In der Physik (besonders Astrophysik) geschieht Rotverschiebung, wenn gesehenes Licht, aus einem Gegenstand kommend, der abrückt, in der Wellenlänge proportional vergrößert, oder zum roten Ende des Spektrums ausgewechselt wird. Mehr allgemein, wo ein Beobachter elektromagnetische Radiation außerhalb des sichtbaren Spektrums, "der röteren" Beträge zu einer technischen Schnellschrift für die "Zunahme in der elektromagnetischen Wellenlänge" entdeckt - der auch niedrigere Frequenz und Foton-Energie gemäß, beziehungsweise, die Welle und Quant-Theorien des Lichtes einbezieht.

Rotverschiebungen sind zur Wirkung von Doppler zuzuschreibend, in den Änderungen in den offenbaren Würfen von Sirenen und der Frequenz der ausgestrahlten Schallwellen durch die Geschwindigkeitsübertretung von Fahrzeugen vertraut; eine beobachtete Rotverschiebung wegen der Wirkung von Doppler kommt vor, wann auch immer eine leichte Quelle von einem Beobachter abrückt. Kosmologische Rotverschiebung wird wegen der Vergrößerung des Weltalls und genug entfernten leichten Quellen (allgemein mehr als einige Millionen Lichtjahre weg) Show-Rotverschiebung entsprechend der Rate der Zunahme ihrer Entfernung von der Erde gesehen. Schließlich sind Gravitationsrotverschiebungen eine relativistische Wirkung, die in der elektromagnetischen Radiation beobachtet ist, die sich aus Schwerefeldern bewegt. Umgekehrt wird eine Abnahme in der Wellenlänge blueshift genannt und wird allgemein gesehen, wenn sich ein Licht ausstrahlender Gegenstand zu einem Beobachter bewegt, oder wenn elektromagnetische Radiation in ein Schwerefeld umzieht.

Obwohl das Beobachten von Rotverschiebungen und blueshifts mehrere Landanwendungen hat (z.B, Radar von Doppler und Radarpistolen), werden Rotverschiebungen in den spektroskopischen Beobachtungen von astronomischen Gegenständen am berühmtesten gesehen.

Eine spezielle relativistische Rotverschiebungsformel (und seine klassische Annäherung) kann verwendet werden, um die Rotverschiebung eines nahe gelegenen Gegenstands zu berechnen, wenn Raum-Zeit flach ist. Jedoch verlangen viele Fälle wie schwarze Löcher und Urknall-Kosmologie, dass Rotverschiebungen mit der allgemeinen Relativität berechnet werden. Spezielle relativistische, kosmologische und Gravitationsrotverschiebungen können unter dem Regenschirm von Rahmentransformationsgesetzen verstanden werden. Dort bestehen Sie andere physische Prozesse, die zu einer Verschiebung in der Frequenz der elektromagnetischen Radiation, einschließlich des Zerstreuens und der optischen Effekten führen können; jedoch sind die resultierenden Änderungen von der wahren Rotverschiebung unterscheidbar und als solcher nicht allgemein verwiesen (sieh Abteilung auf der physischen Optik und Strahlungsübertragung).

Geschichte

Die Geschichte des Themas hat mit der Entwicklung im 19. Jahrhundert der Welle-Mechanik und der Erforschung von mit der Wirkung von Doppler vereinigten Phänomenen begonnen. Die Wirkung wird nach Christian Doppler genannt, der die erste bekannte physische Erklärung für das Phänomen 1842 angeboten hat. Die Hypothese wurde geprüft und für Schallwellen durch den holländischen Stimmzettel des Wissenschaftlers Christophorus Buys 1845 bestätigt. Doppler hat richtig vorausgesagt, dass das Phänomen für alle Wellen gelten sollte, und insbesondere darauf hingewiesen hat, dass die unterschiedlichen Farben von Sternen ihrer Bewegung in Bezug auf die Erde zugeschrieben werden konnten. Während sich diese Zuweisung erwiesen hat, falsch zu sein (Sternfarben sind Hinweise in erster Linie einer Temperatur eines Sterns, nicht Bewegung) Doppler würde später durch nachgeprüfte Rotverschiebungsbeobachtungen verteidigt.

Die erste Rotverschiebung von Doppler wurde vom französischen Physiker Hippolyte Fizeau 1848 beschrieben, der zur Verschiebung in geisterhaften Linien hingewiesen hat, die in Sternen gesehen sind als, wegen der Wirkung von Doppler zu sein. Die Wirkung wird manchmal die Doppler-Fizeau "Wirkung" genannt. 1868 war britischer Astronom William Huggins erst, um die Geschwindigkeit eines Sterns zu bestimmen, der von der Erde durch diese Methode abrückt. 1871 wurde optische Rotverschiebung bestätigt, als das Phänomen in Linien von Fraunhofer mit der Sonnenfolge, ungefähr 0.1 Å im Rot beobachtet wurde.

1887 haben Vogel und Scheiner die jährliche Wirkung von Doppler, die jährliche Änderung in der Verschiebung von Doppler von Sternen entdeckt, die in der Nähe vom ekliptischen erwarteten zur Augenhöhlengeschwindigkeit der Erde gelegen sind. 1901 hat Aristarkh Belopolsky optische Rotverschiebung im Laboratorium mit einem System von rotierenden Spiegeln nachgeprüft.

Das frühste Ereignis des Begriffes "Rotverschiebung" im Druck (in dieser mit Bindestrich geschriebenen Form), scheint, durch den amerikanischen Astronomen Walter S. Adams 1908 zu sein, wo er "Zwei Methoden erwähnt, diese Natur der nebular Rotverschiebung zu untersuchen". Das Wort scheint mit Bindestrich ungeschrieben ungefähr bis 1934 von Willem de Sitter nicht, vielleicht anzeigend, dass bis zu diesem Punkt seine deutsche Entsprechung, Rotverschiebung, allgemeiner verwendet wurde.

