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지친 빛

Tired light
다음에 대한 시리즈 일부
물리 우주론
Full-sky image derived from Planck spacecraft data
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제목이력

피로한 빛은 적색-거리 관계에 대한 대체 설명으로 제안된 가상의 적색-변형 메커니즘의 한 종류다. 이러한 모델들은 빅뱅과 스테디드 스테이트 우주론이 가장 유명한 예인 공간의 미터법 확장이 필요한 모델에 대한 대안으로 제안되어 왔다. 이 개념은 1929년 프리츠 즈위키에 의해 처음 제안되었는데, 그는 광자가 일정한 방식으로 다른 입자와 충돌하여 시간이 지남에 따라 에너지를 잃으면 더 먼 물체가 더 가까운 물체보다 더 붉게 보일 것이라고 제안했다. 즈위키 자신은 어떤 종류의 빛도 보이는 것보다 먼 물체의 이미지를 더 흐리게 할 것이라는 것을 인정했다. 또한 시간, 우주 소스의 시간 팽창 및 우주 마이크로파 배경의 열 스펙트럼과 함께 진화하는 은하의 표면 밝기가 관찰되었다. 우주적 적색 편차가 어떤 피곤한 빛 산란 메커니즘으로 인한 것이라면 이러한 효과는 나타나지 않아야 한다.[1][2][3] 그 개념에 대한 주기적인 재검토에도 불구하고, 지친 빛은 관찰 테스트에 의해 뒷받침되지 않았고 천체물리학에서 가장 중요한 주제로 남아있다.[4]

역사 및 수신

참고 항목: 레드시프트와 비표준 우주론 § 지친 빛

지친 빛은 먼 은하계가 거리와 비례하는 적색 편차를 가지고 있다는 에드윈 허블의 관측 때문에 생겨난 아이디어였다. 레드시프트는 물체에서 방출되는 전자기 방사선의 스펙트럼이 도플러 효과 현상과 연관된 낮은 에너지와 주파수로 이동하는 것이다. 베스토 슬립거와 같은 나선성운 관측자들은 이러한 물체(현재는 별개의 은하로 알려져 있음)가 일반적으로 그들이 위치한 곳과는 무관하게 블루스틸이 아닌 적색편향(붉은색 편향)을 보인다는 것을 관찰했다. 관계가 모든 방향으로 유지되기 때문에 적색 편향과 블루스 편향의 종류를 보여줄 수 있는 배경에 대한 정상적인 움직임으로 귀속될 수 없다. 모든 것이 은하계에서 멀어지고 있다. 허블 망원경의 기여는 적색 편자의 크기가 은하까지의 거리와 강하게 상관되어 있음을 보여주는 것이었다.

Slipher와 허블의 데이터를 바탕으로 1927년 Georges Lemaître는 이러한 상관관계가 아인슈타인의 중력 이론인 프리드만-레마슈트르 해법의 방정식에 비정적 해법에 들어맞는다는 것을 깨달았다. 그러나 르메르트르의 글은 1929년 허블이 출판된 후에야 높이 평가되었다. 이 해법에서 보편적인 적색-변환 거리 관계는 팽창하는 우주가 null spacetime interval ("빛 같은" 지오데틱"이라고도 알려져 있는 광자에 미치는 영향 때문이다. 이 공식에서는 거리를 측정 기준의 확장에 있어 다른 방법으로 정의할 수 있으므로 상대 속도를 더욱 주의하여 처리할 필요가 있지만, 도플러 효과와 유사한 효과가 여전히 있었다.

