Genişleyen evrenin kırmızıya kayma dışında başka kanıtları var mı?

Genişleyen evren teorisi o kadar geniş kabul görüyor ki, kırmızıya kayma bazen uzak galaksilere olan uzaklığın bir ölçüsü olarak kullanılıyor.

Ancak kırmızıya kayma, birbirinden uzaklaşan galaksilerden değil, bazı bilinmeyen fenomenlerden kaynaklanıyor olabilir mi?

Evrenin gerçekten genişlediğine ve uzak galaksilerin bizden uzaklaştığına dair başka bir kanıt (kırmızıya kayma dışında) var mı?

Evet, doğrudan, kırmızıya kaymayan genişleme kanıtı var.

Kozmik Mikrodalga Arka Plan Radyasyonunun (CMBR) geçmiş sıcaklığı doğrudan ölçülmüş ve bugünkünden önemli ölçüde daha yüksek bulunmuştur. Zaman içinde sıcaklıktaki azalması, doğrudan genişleme kanıtıdır. Detaylar burada:

Bu makaleye göre , CMBR geçmişte ölçülebilir derecede daha sıcaktı ( burada daha az teknik özet ). Araştırmacılar, uzak bir galakside bulunan bir gaz bulutundaki absorpsiyon hatlarını gözlemlediler ve görülen hat örüntüsünün sadece emilim sırasındaki CMBR sıcaklığı 6 K ile 14 K arasındaysa açıklanabileceğini buldular (şimdi 3 K). Bu sıcaklık, galaksinin kırmızıya kayması için beklenen sıcaklıkla (9 K) tutarlıdır. Sıcaklığın, çizgilerin ne kadar kırmızıya kaydırıldığından değil, görülen belirli çizgi modelinden ölçüldüğüne dikkat edin; bu ölçüm kırmızı kaydırma olmasa bile aynı sıcaklığı verir. Daha sıcak bir sıcaklık, daha yüksek bir yoğunluk anlamına geldiğinden, CMBR'nin zaman içinde bu soğutulması, evrenin genişlemesi için doğrudan bir kanıttır.

Ek Yorumlar

• Kırmızıya kayma ve soğurma çizgileri arasındaki ilişki nedir?

  Yorumlarda uhoh ile yapılan bir konuşmadan ilham alındı:

  Cevabımda "soğurma çizgileri" nin bir "örüntüsü" nü kastediyorum. Konuya aykırı olanlar için açıklamama izin verin.

  Bir ışık bir gaz bulutu içinden parladığında, belirli ışık frekansları emilir. Bu ışık daha sonra bir prizma içinden parladığında, engellenen frekanslar spektrumda siyah çizgiler olarak görünecektir (aşağıdaki resme bakın). Görünen kesin çizgiler ve spektrumdaki konumları ("emme çizgileri" nin "düzeni"), gazda ve gazın çevresinde bulunan elementlere bağlıdır. Etki en açık şekilde tüm frekanslarda foton yayan bir ışıkla görülür; bu tür ışık kara cisim radyasyonu olarak bilinir . Tüm frekanslarda ışık yaymasına rağmen, siyah gövdeli bir radyatör belirli bir dalga boyunda en fazla ışık yayar; bu zirvenin yeri kara cismin sıcaklığı olarak adlandırılır.

  
  ^{Kaynak: Doppler Shift , Edward L. Wright
  (Mükemmel site BTW, SSS kırmızı vardiyalar ve genel olarak kozmoloji hakkında daha fazla bilgi için görülmeye değer)}

  Işık uzayda ilerledikçe (genişledikçe) , dalga boyu ve emme hatlarının dalga boyları tüm frekanslar için sabit bir oranda uzanır. Emisyon / absorpsiyon sırasında bir spektrumun 1, 3 ve 5 nm ¹ dalga boylarında çizgiler gösterdiğini varsayalım . Fotonlar belirli bir süre seyahat ettikten sonra, spektrumun tüm dalga boyları iki katına çıkmış gibi görünecektir ² . Eskiden 1 nm'de olan çizgi şimdi 2 nm'de görülür, daha önce 3 nm'de olan çizgi şimdi 6 nm'de görülür ve başlangıçta 5 nm'de olan çizgi şimdi 10 nm'de görülür. Mutlak frekansları zamanla değişse de, çizgilerin dalga boylarının (ve frekanslarının) birbirine göre oranı sabit kalır.