Mit Beobachtungen 1912 beginnend, hat Vesto Slipher entdeckt, dass die meisten spiralförmigen Nebelflecke beträchtliche Rotverschiebungen hatten. Slipher berichtet zuerst über sein Maß im Eröffnungsvolumen der Lowell Sternwarte-Meldung. Drei Jahre später hat er eine Rezension in der Zeitschrift Populäre Astronomie geschrieben. Darin setzt er fest, "[...] die frühe Entdeckung, dass die große Spirale von Andromeda die ziemlich außergewöhnliche Geschwindigkeit-300 km (/s) hatte, hat die Mittel gezeigt, die dann verfügbar, dazu fähig sind, nicht nur die Spektren der Spiralen, aber ihre Geschwindigkeiten ebenso zu untersuchen." Slipher hat die Geschwindigkeiten wegen 15 spiralförmiger Nebelfleck-Ausbreitung über den kompletten himmlischen Bereich, alle gemeldet außer, erkennbar "positiv" drei zu haben (der Ferien-ist) Geschwindigkeiten. Nachher hat Edwin Hubble eine ungefähre Beziehung zwischen den Rotverschiebungen solcher "Nebelflecke" (jetzt bekannt entdeckt, Milchstraßen in ihrem eigenen Recht zu sein), und die Entfernungen zu ihnen mit der Formulierung des Gesetzes seines namensgebenden Hubbles. Diese Beobachtungen haben die 1922-Arbeit von Alexander Friedman bekräftigt, in der er die berühmten Gleichungen von Friedmann abgeleitet hat. Sie werden heute als starke Beweise für ein dehnbares Weltall und die Urknall-Theorie betrachtet.

Maß, Charakterisierung und Interpretation

Das Spektrum des Lichtes, das aus einer einzelnen Quelle kommt (sieh idealisiertes Spektrum-Illustrationsspitzenrecht), kann gemessen werden. Um die Rotverschiebung zu bestimmen, sucht man nach Eigenschaften im Spektrum wie Absorptionslinien, Emissionslinien oder andere Schwankungen in der leichten Intensität. Wenn gefunden, können diese Eigenschaften im Vergleich zu bekannten Eigenschaften im Spektrum von verschiedenen chemischen in Experimenten gefundenen Zusammensetzungen sein, wo diese Zusammensetzung auf der Erde gelegen wird. Ein sehr allgemeines Atomelement im Raum ist Wasserstoff. Das Spektrum des ursprünglich nichts sagenden durch Wasserstoff polierten Lichtes wird ein Unterschrift-Spektrum zeigen, das zu Wasserstoff spezifisch ist, der Eigenschaften regelmäßig hat. Wenn eingeschränkt, auf Absorptionslinien würde es ähnlich der Illustration (Spitzenrecht) aussehen. Wenn dasselbe Muster von Zwischenräumen in einem beobachteten Spektrum von einer entfernten Quelle gesehen wird, aber an ausgewechselten Wellenlängen vorkommend, kann es als Wasserstoff auch identifiziert werden. Wenn dieselbe geisterhafte Linie in beiden Spektren identifiziert wird, aber an verschiedenen Wellenlängen dann kann die Rotverschiebung mit dem Tisch unten berechnet werden. Die Bestimmung der Rotverschiebung eines Gegenstands verlangt auf diese Weise eine Frequenz - oder Wellenlangenbereich. Um die Rotverschiebung zu berechnen, muss man die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes im Rest-Rahmen der Quelle, mit anderen Worten, die Wellenlänge wissen, die von einem Beobachter gemessen würde, der neben und comoving mit der Quelle gelegen ist. Seitdem in astronomischen Anwendungen kann dieses Maß nicht direkt getan werden, weil das das Reisen zum entfernten Stern von Interesse verlangen würde, wird die Methode mit geisterhaften Linien beschrieben hier stattdessen verwendet. Rotverschiebungen können durch das Schauen auf unbekannte Eigenschaften nicht berechnet werden, deren Frequenz des Rest-Rahmens, oder mit einem Spektrum unbekannt ist, das nichts sagendes oder weißes Geräusch (zufällige Schwankungen in einem Spektrum) ist.

Rotverschiebung (und blueshift) kann durch den Verhältnisunterschied zwischen den beobachteten und ausgestrahlten Wellenlängen (oder Frequenz) von einem Gegenstand charakterisiert werden. In der Astronomie ist es üblich, um sich auf diese Änderung mit genanntem z einer ohne Dimension Menge zu beziehen. Wenn λ Wellenlänge vertritt und f Frequenz vertritt (Zeichen, λf = c, wo c die Geschwindigkeit des Lichtes ist), dann wird z durch die Gleichungen definiert:

Nachdem z gemessen wird, ist die Unterscheidung zwischen Rotverschiebung und blueshift einfach eine Sache dessen, ob z positiv oder negativ ist. Sieh die Formel-Abteilung unten für einige grundlegende Interpretationen, die folgen, wenn entweder eine Rotverschiebung oder blueshift beobachtet werden. Zum Beispiel, Wirkung von Doppler blueshifts (z

Rotverschiebungsformeln

In der allgemeinen Relativität kann man mehrere wichtige Formeln des speziellen Falls für die Rotverschiebung in der bestimmten speziellen Raum-Zeit-Geometrie, wie zusammengefasst, im folgenden Tisch ableiten. In allen Fällen ist der Umfang der Verschiebung (der Wert von z) der Wellenlänge unabhängig.

