آیا ما انتقال به قرمز را بطورکامل فهمیده ایم ؟
۱- اثر دوپلرکلاسیکی
پدیده دوپلر در اصل برای تغیرات فرکانس چشمه صوت در فیزیک کلاسیک مطرح گردید بر اساس این اثر هرگاه ناظری نسبت به یک چشمه صوت در حرکت باشد ناظر فرکانسی غیر از آنچه از چشمه گسیل می یابد را دریافت می کند مثلا اگر یک ماشین آژیرزن به طرف ما با سرعت در حال حرکت باشد به علت حرکت چشمه صوت (ماشین آژیرزن ) یک تغیرفرکانس در موج ارسالی از چشمه صوت متحرک به سوی ناظر ایجاد می شود به نحویکه هرچه ماشین آژیرزن به ما نزدیک تر شود صدای آژیر زیرتر (فرکانس بیشتر ) می گردد و موقعی که ماشین از کنار ما می گذرد و دور می شود صدای آژیری که به گوش ما می رسد بم تر (فرکانس کمتر) می گردد برای به دست آوردن بسامدی که هنگام دور شدن شدن چشمه صوت از ناظر بوجود می آید می توان از رابطه
استفاده کرد که در آن f۰ فرکانس صوت ارسالی توسط چشمه صوت وf فرکانسی است که ناظر در یافت می کند v سرعت صوت در محیط وvs, r سرعت دورشدن منبع صوت از ناظر است در صورت نزدیک شدن چشمه صوت به ما کافی است علامت( +) مخرج را به( –) تغیر دهیم
مثال : اگر چشمه صوتی با سرعت سی متر بر ثانیه از ناظری دور شود و در این هنگام صوتی با فرکانس هزار هرتز گسیل نماید آنگاه فرکانس دریافت شده توسط ناظر معادل ۹۱۸ هرتز خواهد بود به همین صورت فرکانس دریافتی هنگامی که چشمه صوت به ناظر نزدیک می شود معادل ۱۰۹۷هرتز ودر صورتی که ما به چشمه صوت نزدیک شویم فرکانسی معادل ۱۰۸۸ هرتز دریافت خواهیم کرد.
در اثردوپلر کلاسیکی بین بسامد های ثبت شده هنگامی که چشمه صوت به سمت ناظر ساکن یا ناظر به سمت چشمه صوت ساکن یا هردو به سمت همدیگر در حرکت باشند تفاوت وجود دارد و در هر وضعیت بسامد ثبت شده یک عدد متفاوت خواهد بود
۲- اثردوپلر نسبیتی
در اثردوپلر نسبیتی به علت اینکه چشمه گسیل کننده موج چشمه ایست که امواج الکترو مغناطیسی تابش می کند و رفتار این دسته از امواج نیزتوسط نظریه نسبیت خاص توصیف شده است بنابراین وضعیت کاملا با اثردوپلر کلاسیکی فرق می کند چرا که طبق اصل موضوعی نسبیت خاص، مبنی بر یکسان بودن قوانین فیزیکی در همه چارچوب های مرجع ، وجود هرگونه چارچوب مرجع ممتاز در عالم نفی میشود بهمین خاطر دیگر حرکت چشمه به سمت ناظر یا ناظر به سمت چشمه هیچ تفاوتی با هم نخواهد داشت بلکه تنها حرکت نسبی چشمه و ناظر است که برای این انتقال در نظر گرفته می شود
برهمین اساس مقدار انتقال دوپلری نسبیتی تنها به سرعت نسبی چشمه و ناظر بستگی دارد . در این پدیده اگر ناظر به سمت چشمه نور یا چشمه نور به سمت ناظر حرکت کند یک جابه جایی به سمت آبی طیف نور و اگر چشمه نور از ناظر یا ناظر از چشمه نور دور شود با افزایش طول موج نور دریافتی یک انتقال به قرمزدر طیف نشری یا جذبی ثبت شده آن چشمه دیده می شود مثلا اگر سرعت دور شدن یک کهکشان از زمین باعث شود تاخط آبی طیف نشری هیدروژن آن به جای ۴۳۴ نانومتر در ۶۰۰ نانومتر ثبت شود آنگاه کهکشان با سرعت ۱۳/۰ سرعت نور یعنی با سرعت ۹۴ میلیون کیلومتر بر ثانیه در حال دور شدن از ما می باشد.
