъл е изключително важно число за съвременната наука. Например ако удвоите константата, тогава също удвоявате прогнозния размер на Вселената, Но факт е, че в различни години различни учени оперираха върху различни стойности на константата на Хъбъл.

Константата на Хъбъл се изразява в километри в секунда на мегапарсек (единица космически разстояния, равни на 3,3 милиона светлинни години).

Например през 1929 г. константата на Хъбъл е 500. През 1931 г. е била 550. През 1936 г. е била 520 или 526. През 1950 г. е била 260, т.е. спадна значително. През 1956 г. тя падна още повече: до 176 или 180. През 1958 г. тя падна още повече до 75, а през 1968 г. скочи до 98. През 1972 г. стойността й варира от 50 до 130. Днес константата на Хъбъл се счита за 55. Всички тези промени позволиха на един астроном да каже с хумор, че константата на Хъбъл ще бъде по-добре наречена променлива Хъбъл, която в момента е приета. С други думи, смята се, че константата на Хъбъл се променя с времето, но терминът "константа" се оправдава с факта, че във всеки даден момент от време във всички точки на Вселената константата на Хъбъл е една и съща.

Разбира се, всички тези промени през десетилетия могат да бъдат обяснени с факта, че учените подобриха своите методи и подобриха качеството на изчисленията.

Но възниква въпросът: Какви изчисления? Повтаряме още веднъж, че никой не може наистина да провери тези изчисления, тъй като рулетка (дори лазер), която би могла да достигне съседна галактика, все още не е изобретена.

Освен това, дори и в съотношението на разстоянията между галактиките към нормалните хора, не всичко е ясно. Ако Вселената се разширява, съгласно закона за пропорционалност, равномерно, по каква причина тогава много учени получават толкова различни стойности на величини, основаващи се на еднакви пропорции на скоростите на това разширение? Оказва се, че тези пропорции на разширяване като такива също не съществуват.

Ученият астроном Вигер отбеляза, че когато астрономите измерват в различни посоки, те получават различни скорости на разширяване, Тогава той обърна внимание на нещо дори по-странно: той откри това небето може да бъде разделено на две групи посоки, Първата е набор от посоки, в които много галактики се намират пред по-далечни галактики. Втората е набор от посоки, в които далечните галактики са без предни галактики. Ще наречем първата група космически посоки „регион А”, втората група - „регион Б”.

Вигер откри невероятно нещо. Ако в нашите изследвания се ограничаваме до далечни галактики в регион А и изчисляваме константата на Хъбъл само въз основа на тези изследвания, тогава получаваме една постоянна стойност. Ако правите изследвания в областта на B, получавате съвсем различна стойност на константата.

Оказва се, че скоростта на разширяване на галактиката според тези изследвания варира в зависимост от това как и при какви условия измерваме показатели, идващи от далечни галактики. Ако ги измерим там, където има галактики на преден план, тогава ще има един резултат, ако няма преден план, тогава резултатът ще бъде различен.

Ако Вселената наистина се разширява, тогава какво може да причини фоновите галактики да засегнат скоростта на други галактики? Галактиките са разположени на голямо разстояние една от друга, те не могат да духат една в друга, както ние духаме на балон. Следователно би било логично да се предположи, че проблемът се крие в гатанките на червеното изместване.

Точно това разсъждава Вигер. Той предположи, че измерените червени смени на далечни галактики, върху които е изградена цялата наука, изобщо не са свързани с разширяването на Вселената. По-скоро те са причинени от съвсем различен ефект. Той предположи, че този неизвестен досега ефект е свързан с така наречения механизъм на стареене на светлината, приближаващ се отдалеч.