Wirkung von Doppler

Wenn eine Quelle des Lichtes von einem Beobachter abrückt, dann Rotverschiebung (z> kommt 0) vor; wenn die Quelle an den Beobachter herangeht, dann blueshift (z), die Rotverschiebung wird durch gegeben

: (seitdem)

wo c die Geschwindigkeit des Lichtes ist. In der klassischen Wirkung von Doppler wird die Frequenz der Quelle nicht modifiziert, aber die Ferienbewegung verursacht das Trugbild einer niedrigeren Frequenz.

Eine mehr ganze Behandlung der Rotverschiebung von Doppler verlangt das Betrachten relativistischer Effekten, die mit der Bewegung von Quellen in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes vereinigt sind. Eine ganze Abstammung der Wirkung kann im Artikel über die relativistische Wirkung von Doppler gefunden werden. Kurz gesagt Gegenstände, die sich in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes bewegen, werden Abweichungen von der obengenannten Formel wegen der Zeitausdehnung der speziellen Relativität erfahren, die für durch das Einführen des Faktors von Lorentz γ in die klassische Formel von Doppler wie folgt korrigiert werden kann:

:

Dieses Phänomen wurde zuerst in einem 1938-Experiment beobachtet, das von Herbert E. Ives und G.R. Stilwell durchgeführt ist, genannt das Experiment von Ives-Stilwell.

Da der Faktor von Lorentz nur vom Umfang der Geschwindigkeit abhängig ist, veranlasst das die mit der relativistischen Korrektur vereinigte Rotverschiebung, der Orientierung der Quellbewegung unabhängig zu sein. Im Gegensatz ist der klassische Teil der Formel vom Vorsprung der Bewegung der Quelle in die Gesichtslinie abhängig, die verschiedene Ergebnisse für verschiedene Orientierungen nachgibt. Wenn θ der Winkel zwischen der Richtung der Verhältnisbewegung ist und die Richtung der Emission im Rahmen des Beobachters (Nullwinkel direkt weg vom Beobachter ist), wird die volle Form für die relativistische Wirkung von Doppler:

:

und für die Bewegung allein in der Gesichtslinie (θ = 0 °) nimmt diese Gleichung ab zu:

:

Für den speziellen Fall, dem sich das Licht rechtwinklig (θ = 90 °) zur Richtung der Verhältnisbewegung im Rahmen des Beobachters nähert, ist die relativistische Rotverschiebung als die Querrotverschiebung und eine Rotverschiebung bekannt:

:

wird gemessen, wenn auch der Gegenstand vom Beobachter nicht abrückt. Selbst wenn die Quelle an den Beobachter herangeht, wenn es einen Querbestandteil zur Bewegung dann gibt, gibt es etwas Geschwindigkeit, mit der die Ausdehnung gerade den erwarteten blueshift annulliert und mit der höheren Geschwindigkeit die sich nähernde Quelle redshifted sein wird.

Vergrößerung des Raums

Im frühen Teil des zwanzigsten Jahrhunderts, Slipher, haben Hubble und andere die ersten Maße der Rotverschiebungen und blueshifts von Milchstraßen außer der Milchstraße gemacht. Sie haben am Anfang diese Rotverschiebungen und blueshifts als allein dank der Wirkung von Doppler interpretiert, aber später hat Hubble eine raue Korrelation zwischen den zunehmenden Rotverschiebungen und der zunehmenden Entfernung von Milchstraßen entdeckt. Theoretiker haben fast sofort begriffen, dass diese Beobachtungen durch einen verschiedenen Mechanismus erklärt werden konnten, um Rotverschiebungen zu erzeugen. Das Gesetz von Hubble der Korrelation zwischen Rotverschiebungen und Entfernungen ist durch Modelle der Kosmologie erforderlich ist auf allgemeine Relativität zurückzuführen gewesen, die eine metrische Vergrößerung des Raums haben. Infolgedessen werden Fotonen, die sich durch den dehnbaren Raum fortpflanzen, gestreckt, die kosmologische Rotverschiebung schaffend.

Es gibt eine Unterscheidung zwischen einer Rotverschiebung im kosmologischen Zusammenhang verglichen damit bezeugt, wenn nahe gelegene Gegenstände eine lokale Doppler-Wirkungsrotverschiebung ausstellen. Anstatt kosmologischer Rotverschiebungen, die eine Folge von Verhältnisgeschwindigkeiten sind, nehmen die Fotonen stattdessen in der Wellenlänge und Rotverschiebung wegen einer Eigenschaft der Raum-Zeit zu, durch die sie reisen, der Raum veranlasst sich auszubreiten. Wegen der Vergrößerung, die weil zunimmt, nehmen Entfernungen zu, die Entfernung zwischen zwei entfernten Milchstraßen kann an mehr als 3 m/s zunehmen, aber das deutet nicht an, dass sich die Milchstraßen schneller bewegen als die Geschwindigkeit des Lichtes an ihrem Standort (der durch die Kovarianz von Lorentz verboten wird).

Mathematische Abstammung

Die Beobachtungsfolgen dieser Wirkung können mit den Gleichungen von der allgemeinen Relativität abgeleitet werden, die ein homogenes und isotropisches Weltall beschreiben.

Um die Rotverschiebungswirkung abzuleiten, verwenden Sie die geodätische Gleichung für eine leichte Welle, die ist

:

wo

• ist der Raum-Zeit-Zwischenraum
• ist der Zeitabstand
• ist der Raumzwischenraum
• ist die Geschwindigkeit des Lichtes
• ist der zeitabhängige kosmische Einteilungsfaktor
• ist die Krümmung pro Einheitsgebiet.

