作业帮光在传播过程中为什么会发生红位移?
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/25 21:06:09
光在传播过程中为什么会发生红位移?
根据爱因斯坦光速不变原理,对于任何惯性参考系光速是不变的,那么发生红位移是不是代表了传播过程中光子能量发生了损耗?光波并非机械波,为何会发生与机械波类似的多普勒效应?
根据爱因斯坦光速不变原理,对于任何惯性参考系光速是不变的,那么发生红位移是不是代表了传播过程中光子能量发生了损耗?光波并非机械波,为何会发生与机械波类似的多普勒效应?
1914年,工作在洛韦尔天文台的维斯托·斯里弗发现,15个称为旋涡星云(现在叫做星系)的天体中有11个的光都显示红移.1922年,威尔逊山天文台的埃德温·哈勃和米尔顿·哈马逊进行了更多的类似观测.哈勃首先确定了星云是和银河系一样的另外的星系.然后,他们发现大量星系的光都有红移.到了1929年,哈勃主要通过将红移和视亮度的比较,确立了星系的红移与它们到我们的距离成正比的关系(现在称为哈勃定律).这个定律仅对很少几个在空间上离银河系最近的星系不成立,例如仙女座星系的光谱显示的是蓝移.
起初,遥远星系的红移被解释成星系在空间运动的多普勒效应,似乎它们全都是由于以银河系为中心的一次爆炸而四散飞开.但很快就意识到,这种膨胀早已隐含在发现哈勃定律之前十几年发表的广义相对论方程式之中.当阿尔伯特·爱因斯坦本人1917年首次应用那些方程式导出关于宇宙的描述(宇宙模型)时,它发现方程式要求宇宙必须处于运动状态——要么膨胀,要么收缩.方程式排除了稳定模型存在的可能性.由于当时无人知晓宇宙是膨胀的,于是爱因斯坦在方程式中引入一个虚假的因子,以保持模型静止；他后来说这是他一生‘最大的失误’.
去掉那个虚假因子后,爱因斯坦方程式能准确描述哈勃观测到的现象.方程式表明,宇宙应该膨胀,这并不是因为星系在空间运动,而是星系之间的虚无空间(严格说是时空)在膨胀.这种宇宙学红移的产生,是因为遥远星系的光在其传播途中被膨胀的空间拉开了,而且拉开的程度与空间膨胀的程度一样.
由于红移正比于距离,这就给宇宙学家提供了一个测量宇宙的衡量标准.量竿必须通过测量较近星系来校准,虽然这种校准还有一些不确定性(见宇宙距离尺度),但它仍然是宇宙学惟一最重要的发现.没有测量距离的方法,宇宙学家就不可能真正开始认识宇宙的本质,而哈勃定律的准确性表明,广义相对论是关于宇宙如何运转的极佳描述.
起初,遥远星系的红移被解释成星系在空间运动的多普勒效应,似乎它们全都是由于以银河系为中心的一次爆炸而四散飞开.但很快就意识到,这种膨胀早已隐含在发现哈勃定律之前十几年发表的广义相对论方程式之中.当阿尔伯特·爱因斯坦本人1917年首次应用那些方程式导出关于宇宙的描述(宇宙模型)时,它发现方程式要求宇宙必须处于运动状态——要么膨胀,要么收缩.方程式排除了稳定模型存在的可能性.由于当时无人知晓宇宙是膨胀的,于是爱因斯坦在方程式中引入一个虚假的因子,以保持模型静止；他后来说这是他一生‘最大的失误’.
去掉那个虚假因子后,爱因斯坦方程式能准确描述哈勃观测到的现象.方程式表明,宇宙应该膨胀,这并不是因为星系在空间运动,而是星系之间的虚无空间(严格说是时空)在膨胀.这种宇宙学红移的产生,是因为遥远星系的光在其传播途中被膨胀的空间拉开了,而且拉开的程度与空间膨胀的程度一样.
由于红移正比于距离,这就给宇宙学家提供了一个测量宇宙的衡量标准.量竿必须通过测量较近星系来校准,虽然这种校准还有一些不确定性(见宇宙距离尺度),但它仍然是宇宙学惟一最重要的发现.没有测量距离的方法,宇宙学家就不可能真正开始认识宇宙的本质,而哈勃定律的准确性表明,广义相对论是关于宇宙如何运转的极佳描述.