  Belirli bir nesnenin spektrumunun kaydırıldığı kesin miktar, mesafesiyle doğrudan ilişkilidir. Yukarıdaki şemada görüldüğü gibi, yakın nesneler (Güneş gibi) kırmızı kayma göstermez. Biri daha fazla ve daha uzaktaki nesnelere bakarken, artan miktarda kırmızı kayma ³ görülür .

  Yukarıdaki cevaptaki tartışmada , çizgilerin kayma derecesini değil, emilim sırasında CMBR sıcaklığından etkilenen hatlardaki bu göreli konum paternidir .

  ^{1 Teknik olarak söylemek gerekirse, bu nokta$z=0$ nerede $z$kaymanın büyüklüğünü, kırmızı kaymalar için pozitif (uzaklaşırken) ve mavi kaymalar için negatif (yaklaşırken) gösterir. Bu konuyla ilgili daha ayrıntılı bir tartışma ($z$) burada bulunabilir .
  2 Dalga boyu ikiye katlama (frekans yarılama) noktası$z=1$
  3 Evrenin genişleme hızında bir belirsizlik olduğu için kırmızıya kaymaların kesin olarak bilinen mesafelere atıfta bulunmadığı unutulmamalıdır. Bu nedenle, gökbilimciler ve kozmologlar nadiren uzak nesnelere olan mesafeleri, örneğin, ışık yılı veya parsek cinsinden mutlak terimlerle ifade ederler , daha çok gözlemlenen kırmızı-kayma miktarını kullanmayı tercih ederler ($z$ yukarıda bahsedilen).}

  Kırmızı kaymanın arkasındaki mekanizma fotonların kendilerinin değişmesi değil, elektromanyetik dalgaların geçtiği alanın genişlemesi. (Fotonlar hem parçacıklar hem de dalgalardır; hayır, tam olarak sezgisel değil.) Alanın bu sürekli gerilmesi, ışığın dalga boyunu uzatır, hem kırmızı kaymanın hem de belirli bir fotonun zaman içindeki kırmızı kaymasının artmasına neden olur.

  
  Douglas Hofstadter, CC A-SA 3.0
   

• Kırmızıya kayma CMBR ile nasıl ilişkilidir?

  Alchimista "CMBR aslında kırmızıya kaymanın özü değil mi?" Diye sordu.
  ( Kozmolojik değil , "özetin" anlamını kullandığınızı varsayıyorum )

  Evet, mevcut CMBR sıcaklığının (3 K) genellikle, Big Bang'den yaklaşık 380.000 yıl sonra yayılan ve dalga boyları zaman içinde Evrenin spektrumun kırmızı (yani daha soğuk veya daha düşük enerjili) ucu. Bu genişleme Hubble ve ark. daha küçük ve daha sönük galaksilerin (Dünya'dan görüldüğü gibi) spektrumlarında daha büyük bir değişime sahip oldukları gözleminden. Görünen mesafe ne kadar uzak olursa, gözlemlenen kayma o kadar büyük olur. Bu görünür mesafeyle ilişkili kırmızı kaymayı kullanarak, çıkarımda bulunabilirizEvrenin geçmişte daha küçük ve CMBR için daha yüksek bir sıcaklıkla daha yoğun olması. Uzak galaksilerin gözlemlenen kırmızı kaymalarına dayanarak, her mesafeden CMBR sıcaklığının ne olduğunu belirleyebiliriz, ancak doğrudan ölçemeyiz.

  Yukarıdaki makalenin yazarlarının yaptığı şey , geçmişte belirli bir zamanda CMBR'nin sıcaklığının doğrudan ölçümünü yapmaktı . Ölçülen sıcaklık, daha yoğun ve dolayısıyla daha küçük bir Evren anlamına gelen bugünkünden daha yüksektir. Araştırmacılar ayrıca, doğrudan ölçülen sıcaklığın, incelenen galaksinin gözlemlenen kırmızı kaymasından ortaya çıkan sıcaklığa tam olarak uyduğunu buldular.