Според Вигер, светлинният спектър, който е преминал през огромно пространство, изпитва силно червено изместване само защото светлината пътува твърде далеч. Вигер доказа, че това се случва в съответствие с физическите закони и е изненадващо подобно на много други природни явления. В природата винаги, ако нещо се движи, тогава трябва да се намери нещо друго, което пречи на това движение. Такива обструктивни сили съществуват в космическото пространство. Вигер вярва, че докато светлината изминава огромни разстояния между галактиките, ефектът на червено изместване започва да се появява. Той свързва този ефект с хипотезата за стареене (намаляване на силата) на светлината.

Оказва се, че светлината губи своята енергия, пресичайки пространството, в което има определени сили, които пречат на нейното движение. И колкото повече светлината старее, толкова по-червена става. Следователно, червеното изместване е пропорционално на разстоянието, а не на скоростта на обекта. И така, колкото по-далеч преминава светлината, толкова повече остарява. Осъзнавайки това, Вигер описа Вселената като неразширяваща се структура. Той осъзна, че всички галактики са повече или по-малко неподвижни. И червеното изместване не е свързано с ефекта на Доплер и следователно разстоянията до измерения обект и неговата скорост не са свързани. Вигер вярва, че червеното изместване се определя от присъщото свойство на самата светлина; по този начин той твърди, че светлината, изминавайки определено разстояние, просто става по-стара. Това по никакъв начин не доказва, че галактиката, до която се измерва разстоянието, се отдалечава от нас.

Повечето съвременни астрономи (но не всички) отхвърлят идеята за стареене на светлина. Според Джоузеф Силк от Калифорнийския университет в Беркли, „Космологията на стареещата светлина е незадоволителна, защото въвежда нов закон за физиката.“

Но теорията за стареенето на светлината, представена от Вигер, не изисква радикални допълнения към съществуващите физически закони. Той предположи, че в междугалактическото пространство има определен вид частици, които, взаимодействайки със светлината, отнемат част от енергията на светлината. В огромното мнозинство от масивни обекти тези частици са повече от останалите.

Използвайки тази идея, Вигер обясни различните червени смени за региони A и B по следния начин: светлината, преминаваща през предните галактики, среща по-голям брой от тези частици и следователно губи повече енергия от светлината, която не преминава през областта на предните галактики. По този начин ще се наблюдава по-значително червено изместване в спектъра от пресичащи светлината препятствия (региони на предните галактики) и това води до различни стойности за константата на Хъбъл. Вигер се позова и на допълнителни доказателства за своите теории, получени при експерименти върху предмети с нескоростни червени смени.

Например, ако измерим спектъра на светлината, излъчвана от звезда, разположена близо до диска на нашето Слънце, тогава величината на червеното изместване в него ще бъде по-голяма, отколкото в случай на звезда, разположена в далечния район на небето. Такива измервания могат да се извършват само по време на пълно слънчево затъмнение, когато звезди, близки до слънчевия диск, стават видими в тъмното.

Накратко, Вигер обясни червените смени по отношение на неразширяваща се вселена, в която поведението на светлината се различава от идеята, приета от повечето учени. Уиджър вярва, че неговият модел на Вселената предоставя по-точни, реалистични астрономически данни от тези, предоставени от стандартния модел на разширяващата се Вселена.Този стар модел не може да обясни големите разлики в стойностите, получени при изчисляване на константата на Хъбъл. Според Viger, червените смени без скорост могат да бъдат глобална характеристика на Вселената. Вселената може да е статична и затова необходимостта от теория за голям взрив просто изчезва.

И всичко щеше да е наред: бихме казали благодарение на Уигър, скарал се с Хъбъл, но се появи нов проблем, неизвестен досега. Този проблем са квазарите. Една от най-забележителните характеристики на квазарите е, че техните червени смени са фантастично високи в сравнение с тези за други астрономически обекти. Докато червеното изместване, измерено за нормална галактика, е приблизително 0,67, някои от червените измествания на квазарите са близо до 4,00. В момента са открити галактики с коефициент на червено изместване по-голям от 1,00.

Ако приемем, като повечето астрономи, че те са обикновени червени смени, тогава квазарите трябва да са далеч най-отдалечените обекти, откривани някога във Вселената и да излъчват милион пъти повече енергия от гигантска галактика с форма на сфера, която също е безнадеждна.