Für einen Beobachter, der den Kamm einer leichten Welle an einer Position und Zeit beobachtet, wurde der Kamm der leichten Welle auf einmal in der Vergangenheit und einer entfernten Position ausgestrahlt. Die Integrierung über den Pfad in beider Zeit und Raum, dass die leichte Welle Erträge reist:

:

c \int_ {t_\mathrm {dann}} ^ {t_\mathrm {jetzt}} \frac {dt} {ein }\\; =

\int_ {R} ^ {0} \frac {Dr} {\\sqrt {1-kr^2} }\\.

</Mathematik>

Im Allgemeinen ist die Wellenlänge des Lichtes nicht dasselbe für die zwei Positionen und Zeiten hat wegen der sich ändernden Eigenschaften des metrischen in Betracht gezogen. Als die Welle ausgestrahlt wurde, hatte sie eine Wellenlänge. Der folgende Kamm der leichten Welle wurde auf einmal ausgestrahlt

:

Der Beobachter sieht den folgenden Kamm der beobachteten leichten Welle mit einer Wellenlänge, um auf einmal anzukommen

:

Da der nachfolgende Kamm wieder davon ausgestrahlt wird und daran beobachtet wird, kann die folgende Gleichung geschrieben werden:

:

c \int_ {t_\mathrm {dann} + \lambda_\mathrm {dann}/c} ^ {t_\mathrm {jetzt} + \lambda_\mathrm {jetzt}/c} \frac {dt} {ein }\\; =

\int_ {R} ^ {0} \frac {Dr} {\\sqrt {1-kr^2} }\\.</Mathematik>

Die Rechte der zwei Integralgleichungen ist oben identisch, was bedeutet

:

c \int_ {t_\mathrm {dann} + \lambda_\mathrm {dann}/c} ^ {t_\mathrm {jetzt} + \lambda_\mathrm {jetzt}/c} \frac {dt} {ein }\\; =

c \int_ {t_\mathrm {dann}} ^ {t_\mathrm {jetzt}} \frac {dt} {ein }\\,

</Mathematik>

oder, wechselweise,

:

\int_ {t_\mathrm {jetzt}} ^ {t_\mathrm {jetzt} + \lambda_\mathrm {jetzt}/c} \frac {dt} {ein }\\; =

\int_ {t_\mathrm {dann}} ^ {t_\mathrm {dann} + \lambda_\mathrm {dann}/c} \frac {dt} {ein }\\.

</Mathematik>

Für sehr kleine Schwankungen rechtzeitig (im Laufe der Periode eines Zyklus einer leichten Welle) ist der Einteilungsfaktor im Wesentlichen eine Konstante (heute und vorher). Das gibt nach

:</Mathematik>

der als umgeschrieben werden kann

:

Mit der Definition der Rotverschiebung, die oben, die Gleichung zur Verfügung gestellt ist

:

wird erhalten. In einem dehnbaren Weltall wie dasjenige bewohnen wir, der Einteilungsfaktor ist monotonically, der zunimmt, weil Zeit so geht, ist z positiv, und entfernte Milchstraßen erscheinen redshifted.

----

Mit einem Modell der Vergrößerung des Weltalls kann Rotverschiebung mit dem Alter eines beobachteten Gegenstands, der so genannten kosmischen Zeitrotverschiebungsbeziehung verbunden sein. Zeigen Sie ein Dichte-Verhältnis als Ω an:

:

mit ρ die kritische Dichte, die ein Weltall abgrenzt, das schließlich von demjenigen knirscht, der sich einfach ausbreitet. Diese Dichte ist ungefähr drei Wasserstoffatome pro Tausend Liter vom Raum. An großen Rotverschiebungen findet man:

:

wo H = heutiger Hubble unveränderlich, und z = Rotverschiebung.

Das Unterscheiden zwischen kosmologischen und lokalen Effekten

Für kosmologische Rotverschiebungen von z kann Die resultierende Situation durch das Dehnbare Gummiplatte-Weltall illustriert werden, eine allgemeine kosmologische Analogie hat gepflegt, die Vergrößerung des Raums zu beschreiben. Wenn zwei Gegenstände durch Kugellager und Raum-Zeit durch eine sich streckende Gummiplatte vertreten werden, wird die Wirkung von Doppler durch das Rollen der Bälle über die Platte verursacht, um eigenartige Bewegung zu schaffen. Die kosmologische Rotverschiebung kommt vor, wenn die Kugellager zur Platte durchstochen werden und die Platte gestreckt wird.

Die Rotverschiebungen von Milchstraßen schließen sowohl einen Bestandteil ein, der mit der Feriengeschwindigkeit von der Vergrößerung des Weltalls als auch ein Bestandteil verbunden ist, der mit der eigenartigen Bewegung (Verschiebung von Doppler) verbunden ist. Die Rotverschiebung wegen der Vergrößerung des Weltalls hängt von der Feriengeschwindigkeit nach einer Mode ab, die durch das kosmologische Modell bestimmt ist, das gewählt ist, um die Vergrößerung des Weltalls zu beschreiben, das davon sehr verschieden ist, wie Rotverschiebung von Doppler von lokaler Geschwindigkeit abhängt. Den kosmologischen Vergrößerungsursprung der Rotverschiebung beschreibend, hat Kosmologe Edward Robert Harrison gesagt, "Licht verlässt eine Milchstraße, die in seinem lokalen Gebiet des Raums stationär ist, und schließlich von Beobachtern erhalten wird, die in ihrem eigenen lokalen Gebiet des Raums stationär sind. Zwischen der Milchstraße und dem Beobachter reist Licht durch riesengroße Gebiete, Raum auszubreiten. Infolgedessen werden alle Wellenlängen des Lichtes durch die Vergrößerung des Raums gestreckt. Es ist so einfach. ... Steven Weinberg hat sich geklärt, "Die Zunahme der Wellenlänge von der Emission bis Absorption des Lichtes hängt von der Rate der Änderung (t) [hier (t) nicht ab, ist der Robertson-Spaziergänger-Einteilungsfaktor] in den Zeiten der Emission oder Absorption, aber auf der Zunahme (t) in der ganzen Periode von der Emission bis Absorption."