  Özetle, çıkarım zinciri değiştirilir:

  • Kırmızıya kaymaya dayalı akıl yürütme için:
    Görünen mesafeyle (doğrudan ölçülen) kırmızı kaymaları artırma ⇒ Genişleme the Geçmişte daha yoğun Evren ⇒ Geçmişte daha yüksek CMBR sıcaklığı.
  • Geçmiş sıcaklığın doğrudan ölçümü için (bu kağıtta olduğu gibi):
    Geçmişte daha yüksek CMBR sıcaklığı (doğrudan ölçülür) ⇒ Geçmişte daha yoğun Evren ⇒ Genişleme ⇒ Gözlenen kırmızı kayma.
     

  Farklı kanıt setlerine dayanan bu iki çıkarım zinciri birbirini düzgün bir şekilde tamamlar ve destekler.

  Unutulmaması gereken bir nokta, CMBR'nin genişlemeyle (en azından doğrudan değil) yaratılmaması , bunun yerine mevcut sıcaklığını ve homojenliğini açıklayan genişlemesidir. Big Bang teorisine göre, erken evren çok yoğundu; o kadar yoğun ve sıcak ki, tüm maddeler fotonlara opak olan atom altı parçacıkların bir plazmasıydı. Big Bang'den yaklaşık 380.000 yıl sonra, Evren, protonların ve elektronların nötr Hidrojen gazı (şeffaf olan) oluşturmak için birleşebilecek kadar soğuduklarını (genişleyerek). CMBR şu anda serbest bırakılan ve o zamandan beri soğumuş olan ışıktır.

Ancak kırmızıya kayma, birbirinden uzaklaşan galaksilerden değil, bazı bilinmeyen fenomenlerden kaynaklanıyor olabilir mi?

Tarihte, yorgun ışık hipotezi , kararlı durum evreni vb. Gibi bazı alternatif teoriler önerildi . Ancak gözlem bunları ve diğer teorileri dışladı .

Ayrıca bakınız Alternatif kozmoloji

Başka hiçbir makul doğrudan yöntem yoktur, ancak kesinlikle dolaylı yöntemler vardır. Birincisi, @Alex Hajnal'ın cevabında, daha fazla ölçülen yüksek CMB sıcaklıkları çok güzel bir dolaylı ölçüdür.

Henüz kimsenin not etmediği bir başka dolaylı kanıt da, daha fazla ve daha fazla baktıkça, evrenin daha genç ve daha genç ve daha az ve daha az bizim mahallemizde gördüğümüz gibi olmasıdır. Bunu, bilimsel olarak, evrenin 10 milyar yıl önce kaba bir düzende bir başlangıcı olduğunu ve yıldızların ve galaksilerin ancak o zaman oluşmaya başladığını söyleyerek bunu bilimsel olarak açıklamak zorundasınız. (Bu, özellikle bir Büyük Patlamanın kanıtı değildir, ancak ona birçok alternatifi ortadan kaldırır. Örneğin, Kararlı Durum modeli tahrif edilmiştir.) Bir evrenin genişlemesi dışında gördüğümüz şeyi açıklamak çok zor sıcak yoğun bir durumdan ca. 10 ¹⁰ yıl önce.

Daha dolaylı kanıtlar, çok iyi doğrulanmış bir uzay, zaman ve yerçekimi teorisi olan Genel Görelilik'ten gelir - şimdi bir yüzyıl boyunca test edildi ve sayısız diğer teori tarafından meydan okundu ve sadece GR tüm deneysel testleri geçti. GR, statik bir evrenin imkansız olduğunu ve onun genişlemesi veya daralması gerektiğini sağlam bir şekilde tahmin eder. Bu çoğunlukla yerel deneylerin dolaylı kanıtıdır.

Yine de daha dolaylı kanıtlar, en eski ve en az gelişmiş yıldızlarda gözlemlediğimiz H / He / Li oranlarının, çekirdeklerin ölçülen özelliklerini bir Big Ban ateş topuna uygulayarak tahmin ettiğimiz şey olduğunu gösteren nucelosthesthesis hesaplamalarından gelir.