Ако вземем закона на Хъбъл, тогава галактиките (с червено изместване над 1,00) трябва да се отдалечат от нас със скорост, превишаваща скоростта на светлината, и квазари със скорост, равна на 4 скорости светлина.

Оказва се, че сега е необходимо да се скараме на Алберт Айнщайн? Или първоначалните условия на проблема все още са погрешни и червеното изместване е математически еквивалент на процеси, за които имаме малка представа? Математиката не греши, но не дава реално разбиране на протичащите процеси.  Например математиците отдавна са доказали съществуването на допълнителни измерения на пространството, докато съвременната наука не може да ги намери по никакъв начин.

Така и двете алтернативи, налични в рамките на конвенционалната астрономическа теория, срещат сериозни трудности. Ако червеното изместване се приеме като обичайния ефект на Доплер, поради пространственото поглъщане, посочените разстояния са толкова огромни, че другите свойства на квазарите, особено излъчването на енергия, са необясними. От друга страна, ако червеното изместване не е свързано или не е напълно свързано със скоростта на движение, нямаме надеждна хипотеза относно механизма, чрез който това се произвежда.

Убедителни доказателства, основаващи се на този проблем, са трудни за получаване. Аргументите от едната страна или въпросите от другата се основават главно на очевидната връзка между квазарите и други обекти. Очевидните асоциации с подобни червени смени се предлагат като доказателство в подкрепа на обикновена доплерова промяна или като „космологични“ хипотези. Опонентите възразяват, че асоциациите между обекти, чиито червени смени са различни, показват, че работят два различни процеса. Всяка група заклеймява асоциациите на противниците като фалшиви.

Във всеки случай, във връзка с тази ситуация, трябва да се съгласим, че вторият компонент (скорост) на червеното изместване е идентифициран като друга доплерова промяна, направена по същия начин като нормалното червено изместване на абсорбцията и трябва да бъде добавена към нормалното отклонение, даващо математическо отражение текущи процеси.

Реално разбиране на процесите може да се намери в творбите на Дюи Ларсън, например, в този пасаж.

Квазарски червени смени

Въпреки че някои обекти, известни сега като квазари, вече бяха признати за принадлежащи към нов и отделен клас явления поради техните специални спектри, истинското откриване на квазарите може да се отдаде на 1963 г., когато Мартин Шмид определи спектъра на радиоизточника 3C 273 като изместен с 16% към червено , Повечето от другите дефиниращи характеристики, първоначално приписани на квазарите, трябваше да бъдат определени при натрупването на повече данни. Например, едно ранно описание ги определи като „звездоподобни обекти, съвпадащи с радио източници“. Но съвременните наблюдения показват, че в повечето случаи квазарите имат сложни структури, които определено не са като звезди и има голям клас квазари, от които не е открита радиоизлъчване. Високото червено изместване продължаваше да е признак на квазара и неговата наблюдавана характеристика се считаше за наблюдавания диапазон от стойности, разширяващи се нагоре. Вторичното червено изместване, измерено при ЗС 48, беше 0,369, много над първичното измерване от 0,158. В началото на 1967 г., когато са били налични 100 червени смени, най-високата стойност е 2.223, а към момента на публикуването тя е нараснала до 3.78.

Разширяването на диапазона на червеното изместване над 1,00 повдигна въпроса за интерпретацията. Въз основа на предишно разбиране за произхода на доплеровата смяна, редусионното изместване над 1,00 показва, че относителната скорост е по-голяма от скоростта на светлината. Всеобщото признание на гледната точка на Айнщайн, че скоростта на светлината е абсолютна граница, направи тази интерпретация неприемлива за астрономите и те разчитат на математиката на относителността, за да разрешат проблема. Нашият анализ в том I показва, че това е неправилно приложение на математическите отношения в ситуации, в които тези отношения могат да бъдат използвани. Съществуват противоречия между стойностите, получени в резултат на наблюдение и получени по косвени средства. Например чрез измерване на скоростта чрез разделяне на координатното разстояние на час. В такива примери математиката на относителността (уравнения на Лоренц) се прилага за косвени измервания, за да ги приведе в съответствие с преките измервания, взети като правилни. Доплеровите смени са директни измервания на скоростта, които не изискват корекция. Червеното изместване от 2,00 показва относително движение навън със скаларна величина два пъти по-голяма от скоростта на светлината.

