¿Cómo podemos ver una de cerca-lightspeed objeto emisor de luz?

Question

Considere un objeto que viaja cerca de la velocidad de la luz relativa a nosotros (que sea una nave espacial o una estrella), que es la emisión de luz (considerar que es monocromática resultante de los dos niveles de transición electrónica).

En cuanto a las diferentes relativa de tiempo en el objeto en sí (ya que se viaja a altas velocidades) y el tiempo de un observador (dicen que en la Tierra), ¿qué pasaría con el número de fotones que podamos ver, emitida por el objeto, es decir, los fotones por segundo, a medida que aumenta la velocidad ?

Creo que podríamos ver que el objeto se emite menos y menos fotones por unidad de tiempo) como su velocidad aumenta debido a que el tiempo de recombinación radiativa, es decir, el tiempo requerido para producir un fotón, pase más lento. ¿Es esto cierto?

Si sí: Es posible que nos pueda no detectar importa cuando miramos hacia el espacio exterior y creo que no hay nada allí? Relacionadas con el hecho de que no hay radiación detectable a partir de ese punto y que la masa relativista es especialmente alta, podría, o por qué no, este estar relacionado con la materia oscura?

Nota: NO me estoy refiriendo a cambio de la energía causada por el desplazamiento al rojo, me estoy refiriendo a cambio de que el número de fotones por unidad de tiempo!

Answer 1

Si una fuente de fotones se aleja de un observador a una velocidad de $v$, mientras que el envío de cada segundo un fotón de frecuencia$f$, ¿a qué velocidad iba el observador vea los fotones que vienen y en qué longitud de onda se tienen?

En primer lugar, olvídate de relativista de la longitud de las contracciones menciona en algunos de los comentarios (la fuente de fotones ser visto como acortado no es relevante) todo lo que importa es el efecto Doppler relativista , que las respuestas a ambas preguntas. El Doppler factor de $\sqrt{\frac{c+v}{c-v}}$ da el factor por el cual los fotones de longitudes de onda se observó a ser aumentado, así como el factor por el cual el tiempo entre los subsiguientes observado fotones es mayor.

Así que si la fuente de fotones que se aleja del observador a una velocidad $v=\frac{3}{5}c$, se deduce que la longitud de onda observada es el doble de la fuente de fotones de longitud de onda, y el tiempo entre los fotones también es el doble del intervalo de tiempo visto desde la fuente de fotones. En otras palabras, tanto los observados tiempo de ciclo de los fotones, así como el observado intervalo de tiempo entre los fotones es el doble que como se observa desde el marco de referencia asociados con la fuente de fotones.

Answer 2

Respuesta corta:

Sí, la velocidad a la que íbamos a recibir fotones desde el emisor se ralentizará, y los fotones ser desplazado hacia el rojo. No, esto no podía dar cuenta de la Materia Oscura en el Universo.

Tasa de fotones

Si usted piensa acerca del efecto Doppler relativista de fotones como una disminución de la frecuencia debido a la relativista de la dilatación del tiempo, en lugar de un cambio en la longitud de onda, es bastante fácil ver que el corrimiento hacia el rojo de los fotones y el ritmo más lento en la que será recibido por el observador es exactamente el mismo efecto.

Recuerde que $$ \Delta t = \gamma \Delta \tau, \\ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}, $$

con $\tau$ siendo el tiempo medido por un reloj en el emisor del marco y $t$ la hora en un reloj en el observador del marco. El gráfico de $\gamma$ como una función de la $v$ se parece a esto (de Wikipedia):

(Lo bueno de $\gamma$ es que a menudo es sólo un factor multiplicativo, para recordar su forma le da una buena intuición de cómo muchas cosas en SR).

Así, el tiempo entre dos parte superior de la ola en un fotón es $\tau$ en la emisión de marco, y $\gamma \tau$ en la observación de marco, y buscando en la figura tenemos una buena comprensión de cómo ese tiempo - y por lo tanto el desplazamiento hacia el rojo de los fotones que se desarrollan como $v \rightarrow c$.

Pero el mismo efecto se de curso a suceder para el intervalo de tiempo entre la emisión de dos subsiguientes fotones/pulsos de luz, así que sí, la frecuencia con la que llegan se acercará a cero como $v$ enfoques $c$.

Explicación de la Materia Oscura?

