มีข้อพิสูจน์อื่น ๆ เกี่ยวกับเอกภพที่กำลังขยายออกไปจาก redshift หรือไม่?

ทฤษฎีของจักรวาลขยายตัวเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางจนบางครั้งใช้ redshift เป็นเครื่องวัดระยะทางถึงกาแลคซีไกลโพ้น

แต่มันยังมีความเป็นไปได้ที่ redshift นั้นเกิดจากปรากฏการณ์บางอย่างที่ไม่รู้จักและไม่ใช่โดยกาแลคซีที่เคลื่อนย้ายออกจากกัน?

มีหลักฐานอื่นอีกไหม (นอกเหนือจาก redshift) ว่าจักรวาลนั้นกำลังขยายตัวและกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลกำลังเคลื่อนห่างจากเรา?

ใช่มีหลักฐานการขยายตัวที่ไม่ใช่ไม่ใช่กะแดงโดยตรง

อุณหภูมิที่ผ่านมาของรังสีไมโครเวฟพื้นหลัง Cosmic (CMBR) ได้รับการวัดโดยตรงและพบว่ามีค่าสูงกว่าในปัจจุบัน การลดลงของอุณหภูมิเมื่อเวลาผ่านไปเป็นหลักฐานโดยตรงของการขยายตัว นี่คือรายละเอียด:

จากบทความนี้ CMBR นั้นร้อนขึ้นอย่างมากในอดีต ( บทสรุปทางเทคนิคน้อยกว่าที่นี่ ) นักวิจัยได้สังเกตเส้นการดูดซับในเมฆก๊าซซึ่งอยู่ในกาแลคซีไกลโพ้นและพบว่ารูปแบบของเส้นที่มองเห็นนั้นสามารถอธิบายได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิ CMBR ณ เวลาที่มีการดูดซับอยู่ระหว่าง 6 K ถึง 14 K (ตอนนี้คือ 3 K) อุณหภูมินี้สอดคล้องกับอุณหภูมิที่คาดไว้สำหรับ redshift ของกาแลคซี (9 K) โปรดทราบว่าอุณหภูมิถูกวัดจากรูปแบบเฉพาะของเส้นที่มองเห็นและไม่ได้มาจากเส้นสีแดงที่เปลี่ยนไปมากแค่ไหน การวัดนี้จะให้อุณหภูมิเดียวกันแม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนสีแดงก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิที่ร้อนกว่าหมายถึงความหนาแน่นที่สูงขึ้นการระบายความร้อนของ CMBR เมื่อเวลาผ่านไปเป็นหลักฐานโดยตรงสำหรับการขยายตัวของเอกภพ

ความคิดเห็นเพิ่มเติม

• ความสัมพันธ์ระหว่าง red-shift และสายการดูดซึมคืออะไร?

  แรงบันดาลใจจากการสนทนากับ uhoh ในความคิดเห็น:

  ในคำตอบของฉันฉันหมายถึง "รูปแบบ" ของ "เส้นดูดซึม" สำหรับผู้ที่ไม่เชี่ยวชาญในหัวข้อให้ฉันอธิบาย

  เมื่อแสงส่องผ่านเมฆของความถี่ที่เฉพาะเจาะจงของก๊าซจะดูดกลืนแสง เมื่อแสงนี้ส่องผ่านปริซึมความถี่ที่ถูกบล็อกจะปรากฏเป็นเส้นสีดำในสเปกตรัม (ดูภาพประกอบด้านล่าง) เส้นที่แน่นอนที่ปรากฏและตำแหน่งในสเปกตรัม ("รูปแบบ" ของ "เส้นดูดกลืน") ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่มีอยู่ในก๊าซและสภาพแวดล้อมของก๊าซ ผลที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดคือแสงที่เปล่งโฟตอนทุกความถี่ ชนิดของแสงนี้เป็นที่รู้จักกันรังสีสีดำร่างกาย แม้ว่าเปล่งแสงทุกความถี่หม้อน้ำสีดำจะเปล่งแสงมากที่สุดในช่วงความยาวคลื่นเฉพาะ ตำแหน่งของจุดสูงสุดนี้เรียกว่าอุณหภูมิของวัตถุสีดำ

  
  ^{แหล่งที่มา: Doppler Shift , Edward L. Wright
  (เว็บไซต์ยอดเยี่ยม BTW คำถามที่พบบ่อยคุ้มค่าที่จะดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสีแดงและจักรวาลโดยทั่วไป)}

