Fotometriai paradoxon

A fotometriai paradoxon ( Olbers-paradoxon , Szezo-Olbers-paradoxon ) a prerelativisztikus kozmológia egyik paradoxona , amely abban áll, hogy egy álló univerzumban , amely egyenletesen tele van csillagokkal (ahogy akkoriban gondolták), az égbolt fényessége az éjszakai égboltot is beleértve) megközelítőleg egyenlőnek kell lennie a napkorong fényesével. Elméletileg az Ősrobbanás kozmológiai modelljében ez a paradoxon teljesen feloldódik a fénysebesség végességének és az Univerzum korának végességének figyelembevételével .

A paradoxon lényege

Egy végtelen, statikus Univerzumban, melynek teljes tere tele van csillagokkal, minden látóvonalnak csillagban kell végződnie, ahogyan egy sűrű erdőben is különböző távolságra lévő fák „fala” veszi körül magunkat. A csillagtól kapott sugárzás energiaáram fordított arányban csökken a távolság négyzetével. De az égen az egyes csillagok által elfoglalt szögterület ( térszög ) is fordítottan csökken a távolság négyzetével, ami azt jelenti, hogy egy csillag felületi fényessége (mely egyenlő az energiaáram és a csillag által elfoglalt térszög arányával). csillag az égen) nem függ a távolságtól. Mivel Napunk minden tekintetben tipikus csillag, egy csillag felszíni fényessége átlagosan meg kell egyezzen a Nap felszíni fényesével. Ha az égbolt egy pontjára nézünk, egy csillagot látunk, amelynek felülete ugyanolyan fényes, mint a Nap; a szomszédos pont felületi fényességének azonosnak kell lennie, és általában az égbolt minden pontján a felszíni fényességnek meg kell egyeznie a Nap felszíni fényesével, mivel az égbolt bármely pontján kell lennie valamilyen csillagnak. Ezért az egész égboltnak (napszaktól függetlenül) olyan fényesnek kell lennie, mint a Nap felszíne.

A paradoxon története

Ezt a paradoxont ​​először Jean-Philippe Louis de Chezo (1718-1751) svájci csillagász fogalmazta meg teljes egészében 1744-ben, bár korábban más tudósok is hasonló gondolatokat fogalmaztak meg, különösen Thomas Digges , Johannes Kepler , Otto von Guericke és Edmund Halley . Néha a fotometriai paradoxont ​​Olbers-paradoxonnak nevezik a csillagász után, aki a 19. században felhívta rá a figyelmet.

A tudománytörténészek felfedezték, hogy a problémát először 1720-ban Edmund Halley angol csillagász említette , majd tőle függetlenül 1742-ben Jean Philippe de Chezo fogalmazta meg és adott rá választ, elvileg nem különbözött a javasolttól. 1823-ban Olbers.

Szezo és Olbers ennek a paradoxonnak a feloldását javasolta azzal, hogy a kozmikus porfelhők védik a távoli csillagok fényét. Azonban (amint azt John Herschel először 1848-ban megjegyezte), ez a magyarázat téves: egy homogén izotróp univerzumban az energiamegmaradás törvénye megkövetelné, hogy maga a por felmelegedjen és olyan fényesen világítson, mint a csillagok. Egy másik magyarázat, a fraktálkozmológia , az volt, hogy a végtelen univerzum hierarchikusan van elrendezve , mint egy fészkelő baba: minden anyagi rendszer egy magasabb szintű rendszer része, így a fénykibocsátók átlagos sűrűsége a skála növekedésével nullára hajlik. Ezt a véleményt először John Herschel fejtette ki 1848-ban, matematikailag pedig Carl Charlier támasztotta alá 1908-ban és 1922-ben. Ezt a feltételezést azonban a modern kozmológusok nem támogatják, mivel ellentmond a CMB izotrópiájára vonatkozó megfigyelési adatoknak . A modern kozmológia általánosan elfogadott alapja a kozmológiai elv , amely szerint a világegyetem homogén és izotróp.

A paradoxon feloldása

A fotometriai paradoxon helyes magyarázatát Edgar Poe „Eureka” című kozmológiai költeménye (1848) tartalmazza [1] [2] ; mivel ez a költemény nem tudományos mű, a szerzőséget Johann Medler (1861) német csillagászhoz is köthetjük [3] [4] . Ennek a megoldásnak a részletes matematikai kezelését William Thomson (Lord Kelvin) adta 1901-ben [5] [6] . Az univerzum korának végességén és a fénysebesség végességén alapszik . Mivel (a modern adatok szerint) több mint 13 milliárd évvel ezelőtt nem voltak galaxisok és kvazárok az Univerzumban , a legtávolabbi csillagok fénye , amelyet elvileg megfigyelhetünk, körülbelül 13 milliárd évig tart. Ez kiküszöböli a fotometriai paradoxon fő feltevését - hogy a csillagok tetszőlegesen nagy távolságra helyezkednek el tőlünk [7] . A nagyobb távolságból megfigyelt Univerzum annyira fiatal, hogy a csillagoknak még nem volt idejük kialakulni benne. Más szóval, a nagyon távoli csillagok fénye még nem jutott el hozzánk az Univerzum fennállása alatt . Vegyük észre, hogy ez a legkevésbé sem mond ellent a kozmológiai elvnek , amelyből az Univerzum végtelensége következik: nem az Univerzum korlátozott, hanem annak csak az a része, amely a megfigyelések számára hozzáférhető .

