Замедление времени далеких космических событий. Что это такое?

Космологическое красное смещение можно (и, вероятно, следует) интерпретировать как замедление времени из-за расширения Вселенной. Фотоны, испускаемые в одной части Вселенной, путешествуют в пространстве, но при этом подвергаются замедлению времени, проявляющемуся в уменьшении их частоты, вызванном расширением Вселенной. То есть тики часов в системе отсчета излучателя наблюдают как растянутые в другой системе отсчета, движущейся вместе с ней, которая находится на некотором расстоянии от излучающей системы. [ Здесь вы можете что-то не так понять - частота света - это часы; период между максимумами в электромагнитной волне действует как тиканье часов.] Это космологическое красное смещение выглядит как доплеровское смещение и с точки зрения наблюдения не отличимо от доплеровского смещения.

Сторонники гипотезы усталого света утверждают, что это космологическое красное смещение можно было бы воспроизвести, если бы фотоны каким-то образом теряли энергию, пересекая Вселенную, и, следовательно, их частота в системе наблюдателей уменьшалась. Одна из фатальных проблем для этого класса гипотез заключается в том, что если во Вселенной существует класс событий, имеющих фиксированную продолжительность, то гипотеза усталого света предсказывает, что их продолжительность не должна изменяться при наблюдении на больших расстояниях. Напротив, в расширяющейся Вселенной можно ожидать, что наблюдаемая продолжительность будет увеличена в несколько раз.$1+z$(где$z$это красное смещение); точно такой же коэффициент, на который длины волн смещаются в красную сторону для света, наблюдаемого от тех же событий.

Этот метод был предложен Уилсоном (1939 г.) в качестве проверки теории расширяющейся Вселенной, а не «постепенного рассеяния фотонной энергии» (он же «усталый свет»).

Тест был успешно пройден с использованием кривых блеска сверхновых типа Ia . Эти события, вызванные взрывом белых карликов, можно увидеть по всей Вселенной. Они классифицируются как стандартные свечи , поскольку взрыв происходит очень стандартизированным способом с «бомбой» более или менее фиксированной массы. Яркость события, по-видимому, возрастает и падает очень последовательно, так что ширина (существуют разные определения этого) занимает фиксированный отрезок времени с очень небольшой дисперсией, которая тесно связана с пиковой светимостью сверхновой. . Типичный набор кривых блеска показан ниже (из Perlmutter 2003 ).

Однако наблюдается, что пики кривой блеска сверхновой типа Ia становятся шире при более высоких красных смещениях. Величина расширения точно пропорциональна величине красного смещения.$(1+z)$наблюдается в спектрах тех же сверхновых. то есть космологическое замедление времени работает, как и ожидалось, для расширяющейся Вселенной, см., например, Blondin et al. (2008) . «Постепенное красное смещение» света по мере его прохождения не может объяснить это замедление времени.

На приведенном ниже графике показано, как измеренный «коэффициент расширения» (что необходимо для корректировки ширины сверхновых с большим красным смещением, чтобы она соответствовала ширине местных сверхновых) по кривым блеска сверхновых зависит от их красного смещения (из Блондин и др., 2008). Это идет как$1/(1+z)$, как и ожидалось (с точностью до 10%). Горизонтальная пунктирная линия — это то, что можно было бы ожидать от «усталого света», и она отклонена при 10 сигма.

Любая альтернативная гипотеза о том, почему красное смещение галактик пропорционально их расстоянию (для малых$z$; это более сложные отношения на высоком уровне$z$) должны также объяснить, почему продолжительность сверхновых типа Ia также растягивается на тот же фактор$(1+z)$. Или, если это не какое-то произвольное изменение свойств сверхновых типа Ia со временем, тогда альтернативная теория должна объяснить, почему фотонам, испускаемым в начале взрыва сверхновой, требуется меньше времени, чтобы добраться до нас, чем испущенным фотонам. ближе к концу сверхновой.

