Что значит "красное смещение". Расширение вселенной и красное смещение Имя ученого открывшего явление красного смещения

Свет, излучаемый звездой, при глобальном рассмотрении является электромагнитным колебанием. При локальном рассмотрении это излучение состоит из квантов света - фотонов, являющихся переносчиками энергии в пространстве. Мы теперь знаем, что излучаемый квант света возбуждает ближайшую элементарную частицу пространства, которая передает возбуждение соседней частице. Исходя из закона сохранения энергии, в этом случае скорость света должна быть ограниченной. Отсюда видно различие распространения света и информации, которую (информацию) рассмотрели в п. 3.4. Такое представление о свете, пространстве и природе взаимодействий привело к изменению представления о мироздании. Поэтому представления о красном смещении как об увеличении длин волн в спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров следует пересмотреть и установить природу возникновения данного эффекта (см. Введение, п. 7 и ).

Красное смещение обусловлено двумя причинами. Во -первых, известно , что красное смещение, обусловленное эффектом Доплера, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между ними.

Во-вторых, с позиции фрактальной физики, красное смещение возникает, когда излучатель помещен в область большого электрического поля звезды. Тогда в новой интерпретации этого эффекта кванты света - фотоны - будут генерировать при рождении несколько

иную частоту колебаний по сравнению с земным этало -ном, у которого электрическое поле незначительно. Это влияние электрического поля звезды на излучение приводит как к уменьшению энергии нарождающегося кванта, так и к уменьшению характеризующей квант частоты ; соответственно длина волны излучения = C/ (С - скорость света, примерно равная 3 10 8 м/с). Так как электрическое поле звезды также определяет гравитацию звезды, то эффект увеличения длины волны излучения назовем старым термином «гравитационное красное смещение».

Примером гравитационного красного смещения может служить наблюдаемое смещение линий в спектрах Солнца и белых карликов. Именно эффект красного гравитационного смещения сейчас надежно установлен для белых карликов и для Солнца. Гравитационное крас -ное смещение, эквивалентное скорости, для белых карликов составляет 30 км/с, а для Солнца - около 250 м/с . Различие красных смещений Солнца и белых карликов на два порядка обусловлено различным электрическим полем этих физических объектов. Рассмотрим более подробно данный вопрос.

Как указывалось выше, фотон, испускаемый в электрическом поле звезды, будет иметь измененную частоту колебаний. Для вывода формулы красного смещения воспользуемся соотношением (3.7) для массы фотона: m ν = h /C 2 = Е/С 2 , где Е - энергия фотона, пропорциональная его частоте ν. Отсюда видим, что относительные изменения массы и частоты фотона равны, поэтому их представим в таком виде: m ν /m ν = / = Е/С 2 .

Изменение энергии АЕ нарождающегося фотона вызывается электрическим потенциалом звезды. Электрический потенциал Земли из-за своей малости в данном случае не учитывается. Тогда относительное красное смещение фотона, излучаемого звездой с электрическим потенциалом φ и радиусом R, в системе СИ равно.

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.

Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения , или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением . Впервые сдвиг спектральных линий в спектрах звёзд описал французский физик Ипполит Физо в 1848 году , и предложил для объяснения сдвига эффект Доплера, вызванный лучевой скоростью звезды.

Теория красного смещения

В обоих случаях (Доплеровского эффекта или эффектов ОТО) параметр смещения $z$ определяется как $z = {\lambda - \lambda_{0} \over \lambda_{0}}$ ,
где $\lambda$ и $\lambda_{0}$ - значения длины волны в точках наблюдения и испускания излучения соответственно.

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

$z_D = \frac{1 + v_r/c}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} - 1$

Гравитационное красное смещение было предсказано А. Эйнштейном (1911) при разработке общей теории относительности (ОТО). В линейном относительно гравитационного потенциала приближении $z_G = \frac{V - V_{0}}{c^2}$ ,
где $V$ и $V_{0}$ - значения гравитационного потенциала в точках наблюдения и излучения соответственно.

$z_G > 0$ в том случае, когда в точке наблюдения потенциал больше (а модуль его меньше, так как потенциал - величина отрицательная).

Для массивных компактных объектов с сильным полем тяготения (напр., нейтронных звёзд и чёрных дыр) следует пользоваться точными формулами. В частности, гравитационное красное смещение в спектре сферического тела массой $M$ и радиусом $R > R_G = \frac{2GM}{c^2}$

( $R_G$ - гравитационный радиус , $G$ - гравитационная постоянная) определяется выражением

$z_G = \left (1 - \frac{R_G}{R}\right)^{-\frac{1}{2}} - 1$

Наблюдение красного смещения

Каждый химический элемент поглощает или излучает электромагнитные волны на строго определённых частотах . Поэтому каждый химический элемент образует в спектре неповторимую картину из линий, используемую в спектральном анализе . В результате эффекта Доплера и/или эффектов ОТО , частота излучения от удалённых объектов, например, звёзд , может изменяться (понижаться или повышаться), а линии соответственно будут смещаться в красную (длинноволновую) или синюю (коротковолновую) часть спектра, сохраняя, однако, своё неповторимое относительное расположение. Смещение линий в красную сторону (обусловленное удалением объекта) и называется «красным смещением».

