Kosmologische Rotverschiebung - Woher wissen wir, dass sie nicht durch die Zeitdilatation des Beobachters verursacht wird?

Anstelle der kosmologischen Rotverschiebung, die durch die metrische Ausdehnung des Raums verursacht wird, warum könnte die kosmologische Rotverschiebung nicht durch unsere zeitlich schnellere Perspektive verursacht werden? Anders gesagt: Wenn sich der Beobachter schneller durch die Zeit bewegt als die Emissionsquelle, könnte diese Zeitdilatation nicht eine Erklärung für die kosmologische Rotverschiebung sein? Warum nicht statt der metrischen Ausdehnung des Raumes „kosmische Zeitdilatation“?

Soweit ich weiß, gibt es in der Physik keinen physikalischen Mechanismus, der erklärt, wie die metrische Erweiterung eine Rotverschiebung verursachen kann. Es scheint, dass wir davon ausgehen, dass die metrische Erweiterung eine Rotverschiebung ohne zugrunde liegende Physik oder Tests verursachen kann.

Alternativ ist die durch Zeitdilatation verursachte Rotverschiebung gut getestet, nachgewiesen und verstanden. Damit können wir hier auf der Erde spielen.

Wäre es nicht sinnvoller anzunehmen, dass die kosmologische Rotverschiebung dadurch verursacht wird, dass sich der Beobachter zeitlich schneller bewegt als die Emissionsquelle in der Vergangenheit, als die metrische Ausdehnung des Raums, die die kosmologische Rotverschiebung verursacht?

Natürlich müssen bei der Messung der Rotverschiebung von entfernten Quellen die Doppler- und Gravitationseffekte berücksichtigt werden. Das ist nicht das, wonach ich frage.

Bearbeiten: Ich brauche wahrscheinlich etwas mathematische Hilfe oder einen Hinweis auf ein besseres Beispiel zum Spielen.

Bei einer Hubble-Konstante von 71.9, dehnt sich ein Lichtjahr ungefähr aus 7.3483 × 10 − 11   % pro Jahr . Die Windradgalaxie ist 20,87 Millionen Lichtjahre Lichtjahre entfernt. Wenn ich die Windradgalaxie durch die Ausdehnung des Raums kontinuierlich rotverschiebe, erhalte ich mit dieser Gleichung eine Rotverschiebung von 0,00153:

z = 1 − e ( 7.3483 × 10 − 11 ) ( 2.087 × 10 7 )  

Die Windradgalaxie hat eine gemessene Rotverschiebung von 0,000804 .

Gibt es eine Gleichung, die ohne magische Werte ein besseres Ergebnis liefert? z oder ein reales Beispiel mit bekannten Werten, das funktioniert?

Was meinst du hier mit "kosmologischer Rotverschiebung"? Wenn nur alles in einer bestimmten Entfernung die gleiche Rotverschiebung zu zeigen scheint und dies durch Zeitdilatation verursacht wurde, würde das nicht nur bedeuten, dass alles mit der gleichen Geschwindigkeit zurückgeht (und wir sind wieder bei der kosmologischen Rotverschiebung)?
Was würde Ihrer Meinung nach eine solche Zeitdilatation verursachen? Und warum ändert es sich mit der Zeit?
@Allure Die kosmologische Rotverschiebung ist eine Rotverschiebung, die durch die metrische Ausdehnung des Raums verursacht wird. Die kosmologische Rotverschiebung ist eine zusätzliche Rotverschiebung nach Berücksichtigung von Doppler- und Gravitationseffekten. Alles, was sich zurückzieht, wäre eine Doppler-Rotverschiebung.
@Rob Jeffries Ich würde die Ursache nicht kennen, aber wenn so etwas real wäre, würde ich mich fragen, ob Antworten in der Hubble-Konstante, der kosmologischen Konstante und der dunklen Energie gefunden werden könnten.
@Zamicol, aber die metrische Ausdehnung des Raums kann auch als Doppler-Rotverschiebung interpretiert werden, oder?
Der integrierte Sachs-Wolfe-Effekt weist auf eine Erklärung des expandierenden Universums hin. (Wie auch die anderen bestätigenden kosmologischen Beobachtungen – CMB, primordiale Häufigkeiten, Reionisierung, Galaxienentwicklung), also müssen spekulative Szenarien all diese Dinge erklären, um es wert zu sein, ernst genommen zu werden.
@Allure, ich glaube, du hast mein Missverständnis gerade auf den Punkt gebracht. Was Sie sagen, ist, dass die beobachtete kosmologische Rotverschiebung einer Galaxie gleich der Geschwindigkeit ist, mit der sich ein Beobachter von der Quelle entfernt?
@Zamicol Ich bin nicht zuversichtlich genug, um eine Antwort zu schreiben, aber mein Verständnis ist ja: Wenn sich der Raum ausdehnt, treten auch entfernte Objekte mit einer Geschwindigkeit zurück, die mit der Entfernung zunimmt. Daher kann die kosmologische Rotverschiebung auch als Doppler-Rotverschiebung interpretiert werden. astronomy.stackexchange.com/questions/33392/… könnte relevant sein.
@Allure Ich denke, diese Antwort weist mich auf mein ursprüngliches Verständnis hin: "Die kosmologische Rotverschiebung hat nichts mit der Geschwindigkeit des Emitters und des Beobachters in Bezug zueinander zu tun. Deshalb ist es keine Dopplerverschiebung" und "Rezessionsgeschwindigkeit nicht verursachen eine Doppler-Rotverschiebung."
Die Windradgalaxie ist nicht weit genug entfernt, um ihre Rotverschiebung sicher der kosmologischen Expansion zuzuschreiben. Seine Rotverschiebung entspricht einer Geschwindigkeit von nur 240 km/s, aber die eigentümlichen Bewegungen von Galaxien können je nach Umgebung 100 bis 1000 km/s betragen. Ich verstehe deinen Edit sowieso nicht. Hubbles Gesetz gibt z ∼ v / C = H 0 D / C = 0,0016 , was lediglich veranschaulicht, was ich oben gesagt habe.

