Фотометрический парадокс, рассеяние ЭМ-волн и модели Вселенной. Стационарность?

[Kostyrko]

В 1963 г. Зельдович, как довод в пользу расширения Вселенной, писал: «Если потеря энергии квантом происходит за счет взаимодействия с межгалактическим веществом, то отдача энергии сопровождается отдачей импульса, т. е. изменением направления движения кванта.
   При этом происходило бы расплывание изображения, далекая звезда была бы видна как диск, а не как точка, чего не наблюдается» (http://ufn.ru/ufn63/ufn63_7/Russian/r637c.pdf).
Здесь на основе данных наблюдений близких объектов сделан вывод для космологических масштабов. В космологических же масштабах звезды, как отдельные объекты, уже не разрешимы.

В источнике [Строение и эволюция Вселенной. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1975, 736 стр.], – на стр. 124, – приведены аналогичные соображения. Но здесь уже конкретное понятие «звезда» заменено широким понятием «источник».

Такие соображения основывались на результатах наблюдений. Однако ни в 1975 г., ни, тем более, в 1963 г. не было столь глубоких обзоров, которые удалось получить позже благодаря телескопу им. Хаббла.
«Глубокие поля HST позволили впервые взглянуть на структуру далеких галактик. Первые же исследования показали, что при переходе к слабым и более далеким объектам растет доля галактик, не вписывающихся в хаббловскую схему [109]. При z ~ 1 (этому красному смещению соответствует возраст Вселенной, равный примерно половине хаббловского времени) доля таких галактик достигает 30 – 40 % …
Диски видимых «с ребра» спиральных галактик при z ~ 1 имеют большую относительную толщину (отношение вертикального и радиального масштабов распределения яркости) и чаще, чем близкие объекты, демонстрируют вертикальные деформации своих плоскостей (изгибы) [119, 120]» (http://ufn.ru/ru/articles/2005/11/b/).
Но именно таким образом и должно визуально проявляться рассеяние излучения космической средой.

Выходит, рассеяние электромагнитных волн космической средой все-таки вносит свой вклад в космологическое красное смещение?

С уважением, Костырко Леонид Николаевич.

[РДС]

Выходит, рассеяние электромагнитных волн космической средой все-таки вносит свой вклад в космологическое красное смещение?

Вносит и существенный, что ясно любому физику-оптику и не очень ясно увлеченному теоретику-космологу.
Истолковывать ККС исключительно доплер-эффектом (впрочем, сейчас принято говорить мудренее - "расширением Вселенной") - некорректно. Похожая тема была на этом форуме.

[signing_kettle]

ясно любому физику-оптику

Я хоть и оптик, но не физик - не намекнете на механизм дрейфа довольно узких спектральных линий в сторону красного у нерассеянного света?

[РДС]

ясно любому физику-оптику

Я хоть и оптик, но не физик - не намекнете на механизм дрейфа довольно узких спектральных линий в сторону красного у нерассеянного света?

"Нерассеянного" света не бывает. Распространение света, например, в электронной теории Лоренца,  есть  непрерывный процесс переизлучения, а в квантовой модели - последовательность актов поглощения - излучения фотонов. Вследствие эффекта отдачи (полагая закон сохранения импульса верным), энергия и импульс переизлученного фотона будет, строго говоря, меньше, чем у поглощенного. Это  подтверждает и эффект Мессбауэра. Даже в классической э.м. теории в идеальной фазовой (непоглощающей) среде часть импульса э.м. волны передается среде распространения. Поэтому прямо рассеянный свет чуть "краснеет". Кроме этого, в любой оптической среде (а межгалактическая среда - все же разновидность "оптической среды") определенную роль играет неупругое рамановское рассеяние, тоже сопровождающееся (строго говоря, и в прямом направлении) стоксовым смещением частоты.
Сегодня свойства межгалактической среды известны очень мало, здесь гораздо больше предположений, чем фактов. Но пренебрегать влиянием пусть даже очень разряженной "материи"- электронного, ионного, пылевого и т. п. "газа"  недопустимо. Итак, ничтожно малое смещение частоты при одном акте рассеяния на галактических расстояниях,  при "путешествии" света в миллионы и миллиарды лет, даст весьма заметный эффект красного смещения. Что и наблюдается. Доплер-эффект ("расширение Вселенной"), конечно,  тоже играет свою роль, но вовсе не обязательно - решающую.

