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Luz viagem no tempo efeitos e recursos cosmológicos

Este artigo não publicado é uma sequela para o meu artigo anterior (também postou aqui como “É Rádio Fontes e