۳- پدیده دوپلر و انبساط جهان
در سال ۱۹۲۹ میلادی ادوین هابل هنگام کار با تلسکوپ ۱۰۰ اینچی ماونت ویلسون متوجه شد که کهکشانها نسبت به هم در حرکتند دلیل هابل برای این فرار کهکشانی از انتقال دوپلری طیف جذبی کهکشانها به دست می آمد.دانشمندان با مطالعه طیف جذبی (طیف جذبی خطوط تاریکی است که بر روی طیف گسیلی پیوسته یک چشمه نور مانند ستاره یا کهکشان دیده می شود )ستارگان موجود در کهکشان ما ( راه شیری) اینگونه استدلال کردند ، ستارگانی که طیف جذبی آنها به طرف طول موجهای کوهتاتر (آبی ) جابه جا می شود آن ستاره به ما نزدیک می شود وهنگامی که خطوط طیف جذبی به سمت طول موجهای بلندتر (قرمز ) جابه جا می شود آن ستاره از ما دور می شود ستاره شناسان با توجه به همین موضوع سرعت دور شدن یا نزدیک شدن ستاره گان کهکشان راه شیری را در حدود سی کیلو متر بر ثانیه یعنی یک ده هزارم سرعت نور اندازه گیری کردند نور کهکشانهای همسایه نیز انتقال به قرمز یا آبی دارند که نشانگر دور شدن یا نزدیک شدن آنها به کهکشان ما می باشد . قبل از هابل اسلیفر در سال ۱۹۱۲ متوجه قرمز گرایی طیف کهکشان ها ی دور دست شد. هفده سال بعد هابل این کشف اسلیفر را تصدیق نمود او علاوه بر تایید قرمز گرایی طیف کهکشانها به رابطه بین این قرمز گرایی و کم نور شدن کهکشانها پی برد هابل با استفاده از رابطه
(فاصله کهکشان از ما) × (ثابت هابل ) = سرعت دور شدن کهکشان از ما
(دانشمندان با این ثابت خیلی مشکل دارند ولی به هر حال بر روی عدد مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه۶۷ ( هر مگا پارسک مسافتی معادل۳۲۰۰۰۰۰ سال نوری است) تقریبا توافق دارند هرچند که آلن ساندیچ – گوستاو تامان مقدار
(مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه ۵۰) اندازه گیری کردند و آئرونسون – هاچرا این مقدار را
(مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه ۹۰ ) تخمین زدند و دیگران این مقدار را با بررسی ابر نواخترها بین
(مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه ۶۸ تا ۷۶ )محاسبه نمودند لازم به ذکر است که برای کهکشان های دور دست مقدار ثابت هابل انحراف چشمگیری از نورم تعیین شده برای آن پیدا می کند مثلا کهکشانهایی در فاصله ۱۶۰ مگا پارسکی دیده شدند که سرعت دور شدنشان از ما ۸۰۰۰ کیلو متر بر ثانیه است ،در همین حال کهکشانهایی در فاصله ای بسیار نزدیک تر( ۸۰ مگا پارسک) وجود داشتند که از همین سرعت برخوردار بودند یعنی انتقال به قرمز یکسانی با کهکشان های با فاصله ۱۶۰ مگا پارسکی داشتند
با استفاده از رابطه zc = Hd (که در آن zc = v ( z = قرمز گرایی ) وv = سرعت دور شدن کهکشان ها یا ستاره ، c = سرعت نور، d = فاصله کهکشان یا ستاره از ما وH = ثابت هابل می باشد
مقدار z برابر است با اختلاف طول موج خطوط طیفی ثبت شده از نور کهکشان ها یا ستاره به طول موج همان خطوط در روی زمین) می توان به نتایجی مشابه آنچه گفته شد رسید.
بر همین اساس سرعت فرار کهکشانی که در فاصله شصت میلیون سال نوری از ما قرار دارد معادل ۱۲۰۰ کیلو متر بر ثانیه است ، سرعت دور شدن دب اکبر که در فاصله ۷۳۰ میلون سال نوری از ما قرار دارد معادل ۱۵۰۰۰ کیلو متر بر ثانیه است بهمین صورت سرعت فرار اکلیل شمالی ، عوا ، هیدرا که به ترتیب در فاصله یک میلیارد سال نوری ، دو میلیارد سال نوری و سه میلیارد سال نوری از ما قرار دارند معادل ۲۲۰۰۰ ، ۳۹۰۰۰ و ۶۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه می باشد
با توجه به سه مورد اخیر می توان به صورت ساده نتیجه گرفت کهکشانی که در فاصله نه ملیارد سال نوری از ما قرار دارد باید از سرعت فراری بیش از ۲۰۰۰۰۰ کیلو متر بر ثانیه بر خوردار باشد برای محاسبه دقیقتر، ثابت هابل را مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه۶۷ در نظر بگیرید و محاسبه را انجام دهید( فاصله را از سال نوری به مگاپارسک تغیر دهید)
به نظر شما اگر کهکشانی در فاصله ۱۳میلیارد سال نوری از ما قرار داشته باشد و مقدار ثابت هابل نیز با توجه به مشاهدات تجربی نه ۶۷ بلکه( مگا پارسک/ کیلو متر بر ثانیه ۷۶) باشد آنگاه سرعت فرار کهکشانی که در این فاصله از ما قرار دارد چقدر می شود؟ محاسبه کنید. ( ولی تعجب نکنید !!)
