Красное смещение (физика)

Данная статья была написана Владимиром Горунович для данного сайта и сайта "Викизнание".

Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. - Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением.

Красное смещение может возникнуть в следствие одной из следующих причин или их комбинацией:

• • эффекта Доплера,

  • расширения вселенной и связанное с ней расширение пространства (следствие ОТО),

  • гравитационного красного смещения,

  • "старения света": взаимодействия фотонов с другими элементарными частицами при движении во вселенной (следствие классической электродинамики и полевой теории элементарных частиц).

Оглавление:

• • 1 Красное смещение и эффект Доплера

  • 2 Красное смещение и расширение Вселенной

  • 3 Красное смещение и гравитация

  • 4 Красное смещение и старение света

  • 4.1 Фотон-нейтринные взаимодействия

  • 4.2 Количество нейтрино во Вселенной и возраст Вселенной

  • 4.3 Взаимодействия нейтрино

  • 5 Красное смещение: Итог

1. Красное смещение и эффект Доплера

Параметр смещения (z) определяется как:

z=(λ - λ₀) / λ₀

где λ и λ₀ — значения длины волны в точках наблюдения и испускания излучения соответственно.

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

При движении к источнику излучения длина волны будет уменьшаться, а при движении от источника излучения длина волны будет увеличиваться, и будет наблюдаться красное смещение.

Исходя из наблюдения красного смещения в спектрах галактик и эффекта Доплера делается вывод, что все галактики разбегаются и следовательно вселенная расширяется.

Никаких прямых доказательств того, что галактики разбегаются, в физике в настоящий момент нет. Никто не измерял напрямую расстояния до галактик и не обнаружил, что за некоторый интервал времени они выросли. Таким образом, факт разбегания галактик физикой в настоящий момент не установлен. Это всего лишь не доказанные предположения, основанные на наличии красного смещения в спектрах галактик и толковании его в пользу эффекта Доплера. Таким образом "теория Большого взрыва" продолжает оставаться недоказанной гипотезой.

2. Красное смещение и расширение Вселенной

Красное смещение, вызванное эффектом Доплера, если оно имеет место в природе, должно вызвать расширение космического пространства в масштабах всей Вселенной. Считается, что такое расширение Вселенной должно быть почти однородным и изотропным (расширение происходит почти равномерно в каждой точке Вселенной).

Утверждается, что экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Предполагается, что началом расширения Вселенной является так называемый "Большой взрыв". Теоретически явление было предсказано и обосновано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности.

Возникает вопрос: если Вселенная, как предполагается, расширяется, то увеличиваются и линейные размеры внутри нашей солнечной системы. Следовательно, увеличивается и длина эталона длины - 1 метра. Отсюда мы получаем невозможность определения расширения Вселенной - число метров от нас до удаленной галактики будет оставаться прежним. Число метров будет изменяться, в соответствии с законами механики и будет зависеть от направления и реальной величины линейной скорости галактики (относительно нашей планеты - "центра мироздания") - что не связанно с предполагаемым расширением Вселенной.

Таким образом наличие расширения Вселенной физикой не доказано - это всего-лишь одна из гипотез объясняющих красное смещение.

3. Красное смещение и гравитация

Гравитационное красное смещение является проявлением эффекта изменения частоты электромагнитных волн по мере удаления от массивных объектов (звезд, планет). Оно наблюдается как сдвиг спектральных линий близких к массивным телам источников в красную область спектра. Свет, приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, будет испытывать гравитационное синее смещение.

Гравитационное красное смещение было предсказано А. Эйнштейном при разработке общей теории относительности (ОТО):

где:

z_G — относительное смещение спектральных линий под влиянием гравитации,

V и V_o- значения гравитационного потенциала в точках наблюдения и излучения соответственно,

G — гравитационная постоянная Ньютона;

M — масса гравитирующего тела,

c — скорость света,

R — радиальное расстояние от центра масс тела до точки наблюдения,

r — радиальное расстояние от центра масс тела до точки излучения.