동시에 일반 상대성 이론과 일치하지 않는 다른 설명이 제안되었다. 에드워드 밀른은 특수상대성이론과는 양립할 수 있는 설명을 제안했지만 적색변형을 설명할 수 있는 거대한 폭발이 있었다는 일반상대성이론(밀른우주 참조)은 제안하지 않았다. 다른 이들은 체계적 효과가 적색 임시 거리 상관관계를 설명할 수 있다고 제안했다. 이 노선을 따라 프리츠 즈위키는 1929년에 "피곤한 빛" 메커니즘을 제안했다.[5] Zwicky는 광자들이 물질이나 다른 광자와 상호작용하거나 어떤 새로운 물리적 메커니즘에 의해 정적 우주를 통해 먼 거리를 이동하면서 서서히 에너지를 잃을 수 있다고 제안했다. 에너지의 감소는 빛의 파장의 증가에 해당하므로, 이 효과는 선원의 거리에 비례하여 증가하는 스펙트럼 라인에 적색 편차를 생성한다. "피곤한 빛"이라는 용어는 1930년대 초 리처드 톨먼에 의해 이 사상을 언급하기 위한 방법으로 만들어졌다.[6] Helge Krah는 "Zwicky의 가설은 우주가 팽창하는 것에 대해 가장 잘 알려져 있고 가장 정교한 대안이었지만, 유일한 가설과는 거리가 멀었다"고 지적했다. 크랙 박사는 특히 존 퀸시 스튜어트, 윌리엄 던컨 맥밀런, 월터 네른스트에 주목했다.[7]

피로한 빛 메커니즘은 빅뱅과 안정화 상태 우주에 대한 제안된 대안들 중 하나였으며, 두 방법 모두 FRW 메트릭스 우주의 일반적인 상대론적 확장에 의존했다. 20세기 중반까지 대부분의 우주론자들은 이 두 가지 패러다임 중 하나를 지지했지만, 특히 일반 상대성 대안에 대한 대안을 연구하고 있는 과학자들이 몇 명 있었는데, 그들은 지친 빛 대안으로 일했다.[8] 관측 우주론의 규율이 20세기 후반에 전개되고 관련 데이터가 더욱 많고 정확해짐에 따라 빅뱅은 관측 증거에 의해 가장 뒷받침되는 우주론 이론으로 등장했고, 국가를 정확히 규정하는 현재의 파라메트리제이션으로 받아들여진 합의 모델로 남아 있다.우주의 진화. 비록 "피곤한 빛 우주론"의 제안은 이제 역사의 더스트빈으로 다소 밀리고 있지만, 완전히 대안적인 제안으로서 피로한 빛 우주론들은 1980년대까지 우주론 문헌에서 고려할 가치가 있는 먼 가능성으로 여겨졌다. 천체 [9]물리학자

톨만 표면 밝기 테스트는 우주적 적색 편향에 대한 피곤한 빛 설명을 배제한다.

1990년대와 21세기에 걸쳐서, 많은 거짓 관측들은 "피곤한 빛" 가설이 우주론적 적색 편향에 대해 실현 가능한 설명이 아니라는 것을 보여주었다.[2] 예를 들어, 지친 빛 메커니즘이 있는 정적 우주에서 별과 은하의 표면 밝기는 일정해야 한다. 즉, 물체가 멀리 있을수록 우리는 빛을 적게 받지만, 그 겉보기 영역도 줄어들기 때문에, 수신된 빛은 겉보기 영역으로 나누어서 일정해야 한다. 팽창하는 우주에서는 거리에 따라 표면 밝기가 감소한다. 관측된 물체가 퇴보함에 따라 각 광자는 이전 광자보다 약간 긴 거리를 이동해야 하기 때문에 감소된 비율로 광자가 방출되는 반면, 더 큰 거리에서 적색편향이 증가하여 에너지가 약간 감소한다. 반면에 팽창하는 우주에서는 그 물체가 실제보다 더 큰 것으로 보인다. 왜냐하면 광자들이 여행을 시작할 때 우리에게 더 가까웠기 때문이다. 이것은 정적인 우주와 팽창하는 우주 사이에 물체의 표면의 광채의 차이를 야기한다. 이것은 톨만 표면 밝기 시험으로 알려져 있는데, 이러한 연구들에서 팽창하는 우주 가설을 선호하고 정적 피곤한 빛 모델을 배제한다.[10][11][12]

적색시프트는 직접 관측할 수 있고 우주론자들이 시간을 되돌아보는 직접적인 척도로 사용한다. 그들은 종종 나이와 물체와의 거리를 나이나 광년이라기 보다는 적색편향의 관점에서 언급한다. 그런 규모에서 빅뱅은 무한대의 적색변환에 해당한다.[10] 팽창하는 우주를 가지고 있지 않은 대체 중력 이론은 대체 상대성 이론의 확대 지표에 수생인 적색 편차와 거리 사이의 관련성을 설명하는 대안이 필요하다. 모든 저자들이 반드시 역사적 선행자를 알고 있는 것은 아니지만, 그러한 이론들을 "피곤한 우주론"이라고 부르기도 한다.[13]

