Аннотация: Ошибка возникла в результате введения постулата о постоянстве скорости света и подкрепления ее неправильным толкованием показаний основных приборов (спектрографов), применяемых для измерения спектров излучений космических объектов.
Красное смещение - тривиальная ошибка длиной сто лет.
Тигунцев С.Г. г. Иркутск
Для начала рассмотрим - что же за явление такое Красное Смещение, как оно описано в источниках информации, какова его роль в развитии науки. В современной физике под красным смещением понимают изменение частот электромагнитного излучения, как одно из проявлений эффекта Допплера. Название "красное смещение" связано с тем, что в видимой части спектра в результате этого явления линии оказываются смещенными к его красному концу. Красное смещение наблюдается и в излучениях любых других частот, например в радиодиапазоне. Противоположный эффект, связанный с повышением частот, называется фиолетовым смещением. Чаще всего термин "красное смещение" используется для обозначения двух явлений - космологического и гравитационного.
Космологическим красным смещением называют наблюдаемое смещение спектральных линий в сторону длинных волн от далекого космического источника (например, галактики или квазара) в расширяющейся Вселенной по сравнению с длиной волны тех же линий, измеренной от неподвижного источника. Оно выражается безразмерным отношением разницы принятой (L") и испущенной (Lo) длины волны по отношению к испущенной длине волны. Например, если линия ионизированного водорода Лайман-альфа с длиной волны Lo=1251 Ангстрем (1А=10^-10 м) наблюдается на длине волны L"=4864 А, то красное смещение этой галактики Z=(L"-Lo)/Lo=3.
В соответствии с эффектом Доплера, зная красное смещение Z можно определить скорость удаления галактики V. Если скорость галактики V невелика по сравнению со скоростью света C=300000 км/с, она выражается по простой формуле V = C*Z. Если измеренное по спектральным линиям Z>1 скорость V связана с Z более сложным образом, но всегда остается меньше скорости света.
По красному смещению определяют не только скорость удаления далекой галактики от наблюдателя, но и расстояние R до нее по закону Хаббла V=Ho*R, где Ho -постоянная Хаббла. Так если при радионаблюдениях некоторой галактики длина волны нейтрального водорода Lo=21 см наблюдается на L"=21,2 см, т.е. ее красное смещение Z=(21,2-21)/21=0,01. Тогда приняв значение постоянной Хаббла Но=75 км/с/Мпс, из закона Хаббла находим расстояние R=V/Ho=C*Z/Ho=300000*0,01/75 = 40 Мпс.
Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла (Но). Знание этой постоянной очень важно и для космологии с ней связан так называемый возраст Вселенной.
Вплоть до 50-х гг. ХХ века внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Нo, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. ХХ века для постоянной Хаббла принято значение Нo = 53,5 (км/сек)/Мгпс, обратная величина Т = 1/Нo = 18 млрд. лет.
Красное смещение также является мерой времени, протекшего с момента начала расширения Вселенной до момента испускания света в галактике. В рамках модели однородной и изотропной Вселенной со средней плотностью, равной критической плотности, это время выражается по формуле t=2/(3*Ho*(1+Z)^3/2. Так, по современным астрономическим данным, самые первые галактики образовались в момент времени, соответствующий красному смещению 5, то есть спустя примерно 1/15 часть современного возраста Вселенной. Значит, свет от этих галактик шел до нас примерно 8.5 миллиардов лет.
Красное смещение для галактик впервые было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912-14 г.г., а в 1929 г. Э. Хаббл открыл, что красное смещение для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон Хаббла). Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий.
Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, красное смещение в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным. Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что красное сещение не зависит от частоты, относительное изменение частоты Z = (fo - f")/fo совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (fo - частота некоторой линии спектра источника, f" - частота той же линии, регистрируемая приёмником; f" В теории относительности доплеровское красное смещение рассматривают как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности).
Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения красного смещения, даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения Z = 0,2, соответствующие скорости V = 60 000 км/сек и расстоянию свыше 1 млрд. пс. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т. е. такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются Z = 2 и больше. При смещениях Z = 2 скорость V= 0,8*C = 240000 км/сек. Считают, что при таких скоростях уже сказываются специфические космологические эффекты - нестационарность и кривизна пространства-времени; в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний - расстояние по красному смещению - составляет здесь, очевидно, R = V/H = 4,5 млрд. пс). Таким образом, считают, что красное смещение свидетельствует о расширении всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.
Гравитационное красное смещение считают следствием замедления темпа времени обусловленного гравитационным полем (эффект общей теории относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейном в 1911, наблюдалось начиная с 1919 сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых других звёзд. Гравитационное красное смещение принято характеризовать условной скоростью V, вычисляемой формально по тем же формулам, что и в случаях космологического красного смещения. Значения условной скорости: для Солнца V = 0,6 км/сек, для плотной звезды Сириус V = 20 км/сек. В 1959 г. впервые удалось измерить красное смещение, обусловленное гравитационным полем Земли, которое очень мало: V = 7,5*10^-5 см/сек (опыт Паунда-Ребки). В некоторых случаях (например, при гравитационном коллапсе) должно наблюдаться красное смещение обоих типов (в виде суммарного эффекта).
Таким образом, красное смещение используют как один из основных аргументов, свидетельствующих в пользу СТО и ОТО.
В чем же ошибка исследователей этого явления и чем она вызвана?
Начнем с того, что красное смещение выражается безразмерным отношением разницы принятой (L") и испущенной (Lo) длины волны по отношению к испущенной длине волны Z=(L"-Lo)/Lo, по которому следует, что длина принятой волны больше длины испущенной, т.е. как бы длина волны излучения увеличилась (и соответственно частота уменьшилась) при путешествии излучения от источника к приемнику. И этим обосновывается эффект от удаления источника от приемника (расширение Вселенной) и эффект от влияния гравитационного поля на течение времени.
Далее предположим, что:
1. Длина волны (частота) не изменяется на пути от источника к приемнику.
2. Время абсолютно (эффект ОТО - гравитационное красное смещение - отсутствует).
3. Источник не удаляется от приемника в лучевом направлении, т.е. эффект Доплера не имеет места быть (эффект СТО - космологическое красное смещение - отсутствует).
Кроме того, имеем фотографии спектров излучений космических объектов, в которых линии спектра смещены в красную сторону.
Ставим задачу - как исходя из предложенных предположений и имеющихся спектров объяснить эффект красного смещения.
Выдвинутые предположения не оставляют других вариантов кроме как поискать решение в части измерений спектров.
Известно, что спектры излучений получают с помощью спектрографов, количество схем и реализаций которых велико, но всех их объединяет то, что ох настройка осуществляется при условии постоянства скорости света. Так юстировка спектрографа выполняется по лучу лазера, скорость фотонов которого равна скорости света (C=const). Хотя справедливости ради следует отметить, что другую настройку для случая, когда скорость света отлична от номинальной, выполнить принципиально невозможно - не известно на какую скорость кроме номинальной настраивать прибор и отсутствуют источники света со скоростью отличной от номинальной.
Отсюда, единица длины волны (например, 1 метр спектрографа) устанавливается в спектроскопии как:
1метр сп. = С * t;
где: t - время, за которое свет проходит 1 метр при скорости С.
Однако, если принять что скорость света от источника отличается от скорости света в вакууме на величину дельта(С), то корректнее будет написать, что t - это время, за которое свет проходит 1 метр при скорости С-дельта(С). Уменьшение скорости света в гравитационном поле источника (планеты, звезды, галактики, квазара) следует из эфирной гипотезы гравитации.