Orada öylesine hatta kırmızı vardiya gözlem olmadan, biz sonunda bu sonuca kullanmak zorunda kalacağım çok sıcak bir başlangıç gelen genişleyen evren, yoğun devlet işaret eden kırmızı vardiya dışında çok bilim.

Diğer cevaplar tarafından sağlanan koşullu kanıtlara ek olarak, birbirinden uzaklaşan galaksilerin güçlü bir şekilde doğrulanması , süpernovaların parlaklığı için azalma süresi gibi - fiziksel süreçler gördüğümüz gerçeği ile daha uzağa verilir. dır-dir. Kırmızıya kayması olan bir kaynak için$z$Bu miktarı zaman genleşme olduğu gözlenmektedir$(1+z)$, tam olarak genişleyen bir evrende genel görelilikten beklenenlere göre.

Yani, kırmızıya kayma ile gözlenen bir süpernova $1$ Yerel bir süpernova olarak düşüşün iki katı zaman alır.

Bununla birlikte, bunun genişleyen Evren'in bir doğrulaması olmadığını, sadece birbirlerinden uzaklaşan galaksilerin doğrulandığını unutmayın. Evren statik, ama galaksiler taşındı Eğer aracılığıyla uzay öngördüğü gibi, sen, aynı faktörle genişlemiş süreçleri sadık kalacağına özel görelilik. Bununla birlikte, galaksilerin statik bir boşlukta hareket etmediğine, bunun yerine az çok genişleyen bir alanda yattığına dair başka kanıtlar var.

Evet:

1. 1a süpernova verilerinin dağılımı
2. SPK'nın WMAP ölçümleri
3. Sloan galaktik gökyüzü araştırması (galaksilerin kataloğu)

Önemli olan, bu sonuçların sadece aynı şeyleri söylememesi değil, aynı zamanda birbirleriyle de karşılık gelmesidir .

Tamam, bu cevap kırmızıya kaymaları içeriyor ama beni dinleyin.

Genel Görelilik altında, birden fazla mekanizma kırmızı kaymalar yaratabilir: uzayın genişlemesi, bir gözlemciye göre hareket eden nesneler (yani biz) ve yerçekiminden iyi hareket eden ışık. İkinci seçenek bu sorunun kapsamı dışındadır ve birincisi, sorucunun talebi üzerine dikkate alınmaz. Bu, yalnızca ikinci seçeneği (göreli hareket, yani göreli Doppler etkisi) göz önünde bulundurur; bu değişim burada Dünya üzerinde test edilebilir (ve test edilmiştir) ve var olduğu gösterilmiştir.

Görünüşe göre tüm uzak nesnelerde (loş, düşük metaliklik vb.) Kırmızıya kayma gözlenir. Herhangi bir nesnede görülen spektrumların kırmızıya kaymasından, bizden ne kadar hızlı hareket ettiğini belirleyebiliriz. Örneğin, ölçülen kırmızıya kayması olan bir nesne$z=0.5$ışık hızının yarısında bizden uzaklaşıyor. Çok uzak çok iyi. Sorun, nesneleri gözlemlediğimizde ortaya çıkar.$z>1$. Bu tür birçok nesne bulunmuştur; şu anki kayıt sahibi GN-z11'dir .$z=11.09$. Başka bir deyişle, eğer sadece göreceli değişim oynasaydı, bu nesne bizden ışık hızının 11 katından fazla uzaklaşırdı.

Kütlesi olan hiçbir cismin ışık hızına ulaşamadığı göz önüne alındığında, gözlemlenen kırmızıya kaymaların göreceli hareketten kaynaklanamayacağı açıktır. Yukarıda listelenen üçün ötesinde spektrumda kırmızı kaymalara neden olabilecek ( yok oluşu karşılaştırın ) bilinen bir mekanizma olmadığından, bu gözlemlerle eşleşen tek açıklama alanın genişlemesidir. Özetleyecek olursak, süperlüminal kırmızı kaymalar gözlenir gerçeği hiç alanın genişlediği kanıtıdır.