Zeitdilatation ferner kosmischer Ereignisse. Was ist es?

Die kosmologische Rotverschiebung kann (und sollte wahrscheinlich auch) als Zeitdilatation aufgrund der Expansion des Universums interpretiert werden. Photonen, die in einem Teil des Universums emittiert werden, reisen durch den Weltraum, unterliegen dabei jedoch einer Zeitdilatation, die sich in einer Abnahme ihrer Frequenz manifestiert, die durch die Expansion des Universums verursacht wird. Das heißt, es wird beobachtet, dass die Ticks einer Uhr im Referenzrahmen des Emitters in einem anderen sich mitbewegenden Referenzrahmen erweitert sind, der sich in einiger Entfernung vom emittierenden Rahmen befindet. [ Hier missverstehen Sie vielleicht etwas – die Frequenz des Lichts ist eine Uhr; Die Periode zwischen den Maxima einer elektromagnetischen Welle wirkt wie das Ticken einer Uhr.] Diese kosmologische Rotverschiebung sieht aus wie eine Doppler-Verschiebung und ist durch Beobachtungen nicht von einer Doppler-Verschiebung zu unterscheiden.

Befürworter der Hypothese des müden Lichts behaupten, dass diese kosmologische Rotverschiebung reproduziert werden könnte, wenn Photonen irgendwie Energie verlieren, wenn sie das Universum durchqueren, und daher im Beobachterrahmen eine verringerte Frequenz haben. Zu den schwerwiegenden Problemen für diese Klasse von Hypothesen gehört, dass, wenn es eine Klasse von Ereignissen im Universum gibt, die eine feste Dauer haben, die Hypothese des müden Lichts vorhersagt, dass ihre Dauer unbeeinflusst bleiben sollte, wenn sie aus großen Entfernungen beobachtet werden. Im Gegensatz dazu erwartet man im expandierenden Universum, dass die beobachtete Dauer um einen Faktor verlängert wird$1+z$(Wo$z$ist die Rotverschiebung); genau derselbe Faktor, um den Wellenlängen für Licht, das von denselben Ereignissen beobachtet wird, rotverschoben sind .

Diese Methode wurde von Wilson (1939) als Test der Theorie des expandierenden Universums und nicht als "allmähliche Dissipation photonischer Energie" (auch bekannt als "müdes Licht") vorgeschlagen .

Der Test mit den Lichtkurven von Supernovae vom Typ Ia wurde mit Bravour bestanden . Diese Ereignisse, die durch explodierende Weiße Zwerge verursacht werden, sind im ganzen Universum zu sehen. Sie werden als Standardkerzen klassifiziert , da die Explosion auf sehr standardisierte Weise mit einer "Bombe" mit mehr oder weniger fester Masse erfolgt. Die Helligkeit des Ereignisses scheint auf sehr konsistente Weise zu steigen und zu fallen, so dass die Breite (es gibt verschiedene Definitionen dafür) eine feste Zeitdauer mit einer sehr kleinen Streuung einnimmt, die eng mit der Spitzenhelligkeit der Supernova zusammenhängt . Ein typischer Satz von Lichtkurven ist unten gezeigt (aus Perlmutter 2003 ).

Es wird jedoch beobachtet, dass die Spitzen der Lichtkurve der Supernova vom Typ Ia bei höheren Rotverschiebungen breiter werden. Der Betrag der Verbreiterung ist genau proportional zum Betrag der Rotverschiebung$(1+z)$in den Spektren derselben Supernovae beobachtet. dh die kosmologische Zeitdilatation funktioniert wie erwartet für ein expandierendes Universum, siehe zB Blondin et al. (2008) . Eine "allmähliche Rotverschiebung" des Lichts, wenn es eine Strecke zurücklegt, kann diese Zeitdilatation nicht erklären.

Das folgende Diagramm zeigt, wie der gemessene „De-Dilatationsfaktor“ (was Sie benötigen, um die Breiten von Supernovae mit hoher Rotverschiebung zu korrigieren, um sie an die Breiten lokaler Supernovae anzupassen) von Supernova-Lichtkurven von ihrer Rotverschiebung abhängt (von Blondin et al. 2008). Es geht wie$1/(1+z)$, genau wie erwartet (bis auf 10 %). Die horizontale gestrichelte Linie ist das, was man von "müdem Licht" erwarten würde und wird bei 10 Sigma abgelehnt.

Jede alternative Hypothese dafür, warum die Rotverschiebung von Galaxien proportional zu ihrer Entfernung ist (für kleine$z$; es ist eine kompliziertere Beziehung bei High$z$) muss auch erklären, warum die Dauer von Typ-Ia-Supernovae ebenfalls um denselben Faktor verlängert wird$(1+z)$. Oder, wenn es sich nicht um eine willkürliche Änderung der Eigenschaften von Typ-Ia-Supernovae mit der Zeit handeln soll, dann muss eine alternative Theorie erklären, warum Photonen, die zu Beginn einer Supernova-Explosion emittiert werden, anscheinend weniger Zeit brauchen, um zu uns zu gelangen, als die emittierten gegen Ende der Supernova.