Populäre Literatur verwendet häufig den Ausdruck "Rotverschiebung von Doppler" statt der "kosmologischen Rotverschiebung", um die Rotverschiebung von durch die Vergrößerung der Raum-Zeit beherrschten Milchstraßen zu beschreiben, aber die kosmologische Rotverschiebung wird mit der relativistischen Gleichung von Doppler nicht gefunden, die stattdessen durch die spezielle Relativität charakterisiert wird; so ist v> c unmöglich, während, im Gegensatz, v> c für kosmologische Rotverschiebungen möglich ist, weil sich der Raum, der die Gegenstände trennt (zum Beispiel, ein Quasar von der Erde) schneller ausbreiten kann als die Geschwindigkeit des Lichtes. Mathematischer ist der Gesichtspunkt, dass "entfernte Milchstraßen" und der Gesichtspunkt zurücktreten, dass "sich der Raum zwischen Milchstraßen ausbreitet", durch das Ändern von Koordinatensystemen verbunden. Das Ausdrücken davon verlangt genau das Arbeiten mit der Mathematik des Friedmann-Robertson-Walker metrischen.

Wenn sich das Weltall statt der Erweiterung zusammenzöge, würden wir entfernte Milchstraßen blueshifted durch einen Betrag sehen, der zu ihrer Entfernung statt redshifted proportional ist.

Gravitationsrotverschiebung

In der Theorie der allgemeinen Relativität gibt es Zeitausdehnung innerhalb eines Gravitations-gut. Das ist als die Gravitationsrotverschiebung oder Verschiebung von Einstein bekannt. Die theoretische Abstammung dieser Wirkung folgt aus der Lösung von Schwarzschild der Gleichungen von Einstein, die die folgende Formel für die Rotverschiebung nachgibt, die mit einem Foton vereinigt ist, das im Schwerefeld eines unbeladenen, des Nichtdrehens, der kugelförmig symmetrischen Masse reist:

:wo

• ist die Gravitationskonstante,

• ist die Masse des Gegenstands, der das Schwerefeld, schafft

• ist die radiale Koordinate der Quelle (der der klassischen Entfernung vom Zentrum des Gegenstands analog ist, aber wirklich eine Koordinate von Schwarzschild ist), und

• ist die Geschwindigkeit des Lichtes.

Dieses Gravitationsrotverschiebungsergebnis kann aus den Annahmen der speziellen Relativität und des Gleichwertigkeitsgrundsatzes abgeleitet werden; die volle Theorie der allgemeinen Relativität ist nicht erforderlich.

Die Wirkung ist sehr klein, aber auf der Erde mit der Wirkung von Mössbauer messbar und wurde zuerst im Experiment des Pfundes-Rebka beobachtet. Jedoch ist es in der Nähe von einem schwarzen Loch bedeutend, und weil sich ein Gegenstand dem Ereignis-Horizont nähert, wird die rote Verschiebung unendlich. Es ist auch die dominierende Ursache von großen Temperaturschwankungen der winkeligen Skala in der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation (sieh Wirkung von Sachs-Wolfe).

Beobachtungen in der Astronomie

Die in der Astronomie beobachtete Rotverschiebung kann gemessen werden, weil die Emission und Absorptionsspektren für Atome kennzeichnend und weithin bekannt, von spektroskopischen Experimenten in Laboratorien auf der Erde kalibriert sind. Wenn die Rotverschiebung der verschiedenen Absorption und Emissionslinien von einem einzelnen astronomischen Gegenstand gemessen wird, wie man findet, ist z bemerkenswert unveränderlich. Obwohl entfernte Gegenstände ein bisschen verschmiert werden können und Linien verbreitert, ist es dadurch nicht mehr als kann durch die thermische oder mechanische Bewegung der Quelle erklärt werden. Aus diesen Gründen und anderen besteht die Einigkeit unter Astronomen darin, dass die Rotverschiebungen, die sie beobachten, wegen einer Kombination der drei feststehenden Formen von Doppler ähnlichen Rotverschiebungen sind. Alternative Hypothesen und Erklärungen für die Rotverschiebung wie müdes Licht werden plausibel nicht allgemein betrachtet.

Spektroskopie, als ein Maß, ist beträchtlich schwieriger als einfache Fotometrie, die die Helligkeit von astronomischen Gegenständen durch bestimmte Filter misst. Wenn photometrische Daten alles sind, was verfügbar ist (zum Beispiel, der Hubble Tiefes Feld und das Hubble Extreme Tiefe Feld), verlassen sich Astronomen auf eine Technik, um photometrische Rotverschiebungen zu messen. Wegen der breiten Wellenlangenbereiche in photometrischen Filtern und den notwendigen Annahmen über die Natur des Spektrums an der leichten Quelle können sich Fehler für diese Sorten von Maßen bis zu δz = 0.5 erstrecken und sind viel weniger zuverlässig als spektroskopische Entschlüsse. Jedoch erlaubt Fotometrie wirklich mindestens eine qualitative Charakterisierung einer Rotverschiebung. Zum Beispiel, wenn ein einer Sonne ähnliches Spektrum eine Rotverschiebung von z = 1 hätte, würde es in infrarot aber nicht an der gelbgrünen Farbe am hellsten sein, die mit der Spitze seines blackbody Spektrums vereinigt ist, und die leichte Intensität wird im Filter durch einen Faktor vier reduziert. Sowohl die Foton-Rate der Zählung als auch die Foton-Energie sind redshifted. (Sieh K Korrektur für mehr Details auf den photometrischen Folgen der Rotverschiebung.)