Редактировать: Надо сказать, что в последнее время в этой области было мало активности. Результаты Blondin et al. были подвергнуты сомнению несколькими авторами (например, Crawford 2017 ). Спор, по-видимому, заключается в том, как кривые блеска, снятые при разных красных смещениях и, следовательно, наблюдаемые при разных собственных длинах волн при просмотре с одним и тем же фильтром, могут быть откалиброваны в одной и той же системе.

Однако еще одно доказательство исходит от гамма-всплесков. Чжан и др. (2013) обнаружили, что продолжительность «длинных» всплесков на известных красных смещениях (и измеренная в одной и той же энергии покоя) изменяется как$(1+z)^{0.94\pm 0.26}$, что согласуется с космологическим замедлением времени. См. также Литтлджонс и Батлер (2014) .

В стандартной космологической модели причиной красного смещения света от далеких космологических объектов является релятивистское замедление времени из-за теоретического расширения Вселенной.

Наблюдаемый феномен, который должны объяснять теории, — это красное смещение. Замедление времени из-за космологического расширения является существующей наиболее широко принятой теорией, с которой конкурируют любые подобные теории. Также, когда вы говорите, что на свет не влияет замедление времени, это неверно, в теории относительности он смещается в красную сторону из-за замедления времени (наблюдателю кажется, что колебания замедляются).

«Утомленный свет» для меня нов, но он выглядит просто, как довольно простая теория о том, что красное смещение, которое представляет собой уменьшение/потерю энергии фотонов (энергия пропорциональна частоте), может быть объяснено столкновением света с частицами, с которыми он сталкивается. в своем путешествии, а затем повторно излучается. У этой теории есть (по крайней мере, один) необъяснимый недостаток, заключающийся в том, что свет будет рассеиваться и не будет двигаться по прямой.

Световые часы — хороший пример для иллюстрации, и свет, управляющий часами, ведет себя точно так же, как и любой другой свет, который можно наблюдать.

mfc: Ни ускоренное расширение Вселенной, ни гравитационное замедление времени (то есть общая теория относительности) не являются «гипотезами»: это два наиболее подтвержденных факта о Вселенной, которые когда-либо были установлены. Вы даже можете сделать (и делаете) проверку/«измерение» GR дома, используя GPS http://www.scielo.org.za/pdf/sajs/v104n5-6/a1410406.pdf

Точно так же ускоренное расширение Вселенной бесконечно измеряется и подтверждается научным фактом. (космологическое красное смещение, см. Брайан Шмидт и др.).

Дело в том, что, учитывая ускоренно расширяющуюся общую релятивистскую Вселенную, космологическое красное смещение можно последовательно понять только как результат космологического замедления времени. Это обусловлено постоянством скорости света (и, следовательно, расстояния, поскольку скорость есть расстояние/время). Учитывая эти константы, время является единственной переменной. (Очевидно, что это верно не для всех систем отсчета из-за специальной теории относительности, но верно для достаточного количества сопоставленных систем отсчета со всех направлений, т.е. в пространстве-времени, из-за общей теории относительности). Следовательно, космологическое красное смещение следует понимать как эффект космологического замедления времени, вызванный (ускоряющимся) расширением самого пространства. Фактически, мы можем (и имеем) измерить (d) замедление времени, сравнивая красное смещение длин волн фотонов, испускаемых с известных расстояний (таких как сверхновые типа 1a). Если у вас есть другая теория космологического красного смещения, согласующаяся с теорией относительности, которая не включает космологическое замедление времени, я весь внимателен (как, я уверен, и все).

Роб, ты говоришь "частота света - это часы". Я не могу согласиться. В физике мы имеем дело только с вещами, которые можем «измерить». Всегда и везде, где вы измеряете частоту света, вы делаете это благодаря прибору. Этот инструмент имеет внутренние часы, на которые действует гравитация. Один и тот же световой луч имеет разные частоты при измерении в точках с разной гравитацией. Это гравитационное красное смещение (или красное смещение Эйнштейна). Но я думаю получить ответ на свой вопрос, прочитав больше. Там, где Википедия говорит, что теория космологического красного смещения должна объяснять замедление времени, связанное с этим явлением, это неверно, и они должны исправить это, поскольку замедление времени является «гипотезой», объясняющей космологическое красное смещение света, исходящего от далеких галактик. , "