С учетом этого 1метр сп. = С * 1метр/(С-дельта(С));
Т.е. во всех спектрографах получают не действительную величину длины волны излучения источника, а длину волны ИСКУСТВЕННО (предварительной настройкой) увеличенную в С/(С-дельта(С)) раз.
Причем при измерении этим спектрографом спектров других источников принцип остается - получают длину волны увеличенную в С/(С-дельта(С)) раз, или
L"=Lo*C/(C-дельта(С)).
Выразим красное смещение через полученные величины испущенной и зафиксированной длин волн:
Z = (L"-Lo)/Lo = Lo*(C/(C-дельта(С)) -1)/Lo = дельта(С)/(C-дельта(С)).
Из полученного выражения следует, что красное смещение обусловлено изменением скорости света.
Далее частоту зафиксированного спектрографом излучения получают по выражению:
f" = C/L".
В нашем случае f" = (C-дельта(С))/Lo = fo * (C-дельта(С))/C .
Интересно, что при этом f" * L" = fo * Lo.
Таким образом, ошибка возникла в результате введения постулата о постоянстве скорости света и подкрепления ее неправильным толкованием показаний основных приборов (спектрографов), применяемых для измерения спектров излучений космических объектов.
На самом деле длина волны света от источника (космического объекта) приходит на приемник (к наблюдателю на Земле) неизменной. Частота также неизменна. Красное смещение, толкуемое как эффект обусловленный изменением длины волны, на самом деле обусловлено изменением скорости света: Z = дельта(С) / (C-дельта(С)).
Изменением скорости света в гравитационном поле объясняются также результат опыта Паунда-Ребки (гравитационное красное смещение), аномальное ускорение космических аппаратов "Пионер-10,-11", искривление луча вблизи массивного космического объекта, эффект замедления времени в системах GPS, ГЛОНАСС.
Для лучшего понимания рассмотрим пример, как говорится на пальцах.
Грузовики непрерывно один за другим выезжают с карьера на ГОК. Учетчик ГОКа знает скорость грузовиков и длину каждого грузовика. Однако, он не знает, что грузовики едут по движущейся им навстречу дороге. Учетчику выдали линейку для измерения длин грузовиков, а длину этой линейки установили соотнесенной со скоростью движения дороги (дельта(V)) - L"=Lo*V/(V-дельта(V)). При этом каждый грузовик движется медленнее чем должен (из-за движущейся навстречу дороги) со временем (для длины одного грузовика) t" = Lo/(V-дельта(V)). Учетчик ГОКа смотрит - какая же скорость у грузовика и видит - V = L"/t" = V;
Таким образом, учетчик так и не узнает о движущейся дороге, но будет уверен, что длина каждого грузовика увеличилась в Z = (L"-Lo)/Lo раз.
Что же делать дальше? В принципе то ничего - механизм получения красного смещения в спектрах излучения космических объектов отработан очень хорошо. Остается только пересчитать по полученным коэффициентам смещения скорость света, приходящего от этих объектов.
Однако, при этом придется:
принять эфирную гипотезу гравитации;
отказаться от СТО и ОТО, закона Хаббла;
отбросить теорию Большого Взрыва и теорию разбегания галактик, т.е. признать стационарность и вечность Вселенной.
Однако, мне все не дает покоя вопрос о причине красного смещения в спектре излучения удаленных космических объектов.
Гипотеза о том, что длина волны и частота света, приходящего от удаленного объекта, не изменяется на пути следования от объекта, а красное смещение возникает из-за настройки измерительных приборов - спектрографов оказалась под сомнением (рассматривалась в теме 'Красное смещение - тривиальная ошибка'.
Когда стал глубже анализировать выражение для волны, которое я использовал для доказательств, нашел непонятность. Так уравнение плоской волны имеет вид:
E(x,t)=A*Cos[w*(t-x/V)+Fi].
Где x/V - и есть то самое время, за которое волна пройдет расстояние х, т.е. равно t.