Antworten (1)

Der Grund, warum wir glauben, dass die kosmologische Rotverschiebung durch die metrische Ausdehnung des Raums verursacht wird, ist 1) dass es einen bekannten physikalischen Mechanismus gibt , der diesen Effekt verursachen kann, und 2) dass dieser Mechanismus eine Vorhersage eines gut etablierten und ist erprobte Theorie, nämlich die Allgemeine Relativitätstheorie.

Der fragliche physikalische Mechanismus kann realisiert werden, indem die Ausbreitung eines Lichtstrahls entlang einer Null-Geodäte in der Friedmann-Robertson-Walker-Metrik betrachtet wird, die den expandierenden Raum beschreibt (siehe zB Watson 2000 für eine Herleitung ) . Es ist ein mathematisches Ergebnis, aber es basiert auf Physik und wird durch Experimente verifiziert.

Andererseits gibt es keinen bekannten Mechanismus, der dazu führen würde, dass sich die Zeit beschleunigt, während sich das Universum entwickelt. Darüber hinaus würden Photonen, selbst wenn dies der Fall wäre, nur seltener in unserem Referenzrahmen ankommen (im Vergleich zu Photonen, die von einem lokalen Objekt ankommen), aber es würde nicht dazu führen, dass die einzelnen Photonen weniger Energie haben (es sei denn, sie schwingen irgendwie weiter an ihrem Originalfrequenz, selbst wenn Sie in einen Referenzrahmen eintreten, in dem die Zeit schneller vergeht).

Aber in gewisser Weise haben Sie Recht, dass unsere Zeit schneller vergeht als die Zeit entfernter Objekte: In unserem Bezugssystem ist ihre Zeit um einen Faktor langsamer ( 1 + z ) , Wo z ist die beobachtete Rotverschiebung. Zum Beispiel die Helligkeit einer beobachteten Supernova bei z = 1 nimmt doppelt so langsam ab wie ein "Einheimischer", z = 0 Supernova. Dieser Effekt ist bekannt und "zusätzlich" zur Rotverschiebung, in dem Sinne, dass der auf der Erde empfangene Fluss um a verdünnt wird ( 1 = z ) Faktor aus der Rotverschiebung und durch a ( 1 = z ) Faktor aufgrund von Photonen, die langsamer ankommen.

Lassen Sie mich sehen, ob ich dieses Recht habe: „Wenn es [einen Mechanismus gäbe, der dazu führen würde, dass sich die Zeit beschleunigt, während sich das Universum entwickelt], würden Photonen weniger oft in unserem Referenzrahmen ankommen und die einzelnen Photonen würden weniger Energie haben . "
@Zamicol Ah tut mir leid, ich wollte schreiben "es würde nicht dazu führen, dass die einzelnen Photonen weniger Energie haben".
@Zamicol Aber ob die Photonen dadurch weniger Energie haben oder nicht, hängt vermutlich von dem Mechanismus ab, der diese Zeitbeschleunigung verursacht. Wenn Photonen schneller zu schwingen beginnen, wenn sie in einen Bereich eintreten, in dem die Zeit schneller vergeht, würde sich der Nettoeffekt aufheben. Wenn sie aber weiter auf ihrer ursprünglichen Frequenz schwingen, dann würden wir in unserem Bezugssystem messen, dass sie langsamer schwingen, dh Energie verloren haben. Ich habe meinen Tippfehler bearbeitet und etwas hinzugefügt.
Bitte sehen Sie sich meine Bearbeitung an.
@Zamicol Hmm … deine Bearbeitung ändert meine Antwort nicht wirklich. Sie haben einen Rechenfehler gemacht und angenommen, dass das Hubble-Gesetz auf kleine Entfernungen genau ist, was nicht der Fall ist. In so geringer Entfernung, z wäre ungefähr _ v / C = H 0 D / C = 0,0053 (was meiner Meinung nach Ihre erste Berechnung richtig macht, weil die Taylor-Entwicklung erster Ordnung von e X Ist 1 + X ), aber die gemessene Rotverschiebung unterscheidet sich etwas von der eigentümlichen Bewegung der Galaxie, dh der Bewegung durch den Raum, die zusätzlich zur Rückzugsgeschwindigkeit durch die Ausdehnung des Raums entsteht.
cosmology.lbl.gov/talks/Kaiser_16_RPM.pdf Nick Kaisers Schlussfolgerung ist interessant: „Alle Rotverschiebungen können (und sollten) als Doppler angesehen werden“. Er hat auch eine mechanische Erklärung: Inkrementelle Rotverschiebungen sind Dopplerverschiebungen. Vergessen Sie grundsätzlich die "kosmologische" Rotverschiebung. Es ist alles Kinematik.
@Zamicol Auf der infinitesimalen Skala können Sie die kosmologische Rotverschiebung als das Integral unendlich vieler Dopplerverschiebungen zwischen infinitesimal getrennten Trägheitsrahmen betrachten. Aber ich glaube nicht, dass er recht hat, wenn er sagt „sollte“; Ich denke, Sie können die Rotverschiebung auf beide Arten interpretieren. Dies ist jedoch eine andere Diskussion, die nichts mit Ihrer Hypothese der Beschleunigung der Zeit zu tun hat.
Kosmologische Rotverschiebung - Woher wissen wir, dass sie nicht durch die Zeitdilatation des Beobachters verursacht wird?
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