특정 위조 모델

허블 울트라 딥 필드는 100억 광년 이상 떨어져 있는 은하의 이미지다. 지친 빛이 정확한 설명이었다면, 이 은하들은 가까운 은하들에 비해 흐릿하게 보일 것이다. 그들은 산란 과정이 적색-거리 관계를 유발한다는 제안을 배제하지 않는다.

일반적으로 관찰된 적색 편향은 다음과 같이 몇 가지 기본적인 문제를 해결해야 한다.

  • 어떤 파장 대역에서도 같은 측정을 인정하다.
  • 흐릿하게 보이지 않다
  • 초신성 데이터와 관찰된 자세한 허블 관계를 따른다(가속 우주 참조).
  • 우주적으로 먼 사건의 관련 시간 확장에 대해 설명하라.

수년에 걸쳐 여러 가지 지친 빛 메커니즘이 제안되어 왔다. 프리츠 즈위키는 그의 논문에서 이 모델들을 제안하면서, 몇몇은 배제하면서, 많은 적색 임시적인 설명들을 조사했다. 피로한 빛 이론의 가장 단순한 형태는 이동 거리에서의 광자 에너지의 기하급수적인 감소를 가정한다.

여기서 ( ) 은 광원에서 거리 x}에있는 광자의 에너지, 은 광원의 광자의 에너지, 은 "공간 저항"을 나타내는 큰 상수이다. 허블의 법칙에 대응하려면 상수 0 이 몇 기가파르초여야 한다. 예를 들어, Zwicky는 통합 콤프턴 효과가 위 모델의 스케일 정규화를 설명할 수 있는지 여부를 고려했다.

... 먼 성운에서 나오는 빛은 [성간 공간에서] 그 자유 전자들에 대한 콤프턴 효과에 의해 적색으로 전환될 것이다. [...] 그러나 그렇게 되면 사방으로 흩어진 빛은 성간 공간을 견딜 수 없을 정도로 불투명하게 만들 것이고, 이는 위의 설명을 흩뿌리는 것이다.[...] 산란 pr에 기초한 어떠한 설명도 명백하다.콤프턴 효과나 라만 효과 등과 같은 오퍼스는 영상의 좋은 정의와 관련하여 절망적인 위치에 있을 것이다.[5]

우주적으로 멀리 떨어져 있는 물체들의 이러한 예상 "블러링"은 관측 증거에서는 볼 수 없지만, 이것을 확실히 보여주기 위해서는 그 당시 이용 가능한 것보다 훨씬 큰 망원경이 필요할 것이다. 또는 Zwicky는 적색 임시 거리 관계에 대한 일종의 삭스-울프 효과 설명을 제안했다.

은하 중심에서 서로 다른 거리에서 정적 중력 전위의 차이로 인해 스펙트럼 라인의 변화를 기대할 수 있다. 물론 이 효과는 우리 자신의 계통으로부터 관측된 은하의 거리와는 아무런 관계가 없으며 따라서 본 논문에서 논의된 현상에 대한 어떠한 설명도 제공할 수 없다.[5]

Zwicky의 제안은 나중의 관찰에 따라 신중하게 위조 가능한 것으로 제시되었다.

…[a] 콤프턴 효과의 중력 아날로그 [...] 위의 적색 편향은 이러한 흡수선을 적색 쪽으로 비대칭적으로 넓혀야 한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 만약 이러한 선들이 충분히 높은 분산으로 촬영될 수 있다면, 선 무게중심의 변위는 빛이 방출되는 시스템의 속도에 관계 없이 적색시프트를 제공할 것이다.[5]

흡수선의 그러한 확장은 고적색 물체에서는 보이지 않으므로 이 특별한 가설을 왜곡한다.[14]