  เมื่อแสงเดินทางผ่านพื้นที่ (ขยายตัว) ความยาวคลื่นและความยาวคลื่นของเส้นการดูดกลืนแสงจะยืดในอัตราคงที่สำหรับความถี่ทั้งหมด สมมติว่าในช่วงเวลาของการปล่อยก๊าซ / ดูดซับเส้นสเปกตรัมแสดงให้เห็นว่าในช่วงความยาวคลื่นที่ 1, 3, 5 และนาโนเมตร1 หลังจากที่โฟตอนได้เดินทางสำหรับจำนวนหนึ่งของเวลาทั้งหมดของความยาวคลื่นสเปกตรัมของจะปรากฏให้ได้สองเท่า2 บรรทัดก่อนหน้านี้ที่ 1 นาโนเมตรสามารถเห็นได้ที่ 2 นาโนเมตรและบรรทัดก่อนหน้านี้ที่ 3 นาโนเมตรมีให้เห็นที่ 6 นาโนเมตรและบรรทัดแรกที่ 5 นาโนเมตรมีให้เห็นที่ 10 นาโนเมตร แม้ว่าความถี่สัมบูรณ์ของพวกมันจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอัตราส่วนของความยาวคลื่นของเส้น (และความถี่) ที่สัมพันธ์กับอีกอันหนึ่งยังคงที่

  ปริมาณที่แม่นยำที่สเปกตรัมของวัตถุนั้นได้รับการเลื่อนนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับระยะทาง ดังที่เห็นในแผนภาพด้านบนวัตถุที่อยู่ใกล้ (เช่นดวงอาทิตย์) ไม่แสดงการเลื่อนเป็นสีแดง ในฐานะที่เป็นหนึ่งในลักษณะที่วัตถุต่อไปและต่อไปหนึ่งเห็นจำนวนที่เพิ่มขึ้นของการเปลี่ยนแปลงสีแดง3

  ในการอภิปรายในคำตอบข้างต้นมันเป็นรูปแบบของตำแหน่งสัมพัทธ์ในเส้นที่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ CMBR ณ เวลาที่ดูดซับและไม่ใช่ระดับที่มีการเลื่อนตำแหน่ง

  ^{1ในการใช้เทคนิคจุดนี้อยู่ที่โดยที่ระบุขนาดของการเลื่อนซึ่งเป็นผลบวกสำหรับการเลื่อนสีแดง (เลื่อนออกไป) และลบสำหรับการเลื่อนสีน้ำเงิน (ใกล้) การอภิปรายมากขึ้นในเชิงลึกของหัวข้อนี้ (รวมถึงความหมายที่ถูกต้องของ ) สามารถพบได้ที่นี่ $z=0$$z$$z$
  2จุดความยาวคลื่น (ความถี่ลดลงครึ่งหนึ่ง) อยู่ที่$z=1$
  3ควรสังเกตว่าเนื่องจากมีความไม่แน่นอนในอัตราที่เอกภพกำลังขยายตัวที่การเลื่อนสีแดงไม่ได้หมายถึงระยะทางที่รู้จักกันอย่างแม่นยำ ดังนั้นนักดาราศาสตร์และนักจักรวาลวิทยาไม่ค่อยพูดถึงระยะทางไปยังวัตถุที่อยู่ไกลออกไปในแง่สมบูรณ์ของการพูดแสงปีหรือพาร์เซคต้องการที่จะใช้ปริมาณของ red-shift ที่สังเกต (กล่าวถึงข้างต้น)$z$}

  กลไกที่อยู่เบื้องหลังการเปลี่ยนสีแดงไม่ได้เป็นโฟตอนที่ตัวเองกำลังเปลี่ยน แต่เป็นพื้นที่ที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่าน (โฟตอนนั้นเป็นทั้งอนุภาคและคลื่นไม่มันไม่ง่ายเลย) การยืดพื้นที่คงที่นี้ทำให้ความยาวคลื่นของแสงเพิ่มขึ้นทั้งจากผลของการเปลี่ยนเป็นสีแดงและการเปลี่ยนสีแดงของโฟตอนที่เพิ่มขึ้นตามกาลเวลา

