Dịch chuyển đỏ vũ trụ và Khoảng cách

Khi vũ trụ giãn nở, ánh sáng từ các nguồn xa xôi bị kéo dài đến các bước sóng dài hơn, đây là dịch chuyển đỏ vũ trụ, và bản thân khái niệm khoảng cách được chia thành nhiều thước đo riêng biệt, phụ thuộc vào sự giãn nở.

Definition

Dịch chuyển đỏ vũ trụ là sự tăng bước sóng của ánh sáng theo hệ số mà hệ số tỷ lệ đã tăng lên trong quá trình truyền đi, và các khoảng cách vũ trụ là các đại lượng phụ thuộc vào người quan sát và phương pháp (đồng chuyển động, độ sáng, đường kính góc) mà chỉ quy về một khoảng cách Euclid duy nhất trong giới hạn gần, dịch chuyển đỏ thấp.

Scope

Chủ đề này bao gồm dịch chuyển đỏ vũ trụ như một sự kéo dài bước sóng do sự tăng trưởng của hệ số tỷ lệ, sự khác biệt của nó với dịch chuyển Doppler và dịch chuyển đỏ hấp dẫn, và họ các thước đo khoảng cách, đồng chuyển động, thích hợp, độ sáng và đường kính góc, phát sinh trong không thời gian giãn nở, cùng với cách mỗi thước đo liên quan đến dịch chuyển đỏ và lịch sử giãn nở.

Core questions

• Tại sao dịch chuyển đỏ vũ trụ không đơn thuần là dịch chuyển Doppler?
• Dịch chuyển đỏ liên quan đến lịch sử giãn nở của vũ trụ như thế nào?
• Tại sao có một số định nghĩa khác nhau về khoảng cách trong vũ trụ học?

Key concepts

• Dịch chuyển đỏ vũ trụ
• Hệ số tỷ lệ tại thời điểm phát xạ
• Khoảng cách đồng chuyển động
• Khoảng cách độ sáng
• Khoảng cách đường kính góc
• Nến và thước đo chuẩn

Key theories

Dịch chuyển đỏ từ sự tăng trưởng hệ số tỷ lệ

Bước sóng ánh sáng quan sát được kéo dài tỷ lệ với mức độ tăng trưởng của hệ số tỷ lệ kể từ khi phát xạ, do đó dịch chuyển đỏ trực tiếp đo lường sự giãn nở tương đối của vũ trụ giữa phát xạ và quan sát chứ không phải là một vận tốc cục bộ.

Nhiều thước đo khoảng cách

Trong một vũ trụ giãn nở, khoảng cách độ sáng (từ độ sáng quan sát được) và khoảng cách đường kính góc (từ kích thước quan sát được) khác nhau và khác với khoảng cách đồng chuyển động, tất cả đều liên quan thông qua dịch chuyển đỏ và lịch sử giãn nở, do đó khoảng cách mà người ta suy ra phụ thuộc vào những gì được đo.

Clinical relevance

Những mối quan hệ này biến các quan sát thành vũ trụ học: đo độ sáng của các siêu tân tinh chuẩn chống lại dịch chuyển đỏ của chúng cho thấy sự giãn nở tăng tốc, và khoảng cách đường kính góc đến nền vi sóng vũ trụ và đến các đặc điểm phân cụm thiên hà hạn chế hình học và thành phần của vũ trụ.

History

Slipher đã đo các dịch chuyển đỏ thiên hà đầu tiên vào những năm 1910, và Hubble vào năm 1929 đã kết hợp dịch chuyển đỏ với các ước tính khoảng cách để tiết lộ mối quan hệ dịch chuyển đỏ-khoảng cách tuyến tính; việc hiểu những dịch chuyển này là sự giãn nở vũ trụ chứ không phải chuyển động thông thường xuất phát từ cách giải thích của Friedmann-Lemaitre về thuyết tương đối rộng.

Key figures

• Edwin Hubble
• Georges Lemaitre
• Vesto Slipher

Seminal works

• weinberg2008
• hogg1999

Frequently asked questions

Các thiên hà có bị dịch chuyển đỏ vì chúng di chuyển ra xa chúng ta không?

Ở quy mô vũ trụ, dịch chuyển đỏ phát sinh từ sự giãn nở của không gian kéo dài ánh sáng trong quá trình truyền đi, chứ không phải từ chuyển động trong không gian; ở gần, nó có thể được xấp xỉ như một vận tốc lùi, nhưng ở dịch chuyển đỏ cao, cách giải thích giãn nở là cần thiết và 'tốc độ' lùi thậm chí có thể vượt quá c mà không vi phạm thuyết tương đối.

Tại sao một vật thể ở xa hơn có thể xuất hiện lớn hơn trong một số trường hợp?

Bởi vì khoảng cách đường kính góc trong một vũ trụ giãn nở đạt đến cực đại và sau đó giảm ở dịch chuyển đỏ cao, các vật thể rất xa có thể tạo ra một góc lớn hơn so với những vật thể gần hơn một chút, một hiệu ứng phản trực giác không có trong hình học Euclid hàng ngày.