[bob]

Выходит, рассеяние электромагнитных волн космической средой все-таки вносит свой вклад в космологическое красное смещение?

Вносит, но не может объяснить его полностью из-за парадокса Ольберса. Энергия, "потерянная" на ненаправленное рассеяние, никуда не исчезает из вселенной. И, если бы вселенная не имела начала и красного смещения по Хабблу-Фридману, излучение ночного неба давало бы среднее излучение звезды с любой точки. Ночное небо выглядело бы как поверхность Солнца. Так что энергия должна исчезать безвозвратно, чтобы Ольберс не вступил в силу.

[Stepa]

Рассеяние с потерей импульса не может быть ахроматическим.

[Kostyrko]

Парадокс Ольберса разрешился с обнаружением космологического красного смещения: «… излучение звезд на больших расстояниях из-за красного смещения сдвигается в ИК-диапазон и не дает вклада в наблюдаемую яркость неба в оптич. диапазоне» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188580).

Из наблюдений имеем микроволновое фоновое излучение (МФИ). Ольберс ошибся на три порядка: мы «видим» в любом направлении не поверхность звезды, а МФИ с температурой 2,7 К. Потому здесь уместно говорить скорее об эффекте, о явлении, а не о парадоксе, сформулированном Ольберсом в 1826 г., задолго до появления модели горячей Вселенной и «предсказания» Гамова.

При наблюдаемом наличии космологического красного смещения (вне зависимости от его природы) парадокс Ольберса не противоречит объяснению феноменологии этого красного смещения как действия рассеяния излучения космической средой.

И если Вселенная не имела начала, и имеет красное смещение не по Хабблу-Фридману, то энергия, "потерянная" на ненаправленное рассеяние, никуда не исчезает из Вселенной (и никакая энергия не поступает во Вселенную извне); Вселенная в космологическом смысле находится в состоянии термодинамического равновесия (http://www.astronet.ru/db/msg/1188725) при температуре 2,7 К.

[sergey_g]

...Энергия, "потерянная" на ненаправленное рассеяние, никуда не исчезает из вселенной. И, если бы вселенная не имела начала и красного смещения по Хабблу-Фридману, излучение ночного неба давало бы среднее излучение звезды с любой точки. Ночное небо выглядело бы как поверхность Солнца. Так что энергия должна исчезать безвозвратно, чтобы Ольберс не вступил в силу.

Именно что не исчезает. Если взять и "размазать" энергию излученную звёздами по пространству между ними учитывая эти потери на рассеяние, то результат может быть очень похож  на фоновое излучение --> 2,7К и безо всякого БВ...

[signing_kettle]

"Нерассеянного" света не бывает

Когда я смотрю на хабловские фографии далеких галактик со всеми подробностями размерами в доли угловой секунды я могу предположить рассеивание света от нее на углы не более этих самых десятых и сотых долей угловой секунды - то есть потери ничтожной доли (миллионные) импульса кванта на пути ко мне в результате этого самого гипотетического рассеивания... Это ни как не может объяснять смещение полос в спектрах соотвествующих z>1

[РДС]

"Нерассеянного" света не бывает

... Это ни как не может объяснять смещение полос в спектрах соотвествующих z>1

Свет, образующий изображение далеких галактик, и есть почти прямо рассеянный свет, испытавший, в квантовой модели,  огромное число актов "рождения-уничтожения" фотонов. А z больше единицы означает, что частота принимаемого света уменьшилась более чем в два раза относительно частоты испущенного света. Так может быть. Хоть до нулевой . 