Lokale Beobachtungen

In nahe gelegenen Gegenständen (innerhalb unserer Milchstraße-Milchstraße) sind beobachtete Rotverschiebungen fast immer mit den Gesichtslinie-Geschwindigkeiten verbunden, die mit den Gegenständen vereinigt sind, die beobachten werden. Beobachtungen solcher Rotverschiebungen und blueshifts haben Astronomen ermöglicht, Geschwindigkeiten zu messen und die Massen der umkreisenden Sterne in spektroskopischen Dualzahlen, eine Methode zuerst verwendet 1868 vom britischen Astronomen William Huggins zu parametrisieren. Ähnlich sind kleine Rotverschiebungen und in den spektroskopischen Maßen von individuellen Sternen entdeckter blueshifts eine Weise, wie Astronomen im Stande gewesen sind, die Anwesenheit und Eigenschaften von planetarischen Systemen um andere Sterne zu diagnostizieren und zu messen, und sogar sehr ausführliche Differenzialmaße von Rotverschiebungen während planetarischer Durchfahrten gemacht haben, um genaue Augenhöhlenrahmen zu bestimmen. Fein ausführlich berichtete Maße von Rotverschiebungen werden in helioseismology verwendet, um die genauen Bewegungen des Photobereichs der Sonne zu bestimmen. Rotverschiebungen sind auch verwendet worden, um die ersten Maße der Folge-Raten von Planeten, Geschwindigkeiten von interstellaren Wolken, der Folge von Milchstraßen und der Dynamik der Zunahme auf Neutronensterne und schwarze Löcher zu machen, die sowohl Doppler als auch Gravitationsrotverschiebungen ausstellen. Zusätzlich können die Temperaturen des verschiedenen Ausstrahlens und Aufsaugens von Gegenständen durch das Messen des Erweiterns von Doppler — effektiv Rotverschiebungen und blueshifts über eine einzelne Emission oder Absorptionslinie erhalten werden. Indem sie das Erweitern und die Verschiebungen der 21-Zentimeter-Wasserstofflinie in verschiedenen Richtungen messen, sind Astronomen im Stande gewesen, die Feriengeschwindigkeiten von interstellarem Benzin zu messen, das der Reihe nach die Folge-Kurve unserer Milchstraße offenbart. Ähnliche Maße sind auf anderen Milchstraßen wie Andromeda durchgeführt worden. Als ein diagnostisches Werkzeug sind Rotverschiebungsmaße einer der wichtigsten spektroskopischen in der Astronomie gemachten Maße.

Beobachtungen von Extragalactic

Die entferntesten Gegenstände stellen größere Rotverschiebungen entsprechend dem Fluss von Hubble des Weltalls aus. Die größte beobachtete Rotverschiebung, entsprechend der größten Entfernung und dem weitesten Rücken rechtzeitig, ist die der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation; der numerische Wert seiner Rotverschiebung ist über (entspricht Gegenwart), und es zeigt den Staat des Weltalls vor ungefähr 13.7 Milliarden Jahren, und 379,000 Jahre nach den anfänglichen Momenten des Urknalls.

Die einem Punkt ähnlichen Leuchtkerne von Quasaren waren die erste "hohe Rotverschiebung" entdeckte Gegenstände, bevor die Verbesserung von Fernrohren die Entdeckung anderer Milchstraßen der hohen Rotverschiebung berücksichtigt hat.

Für Milchstraßen, die entfernter sind als Local Group und die nahe gelegene Traube von Jungfrau, aber innerhalb von eintausend megaparsecs, oder so, ist die Rotverschiebung zur Entfernung der Milchstraße ungefähr proportional. Diese Korrelation wurde zuerst von Edwin Hubble beobachtet und ist gekommen, um als das Gesetz von Hubble bekannt zu sein. Vesto Slipher war erst, um galaktische Rotverschiebungen ungefähr das Jahr 1912 zu entdecken, während Hubble die Maße von Slipher mit Entfernungen aufeinander bezogen hat, hat er durch andere Mittel gemessen, sein Gesetz zu formulieren. Im weit akzeptierten kosmologischen auf der allgemeinen Relativität gestützten Modell ist Rotverschiebung hauptsächlich ein Ergebnis der Vergrößerung des Raums: Das bedeutet, dass, je weiter weg eine Milchstraße von uns ist, desto mehr sich der Raum in der Zeit ausgebreitet hat, da das Licht diese Milchstraße, so verlassen hat, je mehr das Licht gestreckt worden ist, desto mehr redshifted das Licht ist, und so schneller scheint es, von uns abzurücken. Das Gesetz von Hubble folgt teilweise vom kopernikanischen Grundsatz. Weil es gewöhnlich nicht bekannt ist, wie Leuchtgegenstände sind, ist das Messen der Rotverschiebung leichter als direktere Entfernungsmaße, so wird Rotverschiebung manchmal in der Praxis zu einem groben Entfernungsmaß mit dem Gesetz von Hubble umgewandelt.

