¿Cómo podemos medir la distancia de los objetos distantes a pesar de los efectos relativistas?

Question

Cuando observamos objetos astronómicos como las galaxias lejanas, hay varios factores que complican para la estimación de la distancia:

• Relativista de la velocidad de resultado en la contracción de longitud
• Relativista de la velocidad de los resultados en Doppler-cambios en la frecuencia de la luz
• La simultaneidad está sesgada debido a nuestras diferentes velocidades

Con estos efectos, cómo somos capaces de estado decente con exactitud a qué distancia de todas las galaxias distantes se encuentran de nosotros? Hacer los efectos anteriores tienen un impacto en las mediciones?

Sé que la determinación de la medida de distancias se realiza principalmente midiendo el desplazamiento al rojo de la luz de las fuentes. Una mayor z número normalmente significa que está más lejos (debido a la aceleración de la expansión del Universo). Mi pregunta es realmente acerca de cómo los efectos relativistas son tenidos en cuenta y si son o no jugar un gran papel en la incertidumbre de nuestros cálculos.

Estoy en busca de una respuesta orientada a la persona común, pero las fórmulas son siempre un reto agradable.

Answer 1

Las dificultades en algunos aspectos es peor de lo que imaginaba, y de otras maneras no tan malo.

Las dificultades son peores en el sentido de que cuando estamos tratando con galaxias distantes, necesitamos de la relatividad general, no sólo de la relatividad especial. La relatividad General no tiene una bien definida la noción de un marco global de referencia, por lo que no ofrece un único y bien definido de la manera de definir distancias cosmológicas o las velocidades de los objetos distantes.

Las dificultades no son tan malos en el sentido de que la estructura del espacio-tiempo en las escalas cosmológicas está relativamente bien entendido en estos días, por lo que podemos calcular todos los efectos relativistas con bastante decente precisión.

La relatividad no tiene una preferencia marco. Sin embargo, en la cosmología no es un local de marco definido que es especial, que es el marco de la radiación cósmica de fondo de microondas fotones. Cuando decimos que la distancia de nuestra galaxia, Una a una cosmologically distante de la galaxia B es igual a L, lo que queremos decir es esto. Nos referimos a que L es el resultado que se obtiene de una cadena de gobernantes que se extiende desde la a a la B, cada regla está en reposo con respecto a la CMB en su propio vecindario.

También hay un estándar de la noción de tiempo cosmológico, que es el tiempo medido por un reloj que está en reposo con respecto a la CMB. Por ejemplo, cuando decimos que el universo tiene 14 mil millones de años de edad, que significa en términos de este tiempo.

La relatividad General no requieren el uso de estos específico, las medidas estándar de cosmológica del tiempo y la distancia. De hecho, GR es totalmente independiente acerca de coordenadas. Pero estas medidas están físicamente bien razonada en términos de su relación con las características físicas del universo.

Answer 2

Los astrónomos saben acerca de este problema, y seguir con lo que se puede medir. Para distantes galaxias, cuásares, la radiación cósmica de fondo, etc. solo utilizan el redshift, el "z" de valor. Esto es definido por la medida de la longitud de onda y el conocido valor de laboratorio - suponiendo que cualquier espectral de la emisión y absorción de las líneas están correctamente identificados.

Para decir nada acerca de la distancia (medida en kilómetros, parsecs, años luz, etc) más allá de un par de miles de millones de años luz requiere la definición de un marco de referencia, se piensa mucho en lo de "distancia" significa (no importa la cosmología, ¿qué significa con objetos en movimiento?) y esto lleva a los modelos cosmológicos como el Friedmann-Lemaître que proporcionan la matemática de la tierra para el cálculo de null geodesics, spacelike hyperplanes y todas esas cosas bien que los laicos ir a la física de la escuela para convertirse en los físicos.

Menos de un par de millones de años luz, sí, seguro que hay un problema de ver una galaxia donde estaba, pero queriendo hablar de cómo de lejos está "ahora", que se puede estimar a partir de lo que podemos saber de la galaxia del movimiento. Pero los errores debido a que no utilizan GTR y el derecho del modelo cosmológico no eran más que las incertidumbres en las mediciones o deseado de exactitud de los resultados.

Answer 3

La primera cosa a tener en cuenta es que la mayoría de las precisas medidas de distancia son aproximadamente el 5% de nivel (salvo un par de excepciones), pero el 50% es la más común y a menudo satisfactorio.

• Contracción de longitud no es un problema por dos razones. En primer lugar, velocidades relativas entre nosotros y galaxias enteras son generalmente pequeños¹ (especialmente debido a lasvelocidades peculiares'). Segundo, la duración de la contracción de los efectos de la longitud observada de que el objeto en movimiento, no la distancia que medimos.

• Doppler relativista cambio es un efecto importante en la hora de medir cosas como la alta energía de astrofísica chorros; pero cuando la medición de distancias a las galaxias (por ejemplo), en realidad está buscando a la luz de millones a miles de millones de estrellas promediar---donde la velocidad típica es pequeña.

• La simultaneidad es mayormente irrelevante, a menos que yo estoy entendiendo tu pregunta, como medidas de distancia no dependen en absoluto de temporización.

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1: Incluso a una distancia de alrededor de 2000 Mpc ($z \approx 0.5$), la velocidad aparente es menor que 20% de la velocidad de la luz -que es insignificante.