ich bin gerade ein wenig erschüttert:
In den allermeisten Lehrbüchern zur Kosmologie wird betont, dass sich die kosmologische Rotverschiebung nicht als Doppler-Effekt behandeln lasse, da letzteres Bewegungen im Raum beschreibe, während bei Galaxien Bewegungen mit dem Raum vorlägen. Soweit finde ich das eigentlich logisch, und die allermeisten Kosmologen sehen (sahen?) das genauso. Entsprechend häufig wurde das hier schon mehrfach verlinkte Paper "Expanding confusion" von Davis und Lineweaver in der wissenschaftlichen Community zitiert:
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808
Die beiden Autoren weisen mit deutlichem Nachdruck darauf hin, dass die Rotverschiebungen keineswegs mit dem Doppler-Effekt erklärt werden könnten. (Gleiches schreibt Davis übrigens auch in ihrer Dissertation.)
Zum Glück wollte ich nicht gerade zum Trinken ansetzen, als ich auf folgenden Aufsatz von ihr gestoßen bin (erschien wohl im SdW):
Hier ist zunächst eine Zusammenfassung ihres Artikels aus dem SdW:
http://www.spektrum.de/artikel/1053217&_z=798888
"(...) Doch die kosmologische Rotverschiebung hat nach gängiger Auffassung einen anderen Grund. Den Lehrbüchern zufolge wird sie dadurch verursacht, dass der Raum, durch den das Licht wandert, sich selbst ausdehnt wie ein aufgeblasener Luftballon. Aber, hält Tamara Davis dagegen, in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist der Raum relativ; was wirklich zählt ist die Geschichte einer Galaxie – die Bahn, die sie in der Raumzeit beschreibt. Darum sollten wir, wenn wir die Relativgeschwindigkeit der fernen Galaxie in Bezug auf uns berechnen, deren Trajektorie in der Raumzeit und unsere vergleichen. Der Betrag der Rotverschiebung, den der irdische Beobachter an der Galaxie feststellt, erweist sich so gesehen nicht anders als die Dopplerverschiebung, die er an einem Auto sähe, das sich mit derselben Relativgeschwindigkeit entfernt. (...)"
Der Original-Artikel aus der Scientific American findet man hier
http://www.physics.uq.edu.au/download/t ... Energy.pdf,
wo sie dasselbe schreibt.
Wie kommt es zu dieser 180°-Wende bei Davis, dass die Rotverschiebung doch als Doppler-Effekt interpretierbar ist (was aber die Standard-Interpretation meines Wissens nach nicht ausschließen würde - vielmehr sind es nur zwei verschiedene Sichtweisen)?
2008 haben wohl die Kosmologen Bunn und Hogg das paper "Expanding confusion" in Frage gestellt, siehe hier:
http://arxiv.org/abs/0808.1081
Abstract:
A common belief about big-bang cosmology is that the cosmological redshift cannot be properly viewed as a Doppler shift (that is, as evidence for a recession velocity), but must be viewed in terms of the stretching of space. We argue that, contrary to this view, the most natural interpretation of the redshift is as a Doppler shift, or rather as the accumulation of many infinitesimal Doppler shifts. The stretching-of-space interpretation obscures a central idea of relativity, namely that it is always valid to choose a coordinate system that is locally Minkowskian. We show that an observed frequency shift in any spacetime can be interpreted either as a kinematic (Doppler) shift or a gravitational shift by imagining a suitable family of observers along the photon's path. In the context of the expanding universe the kinematic interpretation corresponds to a family of comoving observers and hence is more natural.
So wie ich es verstanden habe, wird ein Koordinatensystem derart gewählt, dass man die Expansion als Fluchtbewegung der Galaxien auffassen kann, was zumindest lokal funktioniert, weil eine gekrümmte Raumzeit (aufgefasst als Semi-Riemannsche-Mannigfaltigkeit) sich lokal als Minkowski-Raum darstellen lässt. Nun kann man diese lokale Darstellung wohl an vielen Verschiedenen Punkten entlang der Null-Geodäte (Weg des Photons) durchführen und die Doppler-Rotverschiebungen aufsummieren.
Oder, wenn man die Geschwindigkeitsvektoren der Objekte kennen würde, könnte man den des Emitters entlang der Null-Geodäte paralleltransportieren und die Differenz gibt Aufschluss über die Rotverschiebung, interpretiert als Doppler-Effekt.
Entsprechend ist auch nun die Sichtweise von Davis im SciAm.
Allerdings bin ich auf ein weiteres Paper gestoßen, in dem Chodorowski die Autoren Bunn&Hogg darin kritisiert, dass diese einen Paralleltransport entlang der Null-Geodäte durchführen und nicht entlang der Geodäte konstanter Zeit:
http://arxiv.org/abs/0911.3536
Abstract:
It is widely believed that the cosmological redshift is not a Doppler shift. However, Bunn & Hogg have recently pointed out that to settle properly this problem, one has to transport parallelly the velocity four-vector of a distant galaxy to the observer's position. Performing such a transport along the null geodesic of photons arriving from the galaxy, they found that the cosmological redshift is purely kinematic. Here we argue that one should rather transport the velocity four-vector along the geodesic connecting the points of intersection of the world-lines of the galaxy and the observer with the hypersurface of constant cosmic time. We find that the resulting relation between the transported velocity and the redshift of arriving photons is not given by a relativistic Doppler formula. Instead, for small redshifts it coincides with the well known non-relativistic decomposition of the redshift into a Doppler (kinematic) component and a gravitational one. We perform such a decomposition for arbitrary large redshifts and derive a formula for the kinematic component of the cosmological redshift, valid for any FLRW cosmology. In particular, in a universe with Omega_m = 0.24 and Omega_Lambda = 0.76, a quasar at a redshift 6, at the time of emission of photons reaching us today had the recession velocity v = 0.997c. This can be contrasted with v = 0.96c, had the redshift been entirely kinematic. Thus, for recession velocities of such high-redshift sources, the effect of deceleration of the early Universe clearly prevails over the effect of its relatively recent acceleration. Last but not least, we show that the so-called proper recession velocities of galaxies, commonly used in cosmology, are in fact radial components of the galaxies' four-velocity vectors. As such, they can indeed attain superluminal values, but should not be regarded as real velocities.
Anscheinend ist die Ansicht, die Roterschiebung sei grundsätzlich nicht als Doppler-Effekt interpretierbar, zu vorschnell gewesen. Was ich aber nicht unbedingt sehe ist, dass die Interpretation als Doppler-Effekt "more natural" (Bunn, Hogg) wäre. Letztendlich arbeitet man in der Kosmologie aber ohnehin mit
Mir fehlt leider die Zeit (und wohl noch die Fähigkeit), die Paper genauer zu lesen, insbesondere hoffe ich, keine falschen Schlussfolgerungen aus den Papern gezogen zu haben. (Falls doch, bitte korrigieren; offenbar gibt es in der Kosmologie ohnehin schon zu viele Missverständnisse.)
MfG
Patrick