  
  Douglas Hofstadter, CC A-SA 3.0
   

• red-shift เกี่ยวข้องกับ CMBR อย่างไร

  ในความคิดเห็น Alchimista ถามว่า "CMBR ไม่ใช่แก่นสารของการกะแดงหรือไม่?"
  (ฉันสมมติว่าคุณกำลังใช้สามัญและไม่เกี่ยวกับดาราศาสตร์ความหมายของ "แก่นสาร")

  ใช่อุณหภูมิ CMBR ปัจจุบัน (3 K) ตกลงกันโดยทั่วไปว่าเป็นผลมาจากโฟตอนพลังงานค่อนข้างสูง (3000 K) ที่ปล่อยออกมาประมาณ 380,000 ปีหลังจากบิ๊กแบงที่มีความยาวคลื่นยืดออกไปตามเวลาโดยการขยายตัวของเอกภพ ปลายสีแดง (เช่นเครื่องทำความเย็นหรือพลังงานต่ำ) ของสเปกตรัม การขยายตัวนี้อนุมานโดยฮับเบิลและคณะ จากการสังเกตว่ากาแลคซีขนาดเล็กและหรี่ลง (เท่าที่เห็นจากโลก) มีการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมมากกว่า ยิ่งระยะทางปรากฏไกลเท่าไหร่ การใช้การเลื่อนสีแดงที่มีความสัมพันธ์กับระยะทางที่ชัดเจนนี้เราสามารถอนุมานได้จักรวาลนั้นมีขนาดเล็กกว่าในอดีตและหนาแน่นขึ้นด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้นสำหรับ CMBR จากการสังเกตกาแล็กซีสีแดงที่ห่างไกลจากการสังเกตการณ์เราสามารถสรุปได้ แต่ไม่ใช่การวัดโดยตรงว่าอุณหภูมิ CMBR นั้นอยู่ที่ระยะใด

  สิ่งที่ผู้เขียนของกระดาษข้างต้นได้ทำการวัดอุณหภูมิของ CMBR โดยตรงในเวลาที่กำหนดในอดีต อุณหภูมิที่วัดได้นั้นสูงกว่าในทุกวันนี้ซึ่งแสดงถึงความหนาแน่นและจักรวาลที่เล็กกว่า นักวิจัยยังพบอีกว่าอุณหภูมิที่วัดได้โดยตรงนั้นมีความเหมาะสมกับที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงของกาแลคซีสีแดงที่สังเกตได้

  โดยสรุปเชนของการอนุมานจะถูกสับเปลี่ยน:

  • สำหรับการให้เหตุผลขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนสีแดง:
    การเพิ่มการเลื่อนสีแดงด้วยระยะทางที่ชัดเจน (วัดโดยตรง) ⇒การขยายตัว⇒จักรวาลที่หนาแน่นขึ้นในอดีต⇒อุณหภูมิ CMBR ที่สูงขึ้นในอดีต
  • สำหรับการวัดอุณหภูมิโดยตรงที่ผ่านมา (เช่นเดียวกับกระดาษนี้):
    อุณหภูมิ CMBR ที่สูงขึ้นในอดีต (วัดโดยตรง) Univers จักรวาลหนาแน่นในอดีตที่ผ่านมา⇒การขยายตัว⇒สังเกตการเปลี่ยนแปลงสีแดง
     

  โซ่อนุมานทั้งสองนี้นั้นมีพื้นฐานมาจากหลักฐานที่แตกต่างกันอย่างเป็นระเบียบและสนับสนุนซึ่งกันและกัน

  สิ่งหนึ่งที่ควรทราบคือ CMBR ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยการขยายตัว (อย่างน้อยก็ไม่ได้โดยตรง) แต่เป็นการขยายที่อธิบายถึงอุณหภูมิและความสม่ำเสมอในปัจจุบัน ตามทฤษฎีของบิกแบงจักรวาลยุคแรกนั้นมีความหนาแน่นสูงมาก หนาแน่นและร้อนจัดจนสสารทั้งหมดเป็นพลาสม่าของอนุภาคอะตอม, ทึบแสงถึงโฟตอน ประมาณ 380,000 ปีหลังจากบิ๊กแบงจักรวาลเย็นลง (ผ่านการขยายตัว) พอที่โปรตอนและอิเล็กตรอนสามารถรวมกันเพื่อก่อให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนเป็นกลาง (ซึ่งโปร่งใส) CMBR เป็นแสงที่ตั้งค่าได้ฟรีในเวลานี้และเย็นลงเรื่อย ๆ

แต่มันยังมีความเป็นไปได้ที่ redshift นั้นเกิดจากปรากฏการณ์บางอย่างที่ไม่รู้จักและไม่ใช่โดยกาแลคซีที่เคลื่อนย้ายออกจากกัน?