Edit: Es muss gesagt werden, dass es in letzter Zeit wenig Aktivität in diesem Bereich gegeben hat. Die Ergebnisse von Blondin et al. wurden von einigen Autoren in Frage gestellt (z. B. Crawford 2017 ). Der Streit scheint zu sein, wie Lichtkurven, die bei unterschiedlichen Rotverschiebungen aufgenommen und daher bei unterschiedlichen intrinsischen Wellenlängen gesehen werden, wenn sie mit demselben Filter betrachtet werden, auf dasselbe System kalibriert werden können.

Ein weiterer Beweis kommt jedoch von Gamma Ray Bursts. Zhanget al. (2013) stellen fest, dass die Dauer „langer“ GRBs bei bekannten Rotverschiebungen (und gemessen in der gleichen Ruherahmenenergie) variiert wie$(1+z)^{0.94\pm 0.26}$, im Einklang mit der kosmologischen Zeitdilatation. Siehe auch Littlejohns & Butler (2014) .

Im kosmologischen Standardmodell ist die Ursache der Rotverschiebung im Licht entfernter kosmologischer Objekte die relativistische Zeitdilatation aufgrund der theoretisierten Expansion des Universums.

Das beobachtete Phänomen, das Theorien erklären müssen, ist die Rotverschiebung. Die Zeitdilatation aufgrund kosmologischer Expansion ist die am weitesten verbreitete Theorie, mit der solche Theorien konkurrieren. Auch wenn Sie sagen, dass Licht nicht von Zeitdilatation beeinflusst wird, ist das falsch, in der Relativitätstheorie ist es aufgrund von Zeitdilatation rotverschoben (die Schwingungen scheinen sich für den Beobachter zu verlangsamen).

"Müde Licht" ist neu für mich, aber es sieht einfach aus wie eine ziemlich einfache Theorie, dass die Rotverschiebung, die eine Reduzierung / ein Energieverlust von Photonen ist (Energie ist proportional zur Frequenz), durch Licht erklärt werden könnte, das mit Teilchen kollidiert, auf die es trifft auf seiner Reise und dann erneut emittiert. Diese Theorie hat (mindestens einen) unerklärlichen Fehler, nämlich dass das Licht gestreut wird und sich nicht in einer geraden Linie ausbreitet.

Eine Lichtuhr ist ein gutes Beispiel, um dies zu veranschaulichen, und das Licht, das die Uhr antreibt, verhält sich genau wie jedes andere Licht, das beobachtet werden kann

mfc: Weder die beschleunigte Expansion des Universums noch die gravitative Zeitdilatation (dh die allgemeine Relativitätstheorie) sind 'Hypothesen': Dies sind zwei der am besten bestätigten und bestätigten Tatsachen über das Universum, die jemals festgestellt wurden. Sie können sogar die Überprüfung/„Messung“ von GR zu Hause durchführen (und tun), indem Sie GPS verwenden http://www.scielo.org.za/pdf/sajs/v104n5-6/a1410406.pdf

Ebenso ist die beschleunigte Expansion des Universums eine endlos gemessene und bestätigte wissenschaftliche Tatsache. (kosmologische Rotverschiebung, vgl. Brian Schmidt et al).

Der Punkt ist, dass bei einem sich beschleunigend ausdehnenden allgemein-relativistischen Universum die kosmologische Rotverschiebung nur konsequent als Ergebnis der kosmologischen Zeitdilatation verstanden werden kann. Dies ist gegeben durch die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (und damit der Entfernung, da Geschwindigkeit Entfernung/Zeit ist). Angesichts dieser Konstanten ist die Zeit die einzige Variable. (Offensichtlich gilt dies aufgrund der speziellen Relativitätstheorie nicht für alle Referenzsysteme, aber aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie für genügend kollationierte Referenzsysteme aus allen Richtungen, dh über die Raumzeit). Die kosmologische Rotverschiebung muss daher als Effekt der kosmologischen Zeitdilatation verstanden werden, die durch eine (beschleunigte) Ausdehnung des Raums selbst verursacht wird. In der Tat, Wir können (und haben) die Zeitdilatation messen (d), indem wir die Rotverschiebung der Wellenlängen von Photonen vergleichen, die aus bekannten Entfernungen emittiert werden (wie z. B. Supernovae vom Typ 1a). Wenn Sie eine andere Theorie der kosmologischen Rotverschiebung haben, die mit der Relativitätstheorie übereinstimmt und keine kosmologische Zeitdilatation beinhaltet, bin ich ganz Ohr (wie sicher jeder).

Rob, du sagst "die Frequenz des Lichts ist eine Uhr". Ich kann nicht zustimmen. In der Physik beschäftigen wir uns nur mit Dingen, die wir "messen" können. Jedes Mal und überall, wo Sie die Lichtfrequenz messen, tun Sie dies dank eines Instruments. Dieses Instrument hat eine innere Uhr, die der Schwerkraft unterliegt. Derselbe Lichtstrahl hat unterschiedliche Frequenzen, wenn er an Punkten gemessen wird, an denen die Schwerkraft unterschiedlich ist. Dies ist die gravitative Rotverschiebung (oder Einsteins Rotverschiebung). Aber ich denke, eine Antwort auf meine Frage zu haben, nachdem ich mehr gelesen habe. Wo Wikipedia sagt, dass eine Theorie für die kosmologische Rotverschiebung die mit diesem Phänomen verbundene Zeitdilatation erklären muss, ist sie falsch, und sie sollten das korrigieren, da die Zeitdilatation "eine Hypothese" ist, um die kosmologische Rotverschiebung des Lichts zu erklären, das von entfernten Galaxien kommt , "