Az éjszakai égbolt fényerejének csökkenéséhez némileg hozzájárul a galaxisok vöröseltolódása is. Valójában, mivel az univerzum tágul , és a távoli galaxisok bizonyos sebességgel mozognak a Földtől, a Doppler-effektus miatt az ezekből a galaxisokból származó sugárzás hullámhossza annál nagyobb, minél nagyobb a távolság tőlük. A hullámhosszt a foton energiájával a képlet alapján viszonyítjuk . Ezért a távoli galaxisokból általunk kapott fotonok energiája kisebb, mint a kibocsátás pillanatában felvett energiájuk [7] . Továbbá, ha két fotont bocsátanak ki egy vöröseltolódású galaxisból δ t időintervallum mellett, akkor a két foton felvétele közötti intervallum nagyobb lesz, mint δ t . Valójában a második fotonnak nagyobb távolságot kell leküzdenie, mivel a sugárforrás a δ t idő alatt eltávolodott a Földtől . Így mind a fotonok energiája, mind az egységnyi idő alatt regisztrált fotonok száma csökken, és ennek következtében a távoli galaxisok sugárzásának intenzitása is csökken. Ennek eredményeként azt kapjuk, hogy a távoli galaxisokból hozzánk érkező teljes energia kevesebb, mintha ez a galaxis nem távolodna el tőlünk a kozmológiai tágulás miatt .

Lásd még

• Kozmológiai paradoxonok
• Gravitációs paradoxon
• Az Univerzum hőhalála

Jegyzetek

1. ↑ Harrison, 1987 , p. 146-154.
2. ↑ Reshetnikov, 2012 , p. 50-59.
3. ↑ Reshetnikov, 2012 , p. 61-62.
4. ↑ Tipler, 1988 .
5. ↑ Harrison, 1987 , p. 155-165.
6. ↑ Reshetnikov, 2012 , p. 63-64.
7. ↑ 1 2 A. Uryson. Miért sötét éjszaka az ég  // Tudomány és élet . - 2017. - 12. sz . - S. 94-95 . (Orosz)

Irodalom

• Reshetnikov V. P. Miért sötét az ég? Hogyan működik az Univerzum . — M. : Vek 2, 2012.
• Starobinsky A. A. Fotometriai paradoxon  // Fizikai enciklopédia . - M . : Szovjet enciklopédia, 1998. - T. 5 . - S. 352 .
• Filonenko V.S. Kepler és az Olbers-paradoxon // Föld és Univerzum. - 1984. - 2. sz . - S. 63 .
• Charugin V.M. Miért sötét az ég éjszaka? (Háttérsugárzás és az Univerzum szerkezete)  // Univerzum és mi. - 1997. - 3. sz . - S. 8-14 .
• Harrison ER Darkness at Night: A világegyetem talánya. – Harvard University Press, 1987.
• Harrison ER Miért sötét az ég éjszaka  // Fizika ma . - 1974. - 1. évf. 27. - P. 30-36.
• Harrison ER A sötét éjszakai égbolt paradoxona  // American Journal of Physics. - 1977. - 1. évf. 45. - P. 119-124.
• Harrison ER The Dark Night Sky Riddle, "Olber's Paradox"  // Proceedings of the 139th. A Nemzetközi Csillagászati ​​Unió szimpóziuma, Heidelberg, NSZK, 1989. június 12-16. - 1989. - P. 3-17.
• Hoskin M. Gravitáció és fény a csillagok newtoni univerzumában, a modern kozmológia történeti fejlődése  // ASP konferencia anyaga. — Vol. 252. - P. 11-19.
• Hoskin M. Stukeley kozmológiája és Olber paradoxonának newtoni eredete  // J. Hist. Astr.. - 1985. - Vol. 16. - P. 77-112.
• Jaki SL Olbers, Halley, vagy Kinek a paradoxona?  // American Journal of Physics. - 1967. - 1. évf. 35. - P. 200-210.
• Knutsen H. Sötétség éjjel  // Eur. J. Phys. - 1997. - Vol. 18. - P. 295-302.
• Overduin JM, Wesson PS Dark Matter and Background Light (astro-ph/0407207)  // Phys. Rept.. - 2004. - Vol. 402.-P. 267-406.
• Overduin JM, Wesson PS A Fény/Sötét Univerzum: Fény a galaxisokból, a sötét anyag és a sötét energia. – World Scientific Publishing Company, 2008.
• Tipler FJ Johann Madler állásfoglalása Olber paradoxonáról  // Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. - 1988. - 1. évf. 29. - P. 313-325.
• Whitrow GJ Miért sötét az ég éjszaka?  // Hist. Sci.. - 1971. - Vol. 10. - P. 128-132.
• Wesson PS Olbers paradoxona és az extragalaktikus háttérfény spektrális intenzitása  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1991. - Vol. 367 . - P. 399-406 .
• Wesson PS Az extra-galaktikus háttérfény: Olbers paradoxonának modern változata (Vagy: Miért sötét a tér a galaxisok között)  // Space Science Reviews . - Springer , 1986. - 1. évf. 44. - P. 169-176.  (nem elérhető link)

Linkek

• Olbers-paradoxon // Elemek
• V. G. Surdin . Olbers fotometriai paradoxona // Encyclopedia Krugosvet
• 3. fejezet § 3.4. Fotometriai paradoxon / D. Yu. Klimushkin, S. V. Grablevsky, Kozmológia. 2001
• P. J. E. Peebles: A STANDARD KOSZMOLÓGIAI MODELL / Joseph Henry Laboratories, Princeton  Egyetem
• P. Lutus: Miért sötét az ég éjszaka? Beszélgetés az Olbers-paradoxonról, az ősrobbanásról és a kapcsolódó  kérdésekről
• Miért sötét az ég éjszaka? / Ned Wright kozmológiai  oktatóanyaga

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz a világ körül Britannica (online) Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	J9U : 987007545922805171 LCCN : sh85094504