Тогда (t-x/V) всегда равно нулю.
В чем тут дело - пока не знаю (формула то общеприменяемая), но это ставит под сомнение (прежде всего для меня самого) все мои выкладки о неизменности длины волны и частоты при движении света от удаленного источника к наблюдателю.
Однако, я не прекращал прорабатывать и другие гипотезы.
Одну из них, на мой взгляд, достаточно стройную, предлагаю Вашему вниманию.
Начнем с того, что длина волны определяется как L=V/f (V-скорость волны, f-частота).
Если волна движется навстречу волнообразующей среде, то имеем изменение длины волны (а также изменение частоты) следующего вида: L'=V'/f', где V'=V-delta(V).
Для света L'=С'/f', где С'=Со-delta(С). Здесь delta(С) приращение (торможение) скорости света в потоке эфира гравитирующего объекта.
Красное смещение определяется как Z=(L'-Lo)/Lo, а также как Z=(Co-C')/C'.
Отсюда получаем: L'=Lo*Co/C' и f'= С'/L' = fo*(С'/Сo)^2.
Получим некоторые дополнительные выражения:
L' = (1+Z)*Lo;
f' = fo*(1/(1+z))^2;
Z = (корень(fo)-корень(f'))/корень(f');
L'*f' = Lo*fo*С'/Сo;
Продемонстрируем это на примере:
'...Скорость света от квазара была 300 тыс. км/с, стала у Земли 150 тыс. км/с, длина волны была 500 нм. Надо найти какой стала длина волны и частота....'
Решаем:
красное смещение:
Z=(Co-C')/C' = (300000-150000)/150000=1.
Длина волны у наблюдателя:
L' = (1+Z)*Lo = (1+1)*500 = 1000 нм;
Частота излучения источника:
fо = Со/Lo = 300*10^6/500*10^-9 = 0,6*10^15 Гц.
Частота на приемнике:
f' = fo*(1/(1+z))^2 = 0,15*10^15 Гц.
Скорость света на приемнике:
C' = L'*f' = 1000 нм * 0,15*10^15 Гц = 150000 км/сек.
Красное смещение через частоту:
Z = (корень(fo)-корень(f'))/корень(f') =
(корень(0,6*10^15)-корень(0,15*10^15))/корень(0,15*10^15) = 1;
Красное смещение через длину волны:
Z=(L'-Lo)/Lo = (1000-500)/500 = 1.
Теперь рассмотрим причину увеличения длины волны.
В соответствии с эфирной гипотезой тяготения эфир движется к центру каждого гравитирующего объекта с ускорением g=G*M/R^2.
Волна, движущаяся против потока, растягивается этим потоком.
Это происходит за счет того, что начало и конец волны находятся в точках с различным ускорением потока. Т.е. между началом и концом волны существует разность ускорений, которая приводит к тому, что за время равное периоду (T) скорость конца одной волны изменится на величину delta(V) = (g2-g1)*T по отношению к ее началу. Т.е. конец волны пройдет иную величину пути, чем начало волны, а это значит, что увеличится длина волны. Следующая волна таким же образом увеличит свою длину.
Таким образом, delta(V)=G*M/(1/R^2-1/(R+T)^2)*T.
При движении волны от удаленного гравитирующего объекта она постоянно находится в условиях изменяющего (уменьшающегося) ускорения потока эфира - вначале потока с очень большим ускорением, затем с ускорением, уменьшающимся пропорционально квадрату расстояния. Если посчитать суммарное изменение скорости волны на всем пути, то оно будет пропорционально изменению длины волны, т.е. (L'-Lo)/Lo = (Co-C')/Co.
Отсюда следует вывод, что длина волны увеличивается только при условии изменчивости ускорения встречного потока. Если поток движется равномерно, то delta(V)=0 и изменения длины волны наблюдаться не будет.
Это относится не только к свету, но и ко всем волнам в упругих средах.