Es cierto que las partículas se mueven a velocidades relativistas podría tener una masa mayor que las mismas partículas en reposo con respecto a nosotros. Pero debemos recordar que a partir de la simetría de los argumentos, no sería de alrededor como muchos de emisión de las partículas se mueven hacia nosotros como fuera de nosotros a esas velocidades. Las partículas que se nos acercan en relativista velocidad de desplazamiento hacia el azul de sus fotones emitidos en nuestra dirección (recuerde que $v$ es negativo en movimiento hacia nosotros y por lo tanto $\gamma$, se hace más pequeña con mayor velocidad de aproximación), y por eso sería definitivamente observar si hubo una gran cantidad de materia en movimiento a velocidades relativistas que nos rodea. Hay, por supuesto, la cosmologically desplazado hacia el rojo fotones emitidos en partes distantes del Universo que se alejan de nosotros debido a la expansión cósmica, pero el desplazamiento hacia el rojo es gradual como una función de la distancia (y también debemos recordar que el SR no no aplica en estas escalas).

Otro problema con la Materia Oscura, es el escenario que se puede observar los efectos de la Materia Oscura en todas partes, incluso donde todavía podemos observar un montón de ordinario, luminoso materia, por ejemplo, en los halos de las galaxias cercanas. Estos halos son los que componen el grueso ($\sim 90\%$) de la masa galáctica, y definitivamente no se alejan de nosotros en relativista de la velocidad, sin tomar el luminoso de la materia de la galaxia, que fácilmente se puede observar que no es así. Del mismo modo, si miramos por ejemplo, el Bullet Cluster, podemos observar que la Materia Oscura también en una escala más grande es la celebración de juntas de los sistemas luminoso de la materia que definitivamente no se alejan de nosotros en nada se asemeja a la velocidad de la luz.

Answer 3

(No estoy del todo seguro acerca de esto... pero aquí vamos:)

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Aunque los fotones son extraños, no tener una longitud de onda fija, pero de alguna manera una velocidad fija, su existencia no es relativa. Cada marco de referencia debe estar de acuerdo acerca de la existencia de un fotón. Por lo tanto, podemos calcular el número de fotones transmitidos simplemente mediante el uso de la dilatación del tiempo.

Si el láser emite $N$ fotones en $t$ segundos de acuerdo a su propio reloj, el observador también verán $N$ de los fotones emitidos, pero en $t'=\gamma t$ segundos. Por lo tanto el número de fotones emitidos por segundo se reduce por un factor de $\gamma$.

En adición a esto, la luz emitida será menos energía para el observador debido al efecto Doppler relativista ($f_{obs}=\sqrt{\frac{1-v/c}{1+v/c}}f_{src}$). Por lo tanto, la observación de la salida de energía se caen rápidamente.

Answer 4

Imaginemos que estamos en un mundo dimensional. Hay un objeto que se mueve lejos del observador con velocidad de $v>0$. Este objeto emite, en su marco de referencia, $n_1$ fotones por segundo, de frecuencia $\nu_1$ durante un tiempo de $t_1$.

En la observación marco, se observa que los fotones $n_0$ fotones por segundo, con frecuencia $\nu_0$ durante un tiempo de $t_0$. La transformación de Lorentz se relaciona $t_0$ $t_1$ $$\frac{t_0}{t_1}=\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}\qquad\left(\text{with}\;\;\beta=\frac vc<1\right).$$ El número de fotones que se conserva, por lo $n_1t_1=n_0t_0$ y por lo tanto $$\frac{n_0}{n_1}=\frac{t_1}{t_0}=\frac1\gamma=\sqrt{1-\beta^2}.$$ El número de fotones por segundo disminuye.

Sin embargo, para la observación a los efectos de, no es el número de fotones por segundo que importa, sino el poder. La energía de un fotón es $\hbar\nu$, por lo que la potencia emitida por el objeto a es $P_1=\hbar\nu_1n_1$. La potencia observada en el marco de referencia es $P_0=\hbar\nu_0n_0$. El desplazamiento al rojo de la fórmula da la relación $$\frac{\nu_1}{\nu_0}=1+z=\sqrt{\frac{1+\beta}{1-\beta}}$$ por lo tanto $$P_0=\hbar\nu_0n_0=\hbar\frac{\nu_1}{1+z}\frac{n_1}\gamma=\left(1-\beta\right)P_1.$$

Así que para velocidades de $v$ aproxima $c$, el poder va a ser muy pequeña. Esto hace que la detección de la materia oscura aún más difícil. Si existe la materia oscura, de todos modos, su potencia de emisión se espera que sea muy pequeña, el hecho de que se observa sólo una fracción $1-\beta$ de esta energía no es el mayor problema. La materia oscura, por definición, una pequeña potencia de emisión, que es un fuerte obstáculo para su observabilidad.