Червено отместване

Да приемем, че аз съм тук. Ще разгледам два сценария. В единия съм наблюдател тук. Това съм аз. По-добре ще е даже да си нарисувам окото, защото ще наблюдаваме светлина. Да, това ще направя. Значи, това съм аз – или окото ми – в първата ситуация. Това пък ще е окото ми във втората ситуация. В първия случай – нека го нарисувам – и в двата случая ще има някакъв обект. Ще имаме някакъв източник на светлина. В първия случай обаче източникът на светлина няма да се движи спрямо мен. Във втория случай, само за целите на дискусията, за да стане забавно, източникът ще се движи с наполовина скоростта на светлината. Невъобразимо голяма скорост, но нека приемем, че е така. Значи има скорост една втора от скоростта на светлината и с нея се отдалечава от мен, наблюдателя. Нека си представим какво би се случило. И двата обекта излъчват светлина. Започват да я излъчват по едно и също време. Когато това стане, и двата са на еднакво разстояние от окото ми. Единствената разлика между тях е, че този е статичен, а онзи се отдалечава от мен с една втора скоростта на светлината. Да кажем, че след известно време светлинната вълна от този източник достигне окото ми. Тогава ще изглежда като нещо такова. Ще се постарая максимално да го нарисувам. Нека нарисувам няколко честотни вълни тук. Да кажем, че това е половин вълна. Това е цяла вълна. Това е друга половина, друга цяла, друга половина, цяла, после половина, след това цяла вълна. Да видим дали ще мога да го нарисувам. Ще изглежда като една цяла, още една, трета. Не е лесно. След това още една цяла. Значи формата на вълната би била горе-долу такава. Фронтът на вълната достига окото ми. Докато тя продължава да се движи отвъд окото, то ще разпознае някаква дължина на вълна или честота и ще я види като някакъв цвят, ако приемем, че става дума за видимата част на електромагнитния спектър. Нека сега помислим какво ще се случи с източника. Първо, фронтът на тази вълна ще ме достигне едновременно с онзи на другата. Едно от невероятните свойства на движението на светлината като цяло, и особено във вакуум, е, че няма значение, ако това се отдалечава от мен със скорост, наполовина от тази на светлината. Светлината пак ще се движи към мен със скоростта на светлината. Тя е абсолютна. Няма значение дали това ще се отдалечава на 0,9 част от скоростта на светлината. Светлината пак ще се движи към мен с обичайната си скорост. Това съвсем не е интуитивно. Във всекидневния живот, ако аз се отдалеча от теб с половината от скоростта на куршум и изстрелям такъв към теб, то той ще се движи към теб със скорост – един вид, ще изгуби половината от обичайната си скорост. Към мен също ще се движи с половината от нормалната си скорост, в зависимост от това къде е позиционирано, но това не важи при светлината. След като изяснихме това, нека сега помислим за това как би изглеждала светлинната вълна. Докато светлината стигне дотук, трябва да обмислим – нека прерисувам това. Нека прерисувам това око. Това пак съм аз. Докато светлината достигне окото ми – и двата източника са започнали да излъчват светлина по едно и също време – от този е изминала половината разстояние. Ако отнемаше на светлината определено количество време да стигне дотук, от този източник щеше да е изминала половината на това разстояние за същото време. Тоест в момента, в който светлината достигне окото ми, от този щеше да е изминала половината разстояние. Значи щеше да е стигнал някъде дотук. Започнали са да излъчват светлина по едно и също време. Тоест първият фотон, ако разгледаме светлината като частица, ще достигне окото ми в същия момент, в който го направи първият фотон от другия източник. Един вид, формата на вълната ще се е разтеглила. Все още ще разполагаме с една, две, три, четири пълни вълни, но те ще са разтеглени. Да видим дали мога да ги нарисувам. Нека разделя това на две. Нека разделя всяко от тези наполовина. Всяко от тях ще е една цяла вълна. Ще имат и половин вълна помежду си. Цялото ще изглежда като нещо такова. Ще се постарая да го нарисувам. Най-трудната част е точно рисуването на разтеглената вълна. Готово. Би