ในประวัติศาสตร์บางทฤษฎีทางเลือกถูกเสนอเช่นสมมติฐานเหนื่อยอ่อน , มั่นคงรัฐจักรวาลฯลฯ แต่สังเกตปกครองเหล่านี้และทฤษฎีอื่น ๆ ออก

ดูเพิ่มเติมจักรวาลวิทยาทางเลือก

ไม่มีวิธีการอื่นที่เหมาะสมอย่างสมเหตุสมผล แต่มีวิธีการทางอ้อมอย่างแน่นอน หนึ่งในคำตอบของ @Alex Hajnal การวัดอุณหภูมิ CMB ที่สูงขึ้นนั้นไกลกว่านั้นเป็นการวัดทางอ้อมที่ดีมาก

หลักฐานทางอ้อมอีกชิ้นหนึ่งที่ยังไม่มีใครสังเกตเห็นคือเมื่อเรามองไกลออกไปไกลกว่านี้จักรวาลก็ดูอ่อนกว่าวัยและอายุน้อยกว่าและน้อยลงกว่าที่เราเห็นในละแวกบ้านของเรา คุณค่อนข้างถูกบังคับให้อธิบายทางวิทยาศาสตร์โดยบอกว่าเอกภพมีจุดเริ่มต้นตามลำดับคร่าวๆเมื่อ 10 พันล้านปีก่อนและดาวและกาแลคซีก็เริ่มก่อตัว (นี่ไม่ใช่ข้อพิสูจน์ของบิกแบงโดยเฉพาะ แต่มันจะกำจัดทางเลือกส่วนใหญ่ตัวอย่างเช่นโมเดลของ Steady State เป็นเท็จ) มันยากมากที่จะอธิบายสิ่งที่เราเห็นยกเว้นว่าเป็นเพราะจักรวาลขยายตัว จากรัฐหนาแน่นร้อนแคลิฟอร์เนีย 10 ¹⁰ปีที่แล้ว

หลักฐานทางอ้อมที่มากขึ้นมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทฤษฎีของอวกาศเวลาและแรงโน้มถ่วงซึ่งได้รับการตรวจสอบเป็นอย่างดี - ได้รับการทดสอบมานานนับศตวรรษแล้วและถูกท้าทายโดยทฤษฎีอื่น ๆ นับไม่ถ้วนและมีเพียง GR เท่านั้นที่ผ่านการทดสอบทดลองทั้งหมด GR คาดการณ์อย่างมั่นคงว่าจักรวาลคงที่นั้นเป็นไปไม่ได้และจะต้องขยายหรือหดตัว นี่คือหลักฐานทางอ้อมจากการทดลองในท้องถิ่นส่วนใหญ่

ยังมีหลักฐานทางอ้อมเพิ่มเติมมาจากการคำนวณแบบนิวคลีโอซินซึ่งแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วน H / He / Li ที่เราสังเกตเห็นในดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดและมีวิวัฒนาการน้อยที่สุดนั้นเป็นสิ่งที่เราคาดการณ์จากการใช้คุณสมบัติที่วัดได้ของนิวเคลียส

นอกจากนี้เพื่อให้วิทยาศาสตร์มาก ๆ กว่ากะสีแดงซึ่งชี้ไปที่จักรวาลขยายตัวจากเริ่มต้นร้อนมากรัฐหนาแน่นที่แม้จะไม่ได้สังเกตของกะสีแดงที่เราต้องการในที่สุดก็ถูกบังคับให้ข้อสรุปว่า

นอกเหนือจากหลักฐานตามสถานการณ์ที่ได้จากคำตอบอื่น ๆ แล้วการตรวจสอบกาแลคซีที่เคลื่อนที่ออกไปจากที่อื่นได้รับจากข้อเท็จจริงที่ว่าเราเห็นกระบวนการทางกายภาพ - เช่นเวลาที่ลดลงเพื่อความสว่างของซุปเปอร์โนวา - เพิ่มขึ้น คือ. สำหรับแหล่งที่มากับ redshift ของ$z$จำนวนของการขยายเวลานี้เป็นที่สังเกตได้ว่าเป็น$(1+z)$สอดคล้องกับสิ่งที่คาดหวังจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในจักรวาลที่กำลังขยายตัว