Конечно, без гипотез, более или менее правдоподобных,  в астрофизике не обойтись. Таков "объект" исследования - Космос.
"Ольберсу" в бесконечной (почему бы нет?) Вселенной нет места: энергия рассеивается в бесконечном объеме. Выбор "хорошей" (замкнутой или бесконечной) модели Вселенной - просто мода, постоянно изменяющаяся.

[Kostyrko]

Фотографии глубоких полей HST (см., например, рис. 6 в http://ufn.ru/ru/articles/2005/11/b/) демонстрируют расплывание изображений далеких объектов.

[Kostyrko]

Публикуемые фотографии снимков телескопа им. Хаббла (и не только этих снимков!) часто обладают высокой привлекательностью по той причине, что получены из оригинальных изображений после солидной обработки. В частности, может бать существенно повышены контраст и четкость. Оригинальные, «сырые», не обработанные изображения не выглядят столь привлекательно, однако они отображают неискаженную картину. Об этом не нужно забывать, анализируя изображения.

[Kostyrko]

В случае взаимного удаления источника и наблюдателя как длина волны излучения, так и ширины спектральных линий возрастают пропорционально (1+z) [Строение и эволюция Вселенной. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1975, 736 стр.], стр. 70-71.

По данным наблюдений эквивалентная ширина эмиссионной линии OII (372,7 нм) в спектрах далеких галактик растет примерно вдвое медленнее роста красного смещения [Lilly S., Schade D., Ellis R. et al., ApJ, v.500, p.75, 1998]. Из этих данных следует, что величина постоянной Хаббла, ответственной за разбегание галактик, вдвое ниже общепринятого значения (для тех условий, в которых выполнялись наблюдения). Усугубляет ситуацию предполагаемая более высокая активность молодых галактик, которая должна вести к дополнительному уширению спектральных линий.

Эти наблюдения показывают, что для далеких источников действуют механизмы, приводящие к сдвигу спектральных линий в красную сторону, но без уширения этих линий. Т. е., существуют процессы, похожие (но не эквивалентные) по своему проявлению на эффект Доплера.

Такое действие производит эффект комптоновского рассеяния (http://www.astronet.ru/db/msg/1188351). При рассеянии фотона на электроне космической плазмы длина волны фотона увеличивается на 0,024 Ангстрема.
Если спектральная линия далекого источника сместилась без ее уширения с 240 нм до 480 нм, то за это может быть ответственным 100000 последовательных рассеяний «вперед» фотонов такой линии. Эта оценка представляется достаточно правдоподобной.

В таком случае, в соответствии с данными наблюдений, значение постоянной Хаббла вдвое ниже, чем принято? Или необходимо искать другие механизмы сдвига спектральной линии в красную сторону без ее уширения?

[lapay]

Эти наблюдения показывают, что для далеких источников действуют механизмы, приводящие к сдвигу спектральных линий в красную сторону, но без уширения этих линий. Т. е., существуют процессы, похожие (но не эквивалентные) по своему проявлению на эффект Доплера.

Такое действие производит эффект комптоновского рассеяния (http://www.astronet.ru/db/msg/1188351). При рассеянии фотона на электроне космической плазмы длина волны фотона увеличивается на 0,024 Ангстрема.
Если спектральная линия далекого источника сместилась без ее уширения с 240 нм до 480 нм, то за это может быть ответственным 100000 последовательных рассеяний «вперед» фотонов такой линии. Эта оценка представляется достаточно правдоподобной.

В таком случае, в соответствии с данными наблюдений, значение постоянной Хаббла вдвое ниже, чем принято? Или необходимо искать другие механизмы сдвига спектральной линии в красную сторону без ее уширения?