Въпреки че в традиционната астрономическа мисъл проблемът с високото зачервяване е заобиколен от трик с математиката на относителността, съпътстващият проблем от разстояние и енергия се оказва по-непокорен и устоява на всички опити за разрешаване или трикове.

Ако квазарите са на разстояния, посочени от космологията, тоест на разстояния, съответстващи на червени смени, според факта, че те са обикновени червени измествания, тогава количеството енергия, излъчвано от тях, е много по-голямо, отколкото може да се обясни с известния процес на генериране на енергия или дори от някакъв спекулативен спекулативен процес. От друга страна, ако енергията се понижи до достоверни нива, като приемем, че квазарите са много по-близки, тогава традиционната наука няма обяснение за големи червени смени.

Очевидно трябва да се направи нещо. Това или онова ограничаващо предположение трябва да се откаже. Или има неоткрити по-рано процеси, които произвеждат много повече енергия от вече известните процеси, или има неизвестни фактори, които отвеждат червените измествания на квазара извън обичайните стойности на рецесията. По някаква причина, рационалността на която е трудно да се разбере, повечето астрономи смятат, че алтернативата на червеното изместване е единственото нещо, което трябва да бъде преразгледано или разширено в съществуващата физическа теория. Аргументът, който най-често се излага срещу възраженията на тези, които предпочитат не-космологичното обяснение на червените смени, е следният: хипотезата, която трябва да бъде измерена във физическата теория, трябва да се приема само в краен случай. И ето това, което тези хора не виждат: последното средство е единственото, което остава. Ако изключим модификацията на съществуващата теория, за да обясним червените смени, тогава съществуващата теория трябва да бъде променена, за да се обясни количеството произведена енергия.

Нещо повече, енергийната алтернатива е много по-радикална с оглед на факта, че изисква не само наличието на напълно непознати нови процеси, но също така включва и огромно увеличение на мащаба на генериране отвъд познатото в момента ниво. От друга страна, всичко, което се изисква в ситуация на червено изместване, дори ако решение, базирано на известни процеси, не може да бъде получено, е нов процес. Той не се преструва да обяснява нищо повече, отколкото сега е признато за прерогатив на добре известния процес на рецесия; той просто се използва за създаване на червени смени на по-малко отдалечени пространствени места. Дори и без нова информация от развитието на теорията за вселената на движението, трябва да е очевидно, че алтернативата на червеното изместване е много по-добър начин за преодоляване на съществуващата задънена улица между квазарната енергия и теориите за червено изместване. Ето защо обяснението, което се появява в резултат на прилагането на теорията на обратната система за решаване на проблема, е толкова значимо.

Подобни изводи са донякъде академични, защото ние приемаме света такъв, какъвто е, независимо дали ни харесва или не това, което намираме. Трябва обаче да се отбележи, че тук отново, както в много примери на предишните страници, отговорът, който се появява в резултат на нова теоретична разработка, приема най-простата и логична форма. Разбира се, отговорът на проблема с квазара не включва скъсване с повечето основи, както очакват астрономите, предпочитайки не-космологичното обяснение на червените измествания. Тъй като те разглеждат ситуацията, трябва да се включи някакъв нов физически процес или принцип, за да се добави към рецесията на квазарите „компонент без скорост“. Откриваме, че не се изисква нов процес или принцип. Допълнителното червено изместване е просто резултат от добавена скорост, скорост, която избягва от осведомеността поради невъзможността да бъде представена в традиционната пространствена референтна рамка.