سرعت الکترون به دور هسته برای اتم هیدروژن ۲۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه و سرعت لازم برای فرار از جاذبه زمین ۱۱ کیلومتر بر ثانیه می باشد
پلیس های راهنمایی و رانندگی از پدیده دوپلرنسبیتی برای محاسبه سرعت ماشین ها نیز استفاده می کنند یا در سیستم رادار سرعت وجهت پرواز هواپیماها به همین طریق به دست می آید ومواردی از این قبیل
سئوال: آیا پدیده دوپلر می تواند این حوضه وسیع مسافت ها را به خوبی و بدون نقص پوشش دهد از یک ماشین۵۰۰ کیلو گرمی که در فاصله چند صد متری ما قرار دارد تا کهکشان چند میلیار ستاره ای که در فاصله چند میلیارد سال نوری ازما واقع شده است؟؟
۴- نگاهی دیگر به پدیده قرمز گرایی
اگر ما این فرض را بپذیریم که در ساختمان فوتون تعداد n سی پی اچ وجود دارد و چگالی این سی پی اچ ها به انرژی فوتون بستگی دارد ( بدین معنا که هرچه یک تابش الکترومغناطیس از انرژی بیشتری برخوردار باشد چگالی سی پی اچ ها ی فوتون های آن بیشتر است ) آنگاه به دلیل تداخل سی پی اچ ها موضوع خروج آنها از فوتون پیش می آید در این صورت هرچه منبع تابش از ما فاصله ى بیشترى داشته باشد از فوتون های آن تابش به دلیل تداخل اسپینی سی پی اچ های بیشتری خارج می شود و درنتیجه طول موج فوتون دریافت شده از چشمه دور دست دچار انتقال به قرمز بیشتری می شود .(رجوع شود به مقاله Khorojecph ) که در آن احتمال خروج با افزایش طول موج تابش کاهش می یابد از اینرو شدت خروج سی پی اچ ها از فوتون های یک تابش گاما بسیار بیشتر از خروج سی پی اچ ها از یک تابش مادون قرمز یا مریی می باشد و همچنین دو تابش با فرکانس یکسان آن تابشی که منبع تولیدش در فاصله بیشتری از ما قراردارد به دلیل خروج سی پی اچ بیشتر ازفوتون های آن از انتقال به قرمز بیشتری نسبت به تابشی که در فاصله کمتر نسبت به ما قرار دارد برخوردار می شود در ضمن کاهش چگالی سی پی اچ ها در فوتون های تابش مادون قرمز باعث کاهش تداخل سی پی اچ ها و به دنبال آن کاهش خروج آنها از فوتون می شود بنابراین
انتقال به قرمز تنها به سرعت دور شدن منبع تابش از ما بستگی ندارد و در ابعاد کیهانی انتقال به قرمز به دلیل خروج سی پی اچ ها بسیار با اهمیت تر ازانتقال به قرمز بر اثر پدیده دوپلر است
به عبارت دیگر
تغیرات طول موج = ۪ λ- ( تغیرات طول موج ناشی از انتقال دوپلری ± افزایش طول موج ناشی از خروج سی پی اچ ها)
علامت (+ ) هنگام دور شدن منبع تابش از ما و علامت ( – ) هنگام نزدیک شدن منبع تابش به ما می باشد .
برای فواصل نزدیک مقدار قرمز گرایی براثر خروج سی پی اچ به حداقل مقدار خود می رسد در صورتیکه در فواصل دور مقدار این قرمز گرایی به دلیل خروج سی پی اچ ها آنقدر افزایش می یابد که انتقال دوپلری ناشی از دور شدن منبع تابش از ما را تحت شعاع قرار می دهد به نحویکه این انتقال به قرمز قابل چشم پوشی خواهد بود. با این حساب انبساط عالم آنگونه که ما می پنداریم شتابان نیست بلکه به دلیل عدم توجه به افزایش طول موج نورهای ارسالی بر اثر تحلیل رفتن انرژی آنها (به خاطر پدیده خروج سی پی اچ ها ) همه انتقال به قرمز را مربوط به انتقال دوپلری پنداشته و بدنبال آن به اعداد و ارقام عجیب و غریب ودور از ذهن در مورد سرعت فرار کهکشان ها می رسیم درنتیجه مجبور می شویم برای توجیه این معضل به یک توهم دیگر متوصل شویم (انرژی تاریک ) که وجود آن در این قرن تفاوت چندانی با فلسفه وجود اتر در قرن نوزدهم ندارد
منابع :
۱- http://cph-theory.persiangig.com
۲- From Wikipedia, the free encyclopedia Doppler effect
۳- Relativistic Doppler effect From Wikipedia, the free encyclopedia
۴- Doppler radar Wikipedia, the free encyclopedia
۵- فیزیک مدرن کنت اس . کرین
۶- اختر فیزیک مقدماتی جلد ۲ زیلیک واسمیت
درباره نویسنده
تبلیغات
با ما صفحه اول گوگل را تجربه کنید خرید بک لینک ، بک لینک