См. также

Напишите отзыв о статье "Красное смещение"

Примечания

Ссылки

Отрывок, характеризующий Красное смещение

– Сворачивай, – закричал он, подпрыгивая по льду, который трещал под ним, – сворачивай! – кричал он на орудие. – Держит!…
Лед держал его, но гнулся и трещал, и очевидно было, что не только под орудием или толпой народа, но под ним одним он сейчас рухнется. На него смотрели и жались к берегу, не решаясь еще ступить на лед. Командир полка, стоявший верхом у въезда, поднял руку и раскрыл рот, обращаясь к Долохову. Вдруг одно из ядер так низко засвистело над толпой, что все нагнулись. Что то шлепнулось в мокрое, и генерал упал с лошадью в лужу крови. Никто не взглянул на генерала, не подумал поднять его.
– Пошел на лед! пошел по льду! Пошел! вороти! аль не слышишь! Пошел! – вдруг после ядра, попавшего в генерала, послышались бесчисленные голоса, сами не зная, что и зачем кричавшие.
Одно из задних орудий, вступавшее на плотину, своротило на лед. Толпы солдат с плотины стали сбегать на замерзший пруд. Под одним из передних солдат треснул лед, и одна нога ушла в воду; он хотел оправиться и провалился по пояс.
Ближайшие солдаты замялись, орудийный ездовой остановил свою лошадь, но сзади всё еще слышались крики: «Пошел на лед, что стал, пошел! пошел!» И крики ужаса послышались в толпе. Солдаты, окружавшие орудие, махали на лошадей и били их, чтобы они сворачивали и подвигались. Лошади тронулись с берега. Лед, державший пеших, рухнулся огромным куском, и человек сорок, бывших на льду, бросились кто вперед, кто назад, потопляя один другого.
Ядра всё так же равномерно свистели и шлепались на лед, в воду и чаще всего в толпу, покрывавшую плотину, пруды и берег.

На Праценской горе, на том самом месте, где он упал с древком знамени в руках, лежал князь Андрей Болконский, истекая кровью, и, сам не зная того, стонал тихим, жалостным и детским стоном.
К вечеру он перестал стонать и совершенно затих. Он не знал, как долго продолжалось его забытье. Вдруг он опять чувствовал себя живым и страдающим от жгучей и разрывающей что то боли в голове.
«Где оно, это высокое небо, которое я не знал до сих пор и увидал нынче?» было первою его мыслью. «И страдания этого я не знал также, – подумал он. – Да, я ничего, ничего не знал до сих пор. Но где я?»
Он стал прислушиваться и услыхал звуки приближающегося топота лошадей и звуки голосов, говоривших по французски. Он раскрыл глаза. Над ним было опять всё то же высокое небо с еще выше поднявшимися плывущими облаками, сквозь которые виднелась синеющая бесконечность. Он не поворачивал головы и не видал тех, которые, судя по звуку копыт и голосов, подъехали к нему и остановились.
Подъехавшие верховые были Наполеон, сопутствуемый двумя адъютантами. Бонапарте, объезжая поле сражения, отдавал последние приказания об усилении батарей стреляющих по плотине Аугеста и рассматривал убитых и раненых, оставшихся на поле сражения.
– De beaux hommes! [Красавцы!] – сказал Наполеон, глядя на убитого русского гренадера, который с уткнутым в землю лицом и почернелым затылком лежал на животе, откинув далеко одну уже закоченевшую руку.
– Les munitions des pieces de position sont epuisees, sire! [Батарейных зарядов больше нет, ваше величество!] – сказал в это время адъютант, приехавший с батарей, стрелявших по Аугесту.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ (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 длины волны определенной спектральной линии, относительно эталонной длиной волны этой линии. Красные смещения, вызванные расширением Вселенной, называемые космологическим красным смещением, не имеют ничего общего с эффектом Доплера. Эффект Доплера возникает из-за движения в пространстве, тогда как космологическое красное смещение вызвано расширением самого пространства, которое в буквальном смысле растягивает длины волн света, движущегося к нам. Чем длиннее время путешествия света, тем больше растягивается его длина волны. Как показывает ПОСТОЯННАЯ ХАББЛА, гравитационное красное смещение - это явление, предсказанное общей ТЕОРИЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Альберта ЭЙНШТЕЙНА. Свет, излучаемый звездой, должен проделать работу, чтобы преодолеть гравитационное поле звезды. В итоге имеет место небольшая потеря энергии, являющаяся результатом увеличения длины волны, так что все спектральные линии смещаются в сторону красного цвета.

Некоторые эффекты красного смещения, в которых свет, излучаемый звездами сдвигается в сторону более длинного (красного) конца спектра могут объясняться эффектом Доплера. Также как радар (А) может вычислить местонахождение движущегося объекта с помощью измерения времени, необходимого посланному сигналу (1), чтобы вернуться (2), также и движение звезд может быть измерено относительно Земли. Длина волны звезды, которая, по-видимому, не приближается к Земле и не удаляется от нее (В), не меняется. Длина волны звезды, которая удаляется от Земли, увеличивается (С) и движется по направлению к красному концу спектра. Длина волны приближающейся к Земле звезды (D) уменьшается и движется к синему концу спектра.