Както бе споменато по-горе, ограничителната стойност на скоростта на взрив и червено изместване са две получени единици в едно измерение. Ако скоростта на взрив е равномерно разделена между две активни измервания в междинния участък, квазарът може да бъде преобразуван във времево движение, ако компонентът на червеното изместване на взрива при първоначалното измерване е 2.00, а общото червено изместване на квазара е 2.326. Към момента на публикуването на книгата „Квазари и пулсари“ е публикувана само една червена промяна на квазара, надхвърляща 2326 от всяка значителна сума. Както е посочено в тази работа, червеното изместване на 2326 не е абсолютен максимум, но нивото, при което квазарът се придвижва до ново състояние, което, както е позволено във всеки случай, може да се осъществи. По този начин много високата стойност от 2.877, приписана на квазара 4C 05 34, показва или съществуването на определен процес, в резултат на което трансформацията, която теоретично може да се случи при 2326, се забави, или грешката в измерването. Поради липсата на други налични данни изборът между двете алтернативи изглеждаше нежелан по това време. В следващите години бяха открити много допълнителни смени над 2326; и стана ясно, че разрастването на червените измествания на квазарите на по-високи нива е често явление. Следователно теоретичната ситуация беше преразгледана и се изясни естеството на процеса, който работи при по-високи червени смени.

Както е описано в том 3, коефициентът на червено изместване 3,5, преобладаващ под нивото на 2326, е резултат от равно разпределение на седем единици еквивалентно пространство между измерване, успоредно на измерване на движение в пространството и измерване, перпендикулярно на него. Такова равно разпределение е резултат от действието на вероятността при липса на влияния в полза на едно разпределение над друго, а други разпределения са напълно изключени. Съществува обаче малка, но значителна вероятност за неравномерно разпределение. Вместо обичайното разпределение на 3½ - 3½ от седемте единици скорост, разделението може да стане 4 - 3, 4½ - 2½ и така нататък. Общият брой на квазарите с червени смени над нивото, съответстващо на разпределението на 3½ - 3½, е сравнително малък. И не се очакваше всяка случайна група с умерен размер, да речем, 100 квазара, да съдържа повече от един такъв квазар (ако има такъв).

Асиметричното разпределение при измерването не оказва значителни наблюдаеми ефекти върху нивата на по-ниските скорости (въпреки че би довело до аномални резултати при изследване, като анализът на Arp асоциациите, ако беше по-често). Но това става очевидно на по-високи нива, тъй като води до червени смени, които надвишават обичайната граница от 2326. Поради втората степен (квадрат) от характера на междурегионалната комуникация, 8 единици, участващи в скоростта на експлозията, 7 от които пребивават в междинния регион, стават 64 единици, 56 от които пребивават в този регион. Следователно, възможните съотношения на червено изместване над 3,5 се увеличават постепенно с 0,125. Теоретичен максимум, съответстващ на разпределение само в едно измерение, би бил 7,0, но вероятността става незначителна на някакво по-ниско ниво, очевидно някъде близо 6,0. Съответните стойности на червено изместване достигат максимум около 4,0.

Увеличението на червеното изместване поради промени в разпределението в измерването не включва увеличение на разстоянието в пространството. Следователно всички квазари с червени смени от 2326 и по-високи са приблизително на едно и също разстояние в пространството. Това е обяснението за очевидното несъответствие, включено в наблюдавания факт, че яркостта на квазарите с изключително високи червени измествания е сравнима с яркостта на квазарите с диапазон на червено изместване около 2,00.