นั่นคือซุปเปอร์โนวาตั้งข้อสังเกตด้วยการเปลี่ยนสีแดงของ $1$ ใช้เวลาสองเท่าในการปฏิเสธในฐานะซูเปอร์โนวาท้องถิ่น

โปรดทราบว่านี่ไม่ใช่การตรวจสอบของเอกภพที่กำลังขยายตัว แต่มีเพียงกาแลคซีเท่านั้นที่เคลื่อนห่างจากกันและกัน ถ้าเอกภพคงที่ แต่กาแลคซีเคลื่อนที่ผ่านอวกาศคุณจะสังเกตเห็นกระบวนการที่ถูกขยายด้วยปัจจัยเดียวกันตามที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ อย่างไรก็ตามมีหลักฐานอื่น ๆ ที่แสดงว่ากาแลคซีไม่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศคงที่ แต่จะอยู่ในพื้นที่ขยายตัวมากกว่าหรือน้อยกว่า

ใช่:

1. การกระจายของข้อมูลซูเปอร์โนวา 1a
2. การวัด WMAP ของ CMB
3. แบบสำรวจกาแลคซีสโลนสโลน

สิ่งที่สำคัญคือว่าผลลัพธ์เหล่านี้ไม่เพียง แต่พูดเหมือนกัน แต่พวกเขายังสอดคล้อง eachother

ตกลงคำตอบนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสีแดง แต่ได้ยินฉัน

ภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกลไกหลายอย่างสามารถสร้างการเลื่อนสีแดง: การขยายพื้นที่วัตถุที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กับผู้สังเกตการณ์ (เช่นเรา) และแสงที่เคลื่อนออกจากแรงโน้มถ่วงได้ดี ตัวเลือกหลังอยู่นอกขอบเขตของคำถามนี้และตัวเลือกก่อนหน้าถูกแยกออกจากการพิจารณาตามคำขอของผู้ถาม ที่เหลือเพียงตัวเลือกที่สอง (การเคลื่อนไหวสัมพัทธ์หรือที่รู้จักกันในชื่อ Doppler effect) ภายใต้การพิจารณา การเลื่อนนี้สามารถทดสอบ (และถูก) บนโลกนี้และแสดงให้เห็นว่ามีอยู่จริง

การเลื่อนสีแดงนั้นพบได้ในวัตถุที่อยู่ห่างไกล (สลัวความเป็นโลหะต่ำ ฯลฯ ) จากการเปลี่ยนสีแดงของสเปกตรัมที่เห็นในวัตถุใดก็ตามเราสามารถกำหนดได้ว่ามันจะเคลื่อนที่ไปจากเราเร็วแค่ไหน ตัวอย่างเช่นวัตถุที่มีการเลื่อนกะที่วัดได้ของ$z=0.5$เคลื่อนห่างจากเราประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง จนถึงตอนนี้ดีมาก ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อเราสังเกตวัตถุด้วย$z>1$. พบวัตถุหลายอย่างเช่น; เจ้าของสถิติปัจจุบันคือGN-z11 ที่มีการเลื่อนระดับสีแดง$z=11.09$. อีกวิธีหนึ่งถ้าเพียงแค่การเปลี่ยนความสัมพันธ์ในการเล่นวัตถุนี้จะเดินทางออกไปจากเรามากกว่า 11 เท่าของความเร็วแสง

เนื่องจากไม่มีวัตถุใดที่มีมวลสามารถไปถึงความเร็วแสงได้ชัดเจนว่าการเลื่อนของสีแดงที่สังเกตไม่สามารถเกิดขึ้นได้จากการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธภาพ เนื่องจากไม่มีกลไกใดที่รู้จักเกินกว่าที่ระบุไว้ข้างต้นทั้งสามที่สามารถทำให้เกิดการเลื่อนสีแดงในสเปกตรัม (เปรียบเทียบการสูญพันธุ์ ) คำอธิบายเดียวที่ตรงกับข้อสังเกตเหล่านี้คือการขยายตัวของอวกาศ ใส่รัดกุมความจริงที่ว่า superluminal แดงกะได้มีการปฏิบัติที่ทุกคนเป็นหลักฐานว่ามีการขยายพื้นที่