Gravitationswechselwirkungen von Milchstraßen mit einander und Trauben verursachen eine bedeutende Streuung im normalen Anschlag des Diagramms von Hubble. Die eigenartigen mit Milchstraßen vereinigten Geschwindigkeiten erlegen eine raue Spur der Masse von Virialized-Gegenständen im Weltall superauf. Diese Wirkung führt zu solchen Phänomenen so nahe gelegene Milchstraßen (wie die Milchstraße von Andromeda), blueshifts ausstellend, als wir zu einem allgemeinen barycenter und Rotverschiebungskarten von Trauben fallen, Finger der Gott-Wirkung wegen der Streuung von eigenartigen Geschwindigkeiten in einem grob kugelförmigen Vertrieb zeigend. Dieser zusätzliche Bestandteil gibt Kosmologen eine Chance, die Massen von Gegenständen zu messen, die der Masse zum leichten Verhältnis (das Verhältnis einer Masse einer Milchstraße in Sonnenmassen zu seiner Helligkeit in der Sonnenlichtstärke), ein wichtiges Werkzeug unabhängig sind, um dunkle Sache zu messen.

Die geradlinige Beziehung des Hubble Gesetzes zwischen Entfernung und Rotverschiebung nimmt an, dass die Rate der Vergrößerung des Weltalls unveränderlich ist. Jedoch, als das Weltall viel jünger war, waren die Wachstumsrate, und so "unveränderlicher" Hubble, größer, als es heute ist. Für entferntere Milchstraßen, dann, deren Licht zu uns seit viel längeren Zeiten gereist ist, scheitert die Annäherung der unveränderlichen Wachstumsrate, und das Gesetz von Hubble wird eine nichtlineare integrierte Beziehung und Abhängiger auf der Geschichte der Wachstumsrate seit der Emission des Lichtes von der fraglichen Milchstraße. Beobachtungen der Rotverschiebungsentfernungsbeziehung können dann verwendet werden, um die Vergrößerungsgeschichte des Weltalls und so der Sache und des Energieinhalts zu bestimmen.

Während es lange geglaubt wurde, dass die Wachstumsrate unaufhörlich abgenommen hat, seit dem Urknall haben neue Beobachtungen des Rotverschiebungsentfernungsbeziehungsverwenden-Typs Ia supernovae darauf hingewiesen, dass in der verhältnismäßig letzten Zeit die Wachstumsrate des Weltalls begonnen hat sich zu beschleunigen.

Höchste Rotverschiebungen

Zurzeit sind die Gegenstände mit den höchsten bekannten Rotverschiebungen Milchstraßen und die Gegenstände, die Gammastrahl-Brüche erzeugen. Die zuverlässigsten Rotverschiebungen sind von spektroskopischen Daten, und die höchste ratifizierte spektroskopische Rotverschiebung einer Milchstraße ist die von

UDFy-38135539

an einer Rotverschiebung, entsprechend gerade 600 Millionen Jahren nach dem Urknall.

Die vorherige Aufzeichnung wurde durch gehalten

IOK-1, an einer Rotverschiebung, entsprechend gerade 750 Millionen Jahren nach dem Urknall. Ein bisschen weniger zuverlässig sind Lyman-Brechungsrotverschiebungen, von denen die höchste die lensed Milchstraße A1689-zD1 an einer Rotverschiebung und dem im höchsten Maße seienden folgenden ist. Das entfernteste beobachtete Gammastrahl-Platzen war GRB 090423, der eine Rotverschiebung dessen hatte. Der entfernteste bekannte Quasar, ULAS J1120+0641, ist daran. Die höchste bekannte Rotverschiebungsradiomilchstraße (TN J0924-2201) ist an einer Rotverschiebung und der höchsten bekannten Rotverschiebung molekulares Material ist die Entdeckung der Emission vom CO Molekül vom Quasar SDSS J1148+5251 an

Äußerst rote Gegenstände (EROs) sind astronomische Quellen der Radiation, die Energie im roten und nahen Infrarotteil des elektromagnetischen Spektrums ausstrahlen. Diese können starburst Milchstraßen sein, die eine hohe Rotverschiebung durch das Röten von dazwischenliegendem Staub begleiten ließen, oder sie hoch redshifted elliptische Milchstraßen mit einem älteren (und deshalb röter) Sternbevölkerung sein konnten. Gegenstände, die noch röter sind als EROs, werden hyper äußerst rote Gegenstände (HEROs) genannt.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund hat eine Rotverschiebung, entsprechend einem Alter von etwa 379,000 Jahren nach dem Urknall und einem Strom comoving Entfernung von mehr als 46 Milliarden Lichtjahren. Noch, um das erste Licht von der ältesten Bevölkerung beobachtet zu werden, können III Sterne, nicht lange nach Atomen zuerst gebildet und der CMB, der aufgehört ist, um fast völlig absorbiert zu werden, Rotverschiebungen im Rahmen haben

Rotverschiebungsüberblicke

Mit dem Advent von automatisierten Fernrohren und Verbesserungen in Spektroskopen sind mehrere Kollaborationen gemacht worden, das Weltall im Rotverschiebungsraum kartografisch darzustellen. Durch das Kombinieren der Rotverschiebung mit winkeligen Positionsdaten stellt ein Rotverschiebungsüberblick den 3D-Vertrieb der Sache innerhalb eines Feldes des Himmels kartografisch dar. Diese Beobachtungen werden verwendet, um Eigenschaften der groß angelegten Struktur des Weltalls zu messen. Die Große Wand, eine riesengroße Supertraube von Milchstraßen mehr als 500 Millionen breite Lichtjahre, stellt ein dramatisches Beispiel einer groß angelegten Struktur zur Verfügung, die Rotverschiebungsüberblicke entdecken können.