Для электромагнитных волн, излучаемых на расстоянии r от центра масс массивного тела и принимаемых на бесконечности (R=∞), гравитационное красное смещение приблизительно равно:

К гравитационному красному смещению есть один серьезный вопрос - что такое гравитационный потенциал, когда гравитационное поле является суперпозицией векторных гравитационных полей создаваемых элементарными частицами вещества Вселенной. Подмена реально существующих векторных гравитационных полей на их математическую скалярную абстракцию приведет к ошибке вычислений в ближней зоне.

4. Красное смещение и старение света

Старение света (англ. tired light) — гипотеза, выдвинутая сторонниками стационарной Вселенной, в качестве альтернативного объяснения обнаруженной зависимости красного смещения от расстояния до объекта. Данная гипотеза не предполагает расширения Вселенной.

Концепция впервые была предложена Фрицем Цвикки в 1929 году, который предположил, что фотоны теряют энергию в столкновениях с другими частицами.

Некоторые физики поторопились похоронить эту гипотезу, не зная реального строения элементарных частиц и подлинной картины их взаимодействий, Но полевая теория элементарных частиц позволяет по новому взглянуть на данную гипотезу и установить, как фотоны теряют часть своей энергии при прохождении через вселенную. Более того полевая теория нашла кандидатов на "темную материю" и "темных" переносчиков энергии (взамен "темной энергии"). Рассмотрим это более подробно.

4.1. Фотон-нейтринные взаимодействия

Согласно полевой теории элементарных частиц электронное нейтрино (как и любая другая элементарная частица) обладает постоянным электрическим и магнитным полем и переменным электромагнитным полем. Согласно классической электродинамики данные электромагнитные поля будут взаимодействовать с другими электромагнитными полями, в том числе и с электромагнитным полем фотона. Таким образом, прохождение фотона через электронное нейтрино (выбрасываемое в гигантских количествах звездами) не окажется для последнего не замеченным - пусть это будет очень слабое изменение (точнее уменьшение) энергии фотона, но оно будет. И чем больше фотон повстречает на своем пути нейтрино - тем больше энергии он потеряет и соответственно сильнее будет красное смещение.

Одно дело, когда фотон летит параллельно с нейтрино (движущейся с около световой скоростью) одним курсом, когда они были оба излучены солнцем и совсем другое дело, когда фотон сталкивается с покоящимся нейтрино, с молекулярным соединением нейтрино или нейтрино, выпущенным другой звездой (движущейся в другом направлении). Теряемая фотоном энергия зависит от ориентации спина нейтрино, траектории по которой фотон проходит через нейтрино, а также от энергии самого фотона. Это не просто посчитать, но можно измерить с помощью космических аппаратов и лазеров.

Необходимо отметить, что данное взаимодействие не соответствует стандартной модели, поскольку последняя наделяет участвующие в нем элементарные частицы разными типами фундаментальных взаимодействий:

• • нейтрино - гипотетическим слабым взаимодействием,

  • фотон - электромагнитным взаимодействием.

Поэтому и делается вывод о разбегании галактик на одностороннем толковании красного смещения в пользу эффекта Доплера. - В противовес этому полевая теория элементарных частиц установила о наличии электромагнитных полей у всех элементарных частиц, в том числе и у такой неуловимой элементарной частицы как у электронного нейтрино. Следовательно, фотон и нейтрино обладая общими электромагнитными взаимодействиями, согласно классической электродинамике должны взаимодействовать друг с другом и у гипотезы "старения света" появляется союзник - полевая теория элементарных частиц. И если отбросить стандартную модель ошибочность, которой уже доказана, то это автоматически низвергает и "теорию Большого взрыва" до уровня простой гипотезы.

4.2. Количество нейтрино во Вселенной и возраст Вселенной

Теперь попытаемся оценить, сколько по Вселенной "гуляет" нейтрино.