изглеждало така. Когато достигне окото ми, то ще го възприеме, като че ли има по-голяма дължина, въпреки че от гледната точка на всеки от обектите, ако се движи с всеки от тях, честотата и дължината на вълната на излъчената светлина е една и съща. Единствената разлика е, че това се отдалечава от мен – или аз от него, в зависимост от това как гледаш на нещата – докато аз стоя мирно, а в този случай, и наблюдателят, и източникът стоят мирно. При това положение, какво ще ми каже окото? То ще възприеме всеки един последователен пулс, или всяка последователна вълна, и ще каже: "Ей, тук има по-дълга вълна, поне видимо по-дълга – (нека го запиша) – видимо по-дълга вълна тук, както и по-ниска честота." Какво тогава ще стане с възприятието на светлината? Да кажем, че това е зелена светлина. Ако си застанал до наблюдателя, тя ще изглежда зелена. Да разгледаме електромагнитния спектър. Взех това от Уикипедия. Ако аз застана мирно до наблюдателя, и сме в зелената част от спектъра става дума за 500-нанометрова вълна. С отдалечаването на обекта от мен с онази огромна скорост обаче възприеманата вълна става по-широка. Тоест, от моя гледна точка, тя ще е по-широка. Виждаш какво се случва. Ще изглежда по-червена. Ще се придвижи към червената част на спектъра. Този феномен се нарича "червено отместване". Правил съм няколко видеа за курса по физика относно ефекта на Доплер. В тях говоря за звуковите вълни и възприеманата честота на звука – ако нещо се движи към теб, далеч от теб – същото нещо е. Това е ефектът на Доплер, приложен в светлината. Причината той да важи и за светлина, пътуваща в пространството, и за звук, пътуващ във въздуха, е, че звуковата вълна във въздуха, независимо от това дали източникът се отдалечава, или приближава към теб, ще се движи със скоростта на звука във въздуха, при определено налягане и така нататък. При светлината е същото. Във вакуум, винаги, независимо от източника, от неговото движение, самата светлинна вълна се движи с една и съща скорост. Единствената разлика е в промяната на възприеманата вълнова честота. Причината да обяснявам това е, че това свойство на светлината може да бъде използвано, за да се определи дали нещо се отдалечава или приближава към теб. За червеното отместване осново се говори, защото, оказва се, повечето неща се отдалечават от нас. Това е една от причините да вярваме в Големия взрив. В обратния случай, в който нещо се движи към мен с невероятно големи скорости, става дума за нещо наречено – не се споменава много-много – виолетово отместване. Тогава честотата се увеличава. Тоест ще изглежда по-синя или лилава. Другото нещо, което исках да подчертая, е, че феноменът "червено отместване" не се отнася само за видимата светлина. Става и при неща, които не можем да видим. Просто биха станали по-червени. Не достатъчно, че да се видят обаче. Може да се получи и при такива, които са по-червени от червеното. Може да се излъчва просто някаква микровълна, но източникът да се отдалечава с високи скорости и да бъде възприета като радиовълна. Всъщност трябваше да засегна това във видеото за микровълновата радиация; възприема се като микровълни, но източникът се отдалечава от нас. Има червено отместване. Тоест не са излъчвали микровълнова радиация наистина. Това, което наблюдаваме – и всъщност което би станало ако е имало "Голям взрив" - реално е микровълнова радиация. Надявам се това ти даде представа за това какво е червено отместване. Сега можем да го използваме, за да обясним защо мислим, че много неща се отдалечават от нас. А сега, за да съм сигурен, че ме разбра – да кажем, че имаме два обекта, две слънца. Нека това са две слънца, или две галактики, все едно. Поради едни други свойства – няма да говоря за тях сега – знаем, че сигурно излъчват светлина с еднакъв цвят. Знаем, че това е така заради едни други свойства на тази звезда или галактика. Ако възприемаме едната като по-червена от другата, тогава знаем, че се отдалечава от нас. Колкото по-червена изглежда, толкова повече дължината ѝ се е разтеглила спрямо тази на другата звезда, и толкова по-бързо знаем, че се отдалечава от нас.