Научно-технический энциклопедический словарь .

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

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… … Физическая 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 приёмником… … 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 приемником… … Астрономический словарь

красное смещение - raudonasis poslinkis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. red shift vok. Rotverschiebung, f rus. красное смещение, n pranc. décalage vers le rouge, m; déplacement vers le rouge, m … Fizikos terminų žodynas

- (метагалактическое) – понижение частот электромагнитного излучения галактик (света, радиоволн) по сравнению с частотой лабораторных (земных) источников электромагнитного излучения. В частности, линии видимой части спектра смещены к красному его… … Философская энциклопедия

Увеличение длин волн X в спектре оптическом источника излучения (смещение спектральных линий в сторону красной части спектра) по сравнению с X линий эталонных спектров. К. с. возникает, когда расстояние между источником излучения и наблюдателем… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

Красное смещение , Евгений Гуляковский. Бывший воин - афганец Глеб Яровцев, прикованный к креслу-каталке после тяжелого ранения, неожиданно попадает в центр внимания вербовщиков из иной реальности Земли. Ему возвращают здоровье с…

Красное смещение

понижение частот электромагнитного излучения, одно из проявлений Доплера эффект а. Название «К. с.» связано с тем, что в видимой части спектра в результате этого явления линии оказываются смещенными к его красному концу; К. с. наблюдается и в излучениях любых др. частот, например в радиодиапазоне. Противоположный эффект, связанный с повышением частот, называется синим (или фиолетовым) смещением. Чаще всего термин «К. с.» используется для обозначения двух явлений - космологическое К. с. и гравитационное К. с.

Космологическим (метагалактическим) К. с. называют наблюдаемое для всех далёких источников (галактик (См. Галактики), квазаров (См. Квазары)) понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, т. е. о нестационарности (расширении) Метагалактики. К. с. для галактик было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912-14; в 1929 Э. Хаббл открыл, что К. с. для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон К. с., или закон Хаббла). Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий. Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, К. с. в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным. Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что К. с. не зависит от частоты, относительное изменение частоты z = (ν 0 - ν)/ν 0 совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (ν 0 - частота некоторой линии спектра источника, ν - частота той же линии, регистрируемая приёмником; ν). Такое изменение частоты - характерное свойство доплеровского смещения и фактически исключает все др. истолкования К. с.

В относительности теории (См. Относительности теория) доплеровское К. с. рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). Если скорость системы источника относительно системы приёмника составляет υ (в случае метагалактич. К. с. υ - это Лучевая скорость), то

(c - скорость света в вакууме) и по наблюдаемому К. с. легко определить лучевую скорость источника: v приближается к скорости света, оставаясь всегда меньше её (v v, намного меньшей скорости света (υ), формула упрощается: υ ≈ cz. Закон Хаббла в этом случае записывается в форме υ = cz = Hr (r - расстояние, Н - постоянная Хаббла). Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла Н. Знание этой постоянной очень важно и для космологии (См. Космология): с ней связан т. н. возраст Вселенной.

Вплоть до 50-х гг. 20 в. внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. 20 в. для постоянной Хаббла принято значение Н = 53 ± 5 (км/сек )/Мгпс, обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд. лет.

Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения К. с., даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения z ≈ 0,2, соответствующие скорости υ ≈ 60 000 км/сек и расстоянию свыше 1 млрд. пс. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т. е. такая же, как погрешность определения Н ). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z ≈ 2 и больше. При смещениях z = 2 скорость υ ≈ 0,8․с = 240 000 км/сек. При таких скоростях уже сказываются специфические космологические эффекты - нестационарность и кривизна пространства - времени (См. Кривизна пространства-времени); в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний - расстояние по К. с. - составляет здесь, очевидно, r= υlH = 4,5 млрд. пс ). К. с. свидетельствует о расширении всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.

Гравитационное К. с. является следствием замедления темпа времени и обусловлено гравитационным полем (эффект общей теории относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейн ом в 1911, наблюдалось начиная с 1919 сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых др. звёзд. Гравитационное К. с. принято характеризовать условной скоростью υ, вычисляемой формально по тем же формулам, что и в случаях космологического К. с. Значения условной скорости: для Солнца υ = 0,6 км/сек, для плотной звезды Сириус В υ = 20 км/сек. В 1959 впервые удалось измерить К. с., обусловленное гравитационным полем Земли, которое очень мало: υ = 7,5․10 -5 см/ сек (см. Мёссбауэра эффект). В некоторых случаях (например, при коллапсе гравитационном (См. Коллапс гравитационный)) должно наблюдаться К. с. обоих типов (в виде суммарного эффекта).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 4 изд., М., 1962, § 89, 107; Наблюдательные основы космологии, пер. с англ., М., 1965.

Г. И. Наан.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Красное смещение" в других словарях:

Современная энциклопедия

- (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 приемником… … Астрономический словарь