Експлозиите на звезди, задействащи верига от събития, водещи до излъчване на квазар от галактика на произход, намаляват по-голямата част от материята на експлодиращите звезди до кинетична и радиална енергия. Остатъкът от звездната маса е разделен на частици газ и прах. Част от разпръснатия материал прониква в секторите на галактиката, обграждаща района на експлозия, и когато един такъв сектор се изхвърли като квазар, той съдържа бързо движещи се газ и прах. Поради факта, че максималните скорости на частиците са по-големи от скоростите, необходими за избягване на отделни звезди от гравитационното привличане, този материал постепенно си проправя пътя и в крайна сметка приема формата на облак прах и газ около квазар - атмосфера, както можем да я наречем. Излъчването от звездите, съставляващи квазара, преминава през атмосферата, увеличавайки абсорбцията на линии в спектъра. Разпръснатият материал около сравнително млад квазар се движи с основното тяло и абсорбцията на червено изместване е приблизително равна на количеството радиация.

Докато квазарът се придвижва навън, съставните му звезди остаряват и в последните етапи на своето съществуване някои от тях достигат приемливи граници. Тогава такива звезди избухват според вече описаните свръхнови тип II. Както видяхме, експлозиите изхвърлят един облак от продукти в космоса, а втори подобен облак във времето (еквивалентно на пускането навътре в космоса). Когато скоростта на изхвърлените във времето продукти от експлозията се наслагва върху скоростта на квазар, който вече е в близост до границата на сектора, продуктите се прехвърлят в космическия сектор и изчезват.

Движението навън на взривените продукти в космоса е еквивалентно на движението навътре във времето. Следователно, то е противоположно на движението на квазара навън във времето. Ако движението навътре може да се наблюдава независимо, то би създало синьо изместване, тъй като то би било насочено към нас, а не към нас. Но тъй като такова движение се случва само в комбинация с движението на квазара навън, неговото влияние е насочено към намаляване на получената външна скорост и червено изместване. По този начин, бавно движещите се продукти на вторичните експлозии се движат навън по същия начин като самия квазар, а компонентите на обратната скорост просто забавят пристигането си в точката, в която се осъществява преобразуването във движение във времето.

Следователно квазарът на един от последните етапи на своето съществуване е заобиколен не само от атмосферата, движеща се със самия квазар, но и от една или повече облаци от частици, отдалечени от квазара във времето (еквивалентно пространство). Всеки облак от частици допринася за усвояването на червеното изместване, което се различава от величината на излъчването по величината на вътрешната скорост, дадена на частиците при вътрешни експлозии. Както е посочено в дискусията за естеството на скаларното движение, всеки предмет, движещ се по този начин, също може да придобие векторно движение. Векторните скорости на компонентите на квазара са малки в сравнение със скаларните им скорости, но те могат да бъдат достатъчно големи, за да създадат някои измерими отклонения от скаларните величини. В някои случаи това води до абсорбция на червено изместване над нивото на емисиите. Поради външните скорости в резултат на вторичните експлозии, всички други абсорбции на червено изместване, които се различават от стойностите на емисиите, са под червеното изместване на емисиите.

Скоростите, дадени на излъчените частици, не влияят значително на рецесията z, както и увеличаването на ефективната скорост над нивото на 2326; следователно промяната става в коефициента на червено изместване и е ограничена със стъпки 0,125 - минималната промяна в този коефициент. Следователно евентуалното усвояване на червени смени става чрез редовни стойности, които се различават една от друга с 0,125z ½. Поради факта, че z-стойността на квазарите достига максимум при 0,326, а цялата вариабилност на червеното изместване над 2,332 възниква поради промени в коефициента на червено изместване, теоретичните стойности на възможното усвояване на червено изместване са идентични за всички квазари и съвпадат с възможните стойности на червените смени на емисиите.

Тъй като повечето от наблюдаваните квазари с високо червено изместване са сравнително стари, техните компоненти са в състояние на изключителна активност. Това векторно движение въвежда известна несигурност в измерванията на червеното изместване на емисията и прави невъзможно да се демонстрира точната връзка между теорията и наблюдението. В случай на абсорбция на червени измествания ситуацията е по-благоприятна, тъй като измерените стойности на абсорбция за всеки от по-активните квазари образуват серия и връзката между сериите може да бъде демонстрирана дори когато отделните количества имат значителна степен на несигурност.