Такое большое комптоновское рассеивание ( 100000 последовательных рассеяний ), о котором Вы пишите,полностью "уничтожит" (ослабит до нуля яркость) изображение и приведёт к равномерному слабому свечению неба. Забудьте о комптоновском рассеивание - оно хаотично, а не направлено, как Вы думаете.

[Kostyrko]

По данным наблюдений Вселенная содержит разнообразные излучающие компоненты: звезды, ионизированный газ, газово-пылевые облака, и т. д., и в космологических масштабах (характерный размер более примерно 100 Мпк) Вселенная однородна.

Другими словами, в космологических масштабах Вселенная представляет собой сплошную излучающую среду. В безграничной Вселенной всегда существует масштаб, на котором для любой частоты электромагнитного излучения эта среда будет оптически толстой. Но с увеличением толщины и непрозрачности излучающего слоя спектр постепенно сглаживается и приближается к спектру абсолютно чёрного тела (http://www.astronet.ru/db/msg/1179555).

Для превращения энергии в излучение с планковским спектром необходимо многократное рассеяние или поглощение и переизлучение. Для выполнения этого условия достаточно того, чтобы оптическая толща излучающей среды существенно превышала единицу, а это как раз соответствует безграничной Вселенной.

Таким образом, в безграничной не расширяющейся Вселенной обязательно должно присутствовать чернотельное изотропное излучение.
По данным наблюдений во Вселенной действительно присутствует такое излучение – микроволновое фоновое излучение (МФИ) с температурой 2,7 К.

Приведенное объяснение МФИ основано на данных наблюдений и проверенных в лаборатории физических законах, и не требует привлечения дополнительных предположений. В частности, предположения о том, что МФИ своим возникновением обязано эпохе рекомбинации водорода в стандартной модели горячей Вселенной, порожденной Большим взрывом. К тому же, огромное выделение энергии реликтового излучения в эпоху рекомбинации не поддается объяснению.

К рассматриваемому вопросу можно подойти иначе.
По данным наблюдений «При радиолокации Венеры в период нижнего соединения, когда она ближе всего подходит к Земле, на всю планету падает излучение мощностью 250 Вт. Часть его рассеивается поверхностью планеты, значит. же часть излучения поглощается. В результате вторичного ослабления излучения на его пути к Земле мощность излучения, попадающего на поверхность антенны, составляет всего  7*10^(-18) Вт» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188604). Т. е., Вселенная поглощает практически все излучение, представляя собой абсолютно черное тело.

По определению абсолютно черное тело (АЧТ) – это тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение. Интенсивность излучения единицы поверхности АЧТ в соответствии с законом излучения Планка (http://www.astronet.ru/db/msg/1188534) является универсальной функцией частоты и температуры тела. В частности, она не зависит от формы тела и направления излучения.

Таким образом, безграничная не расширяющаяся Вселенная, как АЧТ, должна генерировать изотропное фоновое излучение с планковским спектром.

Т. е., наблюдаемое микроволновое фоновое излучение с планковским спектром и температурой 2,7 К не является реликтовым излучением в стандартной модели горячей Вселенной?

С уважением, Костырко Леонид Николаевич.

[Kostyrko]

Закон излучения Кирхгофа установлен в 1859 г., а закон излучения Планка в 1900 г. Из этих законов и данных наблюдений с неизбежностью следует существование МФИ, которое и было обнаружено в 1965 г.

Большое значение обнаружения МФИ состоит в том, что средствами наблюдательной астрономии доказана применимость существующих физических законов к космологическим масштабам. Но не более того.

Существование МФИ никоим образом не подтверждает модель горячей Вселенной и не приводит к необходимости Большого взрыва. Напротив, наблюдаемая мощность МФИ не вписывается в стандартную модель горячей Вселенной.

[Kostyrko]

Комптоновское рассеяние в общем случае не является направленным: «При рассеянии на покоящихся электронах индикатриса рассеяния низкочастотных фотонов рэлеевская (см. Рэлеевское рассеяние)» (http://www.astronet.ru/db/msg/1188351). Однако в настоящем обсуждении речь идет о тех испущенных источником фотонах, которые рассеялись в направлении луча зрения и зарегистрированы наблюдателем.