Согласно современным экспериментальным данным наше солнце ежесекундно испускает порядка 2×10³⁸ нейтрино (в основном электронных). С помощью полевой теории элементарных частиц и экспериментального значения верхнего предела массы покоя электронного нейтрино можно определить его минимальный объем как 10^-20 м³. Перемножив две цифры, мы сможем оценить минимальный объем всех нейтрино, испускаемых нашим солнцем за 1 секунду как 2×10¹⁸ м³. Получился куб с размером грани более 1200 км. И это в каждую секунду работы нашего солнца. А если умножить на предполагаемое время горения нашего солнца 4,57×10⁹×365×24×60×60=1,38×10¹⁶ сек мы получим 2,76×10⁵⁴ нейтрино и объем 2,76×10³⁴ м³. Для сравнения объем пространства занимаемый нашей солнечной системой (рассчитанный по радиусу орбиты Плутона) 9×10³⁸м³. Как видим это сопоставимые величины. Если вычислить среднее количество нейтрино ежесекундно испускаемых звездами а затем умножить на число звезд в галактике (в нашей это 10¹¹), число видимых галактик и на предполагаемый возраст Вселенной (12,07×10⁹ лет) мы получим фактор воздействия не только на энергию фотонов при их движении по вселенной но и на сами галактики а также и на Вселенную в целом. А игнорировать влияние нейтрино на мега мир как это пыталась делать стандартная модель нельзя.

Но возникает еще один вопрос: а из чего следует, что возраст Вселенной равен именно 12,07×10⁹ лет. Ведь возраст самых старых шаровых скоплений звезд позволяющий оценить возраст Вселенной указывает что возраст Вселенной больше, чем 12,07 млрд. лет. А определение возраста Вселенной по красному смещению (13,75 млрд. лет) вообще нельзя считать достоверным, поскольку при этом игнорировались фотон-нейтринные взаимодействия. Но если какая-то часть красного смещения обусловлена этими взаимодействиями, то возраст вселенной автоматически увеличивается. А это ведет в свою очередь к увеличению числа нейтрино во Вселенной и как следствие к увеличению части красного смещения вызванной фотон-нейтринными взаимодействиями. А значит, возраст Вселенной придется снова двигать и снова и ... .

4.3. Взаимодействия нейтрино

Согласно экспериментальным данным нейтрино покидают солнце с релятивистскими скоростями (и соответственно энергиями). А такое нейтрино, если оно ни с кем не столкнется, с легкостью преодолеет гравитационное поле и выйдет за пределы галактики. Но вероятность столкновения с нейтрино от других звезд (и звезд других галактик) достаточно высока. Такие столкновения могут произойти как внутри галактики, так и за ее пределами. При столкновении нейтрино они перейдут в возбужденные состояния. Затем из этих состояний произойдет переход в состояния с меньшей энергией и испусканием фотонов либо рождением нейтрино-антинейтрино или электрон-позитронных пар, если на это было достаточно энергии. И создается иллюзия образования из ничего пар частица-античастица, а также возникновение электромагнитного излучения, которое может быть приписано "реликтовому". Столкнувшиеся нейтрино будут пополнять собой невидимую массу во вселенной - темную материю (хотя возможно у "темной" материи имеются и другие компоненты, кроме нейтрино). Кроме того возможны аннигиляции пар нейтрино-антинейтрино с испусканием электромагнитного излучения.

5. Красное смещение: Итог

Гипотеза Большого взрыва по-прежнему остается не доказанным предположением и как идея Стационарной Вселенной нуждается в дальнейшем исследовании. Какая из них окажется верной или возникнет новая - пока не ясно, но согласно законов физики, это будет не гипотеза Большого взрыва.

Вселенная не так пуста, как кажется. В ней идут процессы преобразования и переноса энергии (в том числе и теми же нейтрино - не видимыми переносчиками энергии) и физике предстоит понять, описать и объяснить все это, а не выдумывать всякие правдоподобные математические сказки.

Сейчас физика не может однозначно сказать, каков реальный возраст Вселенной и был ли в ее истории "Большой взрыв" или что-либо похожее. - Но теперь совершенно ясно, что 13,75 млрд. лет назад вселенная была, в ней были галактики со звездами, у звезд были планеты, на части планет была жизнь, на некоторых разумная и тогда мыслящие существа тоже задавались вопросом каков реальный возраст Вселенной и также не могли дать точного ответа, поскольку за тем сроком который проглядывался в прошлое Вселенная уже была и в ней тоже были галактики и ... .

Владимир Горунович