Rødforskydning eller hvad?

Hej Spørg om Fysik

I kosmologi betragtes rødforskydningen af fjerne galakser som et udtryk for Universets udvidelse, og dermed også for Big Bang teorien.

Tanken er, at en lyspartikel (foton) udsendes fra en fjern galakse for flere milliarder år siden. Mens fotonen er på vej til jorden, er Universet under udvidelse. Dette betyder, at fotonens bølgelængde strækkes ud, og at den derfor ankommer til os med højere bølgelængde end ved afsendelse.

For at denne antagelse skal holde stik, kan der med andre ord ikke være andre mekanismer, der påvirker bølgelængde eller frekvens (disse er omvendt proportionale) eller for den sags skyld fotonens energi (som er proportional med frekvensen). 

Fra kvantemekanik (og partikelfysik specielt) har vi en viden om, at selv vacuum (selve rumtidens struktur) på meget lille skala, er et virvar af virtuelle partikler.

Nu er mit spørgsmål så: Er vi absolut sikre på, at der ikke kan være en eller anden form for vekselvirkning mellem den foton der er på vej fra en fjern galakse, og de virtuelle partikler den måtte møde på sin vej?

Jeg tænker specifikt på, at fotonen måske ved vekselvirkning med de virtuelle partikler, kunne tabe en smule energi. Dette ville vel give sig udtryk i lavere frekvens og dermed højere bølgelængde. Med andre ord samme effekt som vi fortolker som udvidelse af universet.

En sådan vekselvirkning ville måske ikke kunne ses over relativt korte afstande (millioner af lysår), men kunne måske have en effekt over meget store afstande (milliarder af lysår). En sådan effekt ville måske ikke betyde, at universet ikke udvidede sig, men at det skete med en lavere hastighed, end vi har målt det til i dag.

Med venlig hilsen
N S M

Det er faktisk et rigtig godt spørgsmål du stiller. Man kan sagtens forestille sig, at der sker alle mulige sjove ting med fotonen på vej hen til os. Der er jo støv (og vakuum), og der kunne være alt muligt, som vi ikke har tænkt på før. Og hvis du havde stillet spørgsmålet for nogle år siden, så havde vi ikke kunnet svare!

Hvis jeg citerer (og oversætter frit fra) en videnskabelig artikel skrevet af en mand der hedder O. C. Wilson

"Idag er det ikke muligt at bestemme observationelt, om rødforskydning er en sand Doppler effekt, der repræsenterer relativ bevægelse, eller om det vidner om et hidtil uopdaget fænomen, såsom en langsom dissipation af fotonernes energi. Svaret på dette spørgsmål er, naturligvis, vigtig i en kosmologisk teori."

Det minder utroligt meget om din egen formulering, så du er i godt selskab!

Men det er vigtigt, at han skrev det tilbage i 1939, altså for omkring 70 år siden. Idag er vi kommet videre. Man kan nemlig skelne, ved at kigge på "tidsudtrækningen".

Forestil dig, at du har en duracell kanin, der hopper omkring på en galakse langt væk. Du ved hvor lang tid disse batterier kan holde, så du ved, at den kan hoppe i præcis 5 timer. Hvis du observerer denne kanin, så vil lyset fra den være rødforskudt, hvis galaksen ligger langt væk, *men* hvis det bare er fordi lyset laver sjov med os (som du foreslår gennem vekselvirkning med vakuum, eller hvad som helst ellers) så ser vi, at den hopper i 5 timer. Hvis det derimod er lyset der bliver rødforskudt, så skulle denne tid blive udtrukket. Og det har man observeret.

Man har kigget på en bestemt slags objekter (ok, det er tilfældigvis også supernovaer, men det kunne have været hoppende kaniner) og man har set, at tidsudtrækningen meget præcist svarer til, at det må være universet der udvider sig.

Venligst
Steen Hansen