В резултат на експлозията червеното изместване е произведение на коефициента на червено изместване и z ½, всеки квазар със скорост на рецесия z по-малка от 0,326, има собствен набор от възможно усвояване на червено изместване и последователните членове на всяка серия се различават по 0,125z2. Една от най-големите системи в този диапазон, изследвана досега, е квазарът 0237-233.

Обикновено отнема дълъг период от време, за да доведете значителен брой квазарни звезди до възрастовата граница, която задейства експлозивната активност. Съответно поглъщането на червено изместване, което се различава от стойностите на емисиите, не се появява, докато квазарът достигне диапазона на червеното изместване над 1,75. От естеството на процеса обаче става ясно, че има изключения от това общо правило. Външните наскоро акредитирани части на първоначалната галактика са съставени главно от по-млади звезди, но специални условия по време на растежа на галактиката, като сравнително скорошното съвместно взаимодействие с друга голяма популация, могат да въведат концентрацията на по-стари звезди в частта на галактиката, изхвърлена от експлозията , Тогава по-старите звезди достигат границите на възрастта и инициират верига от събития, които създават усвояването на червените измествания на етапа на живота на квазара по-рано от обикновено. Малко вероятно е обаче броят на старите звезди, включени във всеки новоизлъчен квазар, да е достатъчно голям, за да създаде вътрешна активност, водеща до система за интензивно усвояване на червено изместване.

В по-високия диапазон на червено изместване, нов фактор влиза в ситуацията; той ускорява тенденцията към по-голямо усвояване на червените измествания. За да се въведат стъпки на скоростта, необходими за стартиране на абсорбционната система в праховите и газовите компоненти на квазара, обикновено се изисква значителна интензивност на експлозивната активност. Обаче отвъд двете единици на скоростта на експлозия такова ограничение липсва. Тук дифузните компоненти се влияят от условията на космическия сектор, които са склонни да намаляват обратната скорост (еквивалентна на увеличаването на скоростта), създавайки допълнително усвояване на червени смени по време на нормалната еволюция на квазара, без да е необходимо допълнително генериране на енергия в квазара. Следователно над това ниво "всички квазари показват силни линии на абсорбция." Streetmatter и Williams, от чието съобщение е взето горното твърдение, продължават да казват:

„Всичко изглежда така, сякаш има праг за наличие на абсорбиран материал в излъчването на червени смени от около 2.2.“

Това емпирично заключение е в съответствие с нашето теоретично откритие, че при червено изместване на 2326 има определена сектора граница.

В допълнение към абсорбцията на червени измествания в оптични спектри, за които се отнася дискусията по-горе, абсорбцията на червени смени се открива и при радиочестоти. Първото такова откритие в радиацията от квазар 3С 286 предизвика значителен интерес поради доста широкото впечатление, че е необходимо обяснение, различно от обяснение за абсорбцията на оптичните честоти, за да се обясни абсорбцията на радиочестотите. Първите изследователи стигнаха до извода, че червеното изместване на радиочестотите възниква поради абсорбцията на неутрален водород в някои галактики, разположени между нас и квазара. Тъй като в този случай абсорбцията на червеното изместване е около 80%, те разглеждат наблюденията като доказателство в полза на космологичната хипотеза за червено изместване. Въз основа на теорията за Вселената на движение, радио наблюдението не носи нищо ново. Процесът на абсорбция, работещ в квазари, е приложим за излъчването на всички честоти. А наличието на абсорбция на червено изместване в радиочестотата има същото значение като присъствието на абсорбция на червено изместване на оптичната честота. Измерените червени смени на радиочестотите в 3C 286 по време на излъчване и абсорбция са от порядъка на 0,85 и 0,69, съответно. При коефициент на червено изместване 2,75 теоретичната абсорбция на червено изместване, съответстваща на стойност на емисиите от 0,85, е 0,68.