Пренебрегать комптоновским рассеянием нет никаких оснований: «Обратный комптон-эффект часто считают осн. механизмом формирования жёстких степенных спектров излучения в квазарах и ядрах галактик». Но квазары имеют отнюдь не нулевую яркость, да и наблюдаются в виде точечных источников.

[Klapaucius]

Реликтовое излучение было предсказано на основе модели расширяющейся Вселенной, см. например http://www.krugosvet.ru/articles/97/1009704/1009704a1.htm
Пусть Ваши рассуждения верны, не знаю. Но в чём критика модели расширяющейся Вселенной? Предсказание МФИ ставится ей в заслугу. Первопричина кстати была другая: объяснить в такой модели современное соотношение элементов во Вселенной. Сейчас считается, что это соотношение постепенно меняется в сторону тяжёлых в результате эволюции звёзд. Стационарная модель должна представлять из себя перпеттум мобиле, без начала и конца - предусматривать обратное преобразование элементов хотя бы для компенсации звёздной эволюции .

Был к тому же парадокс Ольберса, который возможно и помешал ещё 100 лет назад предсказать МФИ.

[traveller]

Таким образом, безграничная не расширяющаяся Вселенная, как АЧТ, должна генерировать изотропное фоновое излучение с планковским спектром.

...и поверхностной яркостью, равной поверхностной яркости типичной звезды.

[Che]

Уважаемый Леонид Николаевич!

Ваше рассуждение

Для превращения энергии в излучение с планковским спектром необходимо многократное рассеяние или поглощение и переизлучение. Для выполнения этого условия достаточно того, чтобы оптическая толща излучающей среды существенно превышала единицу, а это как раз соответствует безграничной Вселенной.

Таким образом, в безграничной не расширяющейся Вселенной обязательно должно присутствовать чернотельное изотропное излучение.
Таким образом, безграничная не расширяющаяся Вселенная, как АЧТ, должна генерировать изотропное фоновое излучение с планковским спектром.

Т. е., наблюдаемое микроволновое фоновое излучение с планковским спектром и температурой 2,7 К не является реликтовым излучением в стандартной модели горячей Вселенной?

Ваша модель образования МФИ заслуживает внимания.

В начале 1990-х годов академик Троицкий рассматривал образования МФИ в разных  моделях Вселенных, и пришел к выводу, что наиболее близкие к реальным величинам дает модель стационарной Вселенной.

http://ufn.ru/ru/articles/1995/6/g/
Троицкий В.С. Экспериментальные свидетельства против космологии Большого взрыва / Успехи физических наук. 1995. Т.165. №6. С.703-707

http://spacetime.narod.ru/0015-pdf.zip
http://spacetime.narod.ru/0015-tex.zip
V.S.Troitskij, V.I.Aleshin. EXPERIMENTAL EVIDENCE OF THE MICROWAVE BACKGROUND RADIATION FORMATION THROUGH THE THERMAL RADIATION OF METAGALAXY STARS

Последние статьи Академика Троицкого были нацелены на доказательство того, что CMBR есть исключительно фон от далеких объектов, без вкраплений реликтовости. (в отличие от современной трактовки - реликтовость с вкраплениями фона объектов.)
Как выше было сказано, из карты СМВR вычли излучение только нашей галактики. Следовательно, излучение других галактик в карте осталось!
Вычев из нее излучение других галактик (теоретическое) получим ли мы 2.7К? Или флуктуации температуры?
По Троицкому, 2К в фон с лямбда от 0.1  до 30 мм дают галактики в пределах 10 млрд. св.лет.
остальной вклад должны дать галактики  в пределах 80 млрд св. лет, если у них та же  плотность и светимость (предполагается бесконечное стационарное пространство).