Zwicky는 또한 같은 논문에서 피로한 빛 모델에 따르면 거리-적색-적색-적색-적색-적색 관계는 열성-속도 기반 이론 아래 나타나지 않는 우리 은하 내 원천으로부터의 빛에 반드시 존재할 것이라고 언급한다. 그는 우리 은하계 내의 빛의 근원을 언급하면서 "관측된 물체의 적절한 속도와 무관하게 적색시프트를 결정하는 것이 특히 바람직하다"[5]고 쓰고 있다. 그 후 천문학자들은 끈기 있게 은하의 3차원 속도 위치 위상 공간을 설계하고 나선 은하의 통계적 분포와 잘 부합하는 은하 물체의 적색 편향과 블루스 편향을 발견해 내적인 적색 편향 성분을 효과로 제거했다.[15]

에드윈 허블과 리차드 톨먼은 1935년 즈위키에 이어, 열성적 적색 편향과 비반복적 편향을 비교하면서 다음과 같이 적었다.

…하지만, 만약 적색 이동이 열성 운동 때문이 아니라면, 그 설명은 아마도 상당히 새로운 물리 원리[...]와 우주의 정적 아인슈타인 모델의 사용을 포함하게 될 것이며, 성운에서 방출된 광자들이 관찰자로의 여행에서 에너지를 잃는다는 가정과 결합하게 될 것이다.알려진 효과, 거리 선형이며, 감지할 수 있는 가로 편향 없이 주파수 감소를 초래한다.[16]

이러한 조건들은 거의 충족이 불가능해졌고 적색-거리 관계에 대한 일반적인 상대론적 설명의 전반적인 성공은 우주의 빅뱅 모델이 연구자들이 선호하는 우주론으로 남아 있는 핵심적인 이유 중 하나이다.

1950년대 초 에르윈 핀레이-프룬드리히 교수는 "방사능장을 가로지르는 광자를 관찰해 에너지를 상실한 결과"[17]라고 레드시프트를 제안했는데, 이는 1962년 맨체스터 대학 물리학 교수 P.F. 브라운의 천체물리학 이론 네이처 논문에서 레드시프트 거리 관계에 대한 설명으로 인용되고 주장되었다.[18] 뛰어난 우주론자인 랄프 애셔 앨퍼는 3개월 후 이 접근방식을 강하게 비판한 이 제안에 대해 "이러한 손실에 대해 일반적으로 받아들여지는 물리적 메커니즘은 제안되지 않았다"[19]고 네이처에 서신을 보냈다. 때까지 소위"정밀 우주론의 나이는"WMAP우주 탐사선과 현대 redshift에서 결과에가 열렸습니다 여전히, 피곤한 빛 모델은 주류 잡지에 실려 질 수 있는 자연의 2월 1979년판"광자 붕괴"을 제안함에 있는 곡선의 spacetime[21]그것에 출판되었다 등 surveys,[20].fi다몇 달 후 같은 저널에서 태양 사지에서 관찰된 중력 적색 편향의 관측과는 완전히 일치하지 않는다고 비판하였다.[22] 1986년 피로한 빛 이론이 우주 팽창보다 적색 편차를 더 잘 설명했다고 주장하는 논문이 천체물리학 저널에 발표되었으나,[23] 10개월 후 같은 저널에서 그러한 피로한 빛 모델은 현존하는 관찰과 일치하지 않는 것으로 나타났다.[24] 으로서 우주 측정 더 우주 데이터 세트의 통계 개선 정확한가, 피곤한 빛 제안들은, 이론 2001년 과학 작가 찰스 Seife에 의해"물리학의 가장자리가 30년 전에 단단히 있는 백인에 falsified,[1][2][3]고, 여전히, 과학자들려면 코트 샘플 및 팁을 좀 더 직접적인 교정을 했다.eexpans우주의 이온"[25]

참고 항목

참조

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  5. ^ a b c d e Zwicky, F. (1929). "On the Redshift of Spectral Lines Through Interstellar Space". Proceedings of the National Academy of Sciences. 15 (10): 773–779. Bibcode:1929PNAS...15..773Z. doi:10.1073/pnas.15.10.773. PMC 522555. PMID 16577237.
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  14. ^ 예를 들어 http://astrobites.com/2011/04/27/prospecting-for-c-iv-at-high-redshifts/에 표시된 고임프트 스펙트럼을 참조하십시오.
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