Der erste Rotverschiebungsüberblick war der Rotverschiebungsüberblick von CfA, angefangen 1977 mit der anfänglichen 1982 vollendeten Datenerfassung. Mehr kürzlich 2dF hat Milchstraße-Rotverschiebungsüberblick die groß angelegte Struktur einer Abteilung des Weltalls bestimmt, Z-Werte für mehr als 220,000 Milchstraßen messend; Datenerfassung wurde 2002 vollendet, und die Enddatei wurde am 30. Juni 2003 veröffentlicht. (Zusätzlich dazu, groß angelegte Muster von Milchstraßen, 2dF kartografisch darzustellen, hat eine obere Grenze auf der Neutrino-Masse gegründet.) Eine andere bemerkenswerte Untersuchung, Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ist bezüglich 2005 andauernd und hat zum Ziel, Maße auf ungefähr 100 Millionen Gegenständen zu erhalten. SDSS hat Rotverschiebungen für Milchstraßen nicht weniger als 0.4 registriert, und ist an der Entdeckung von Quasaren außer z = 6 beteiligt worden. Der DEEP2 Rotverschiebungsüberblick verwendet die Fernrohre von Keck mit dem neuen "DEIMOS" Spektrographen; ein Anschluß-zum Pilotprogramm DEEP1, DEEP2 wird entworfen, um schwache Milchstraßen mit Rotverschiebungen 0.7 und oben zu messen, und es wird deshalb geplant, eine Ergänzung SDSS und 2dF zur Verfügung zu stellen.

Effekten wegen der physischen Optik oder Strahlungsübertragung

Die Wechselwirkungen und Phänomene, die in den Themen der Strahlungsübertragung und physischen Optik zusammengefasst sind, können auf Verschiebungen auf die Wellenlänge und Frequenz der elektromagnetischen Radiation hinauslaufen. In solchen Fällen entsprechen die Verschiebungen einer physischen Energieübertragung, um von Bedeutung zu sein, oder andere Fotonen, anstatt wegen einer Transformation zwischen Bezugsrahmen zu sein. Diese Verschiebungen können wegen solcher physischen Phänomene als Kohärenz-Effekten oder das Zerstreuen der elektromagnetischen Radiation sein, ob von beladenen elementaren Partikeln, von particulates, oder von Schwankungen des Index der Brechung in einem dielektrischen Medium, wie es im Radiophänomen von Radiopfeifern vorkommt. Während solche Phänomene manchmal "Rotverschiebungen" und "blueshifts" in Astrophysik-Wechselwirkungen der leichten Sache genannt werden, die auf Energieverschiebungen auf das Strahlenfeld hinauslaufen, werden allgemein "das Röten" aber nicht "redshifting" genannt, der, als ein Begriff, normalerweise für die Effekten vorbestellt wird, die oben besprochen sind.

In vielen Verhältnissen, die Ursache-Radiation streuen, um rot zu werden, weil Wärmegewicht auf das Überwiegen von vielen Fotonen der niedrigen Energie über wenige energiereiche hinausläuft (während es Gesamtenergie erhält). Außer vielleicht unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen erzeugt das Zerstreuen dieselbe Verhältnisänderung in der Wellenlänge über das ganze Spektrum nicht; d. h. irgendwelcher hat gerechnet z ist allgemein eine Funktion der Wellenlänge. Außerdem kommt das Zerstreuen von zufälligen Medien allgemein in vielen Winkeln vor, und z ist eine Funktion des sich zerstreuenden Winkels. Wenn das vielfache Zerstreuen vorkommt, oder die sich zerstreuenden Partikeln Verhältnisbewegung haben, dann gibt es allgemein Verzerrung von geisterhaften Linien ebenso.

In der interstellaren Astronomie können sichtbare Spektren röter wegen des Zerstreuens von Prozessen in einem Phänomen gekennzeichnet als das interstellare Röten — ähnlich Rayleigh scheinen, der Ursachen das atmosphärische Röten der Sonne streut, die im Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang gesehen ist, und veranlassen den Rest des Himmels, eine blaue Farbe zu haben. Dieses Phänomen ist von redshifting verschieden, weil die spektroskopischen Linien zu anderen Wellenlängen in rot gefärbten Gegenständen nicht ausgewechselt werden und es ein zusätzliches Verdunkeln und Verzerrung gibt, die mit dem Phänomen wegen Fotonen vereinigt ist, die in und aus der Gesichtslinie streuen werden.

Für eine Liste, Prozesse zu streuen, sieh das Zerstreuen.

Referenzen

Artikel

• Odenwald, S. & Fienberg, RT. 1993; "Milchstraße-Rotverschiebungen Nachgeprüft" im Himmel-& Fernrohr-Febr 2003; pp31-35 (Ist dieser Artikel nützliche weiterführende Literatur im Unterscheiden zwischen den 3 Typen der Rotverschiebung und ihrer Ursachen.)
• Lineweaver, Charles H. und Tamara M. Davis, "Falsche Auffassungen über den Urknall", Wissenschaftlicher Amerikaner, März 2005. (Dieser Artikel ist nützlich, für den kosmologischen Rotverschiebungsmechanismus zu erklären sowie falsche Auffassungen bezüglich der Physik der Vergrößerung des Raums abzuräumen.)

Buchverweisungen

• Siehe auch physische Kosmologie-Lehrbücher für Anwendungen der kosmologischen und Gravitationsrotverschiebungen.

Links

• Der Kosmologie-Tutorenkurs von Ned Wright
• Artikel über die Rotverschiebung von SPACE.com
• Kosmischer Bezugsführer-Zugang auf der Rotverschiebung
• Der astronomische Rotverschiebungstutorenkurs von Mike Luciuk
• Belebter GIF der kosmologischen Rotverschiebung durch Wayne Hu