ЧЕРВЕН OFFSET, увеличаване на дължината на вълната (намаляване на честотите) на електромагнитно излъчване на източник, което се проявява в изместване на спектрални линии или други части на спектъра към червения (дълговълнов) край на спектъра. Червеното изместване обикновено се оценява чрез измерване на изместването на положението на линиите в спектъра на наблюдавания обект спрямо спектралните линии на референтен източник с известни дължини на вълната. Количествено, червеното изместване се измерва с големината на относителното увеличение на дължините на вълната:

Z \u003d (λ прин-λsp) / λsp,

където λ prin и λ isp са съответно дължината на получената вълна и вълната, излъчвана от източника.

Има две възможни причини за зачервяване. Това може да се дължи на ефекта на Доплер при отстраняване на наблюдавания източник на радиация. Ако в този случай z «1, тогава скоростта на отстраняване е ν \u003d cz, където c е скоростта на светлината. Ако разстоянието до източника се намали, се наблюдава изместване на противоположния знак (т. Нар. Виолетова смяна). За обекти от нашата Галактика както червеното, така и виолетовото изместване не надвишават z \u003d 10 -3. В случай на големи скорости на движение, съпоставими със скоростта на светлината, червеното изместване възниква поради релативистични ефекти, дори ако скоростта на източника е насочена през линията на зрението (напречен доплеров ефект).

Специален случай на Доплерово червено изместване е космологичното червено изместване, наблюдавано в спектрите на галактиките. Първото космологично червено изместване е открито от В. Слифер през 1912-14. Тя възниква в резултат на увеличаване на разстоянието между галактиките, което се дължи на разширяването на Вселената и средно нараства линейно с увеличаване на разстоянията до галактиката (законът на Хъбъл). При не твърде големи стойности на червено изместване (z< 1) закон Хаббла обычно используется для оценки расстояний до внегалактических объектов. Наиболее далёкие наблюдаемые объекты (галактики, квазары) имеют красные смещения, существенно превышающие z = 1. Известно несколько объектов с z >  6. При такива z стойности, излъчването от източника във видимата област на спектъра се приема в инфрачервената област. Поради ограничеността на скоростта на светлината, обекти с големи космологични червени смени се наблюдават както преди милиарди години, в ерата на младостта им.

Гравитационно червено изместване възниква, когато приемникът на светлината е в зона с по-нисък гравитационен потенциал φ от източника. В класическата интерпретация на този ефект фотоните губят част от енергията за преодоляване на силите на гравитацията. В резултат честотата, характеризираща енергията на фотона, намалява и дължината на вълната съответно се увеличава. За слаби гравитационни полета стойността на гравитационното червено изместване е z g \u003d Δφ / s 2, където Δφ е разликата между гравитационните потенциали на източника и приемника. От това следва, че за сферично симетрични тела z g \u003d GM / Rc 2, където M и R са масата и радиусът на излъчващото тяло, а G е гравитационната константа. По-точна (релативистка) формула за сферични тела, които не се въртят, е:

z g \u003d (1 -2GM / Rc2) -1/2 - 1.

Гравитационното червено изместване се наблюдава в спектрите на плътни звезди (бели джуджета); за тях z g ≤10 -3. Гравитационното червено изместване е открито в спектъра на бялото джудже Сириус В през 1925 г. (У. Адамс, САЩ). Най-мощното гравитационно червено изместване трябва да излъчва вътрешните участъци на акреционните дискове около черните дупки.

Важно свойство на червеното изместване от всякакъв тип (доплеров, космологичен, гравитационен) е липсата на зависимост на z от дължината на вълната. Това заключение се потвърждава експериментално: за един и същ източник на радиация спектралните линии в оптичния, радио и рентгеновия диапазон имат едно и също червено изместване.

Лит .: Засов А. В., Постнов К. А. Обща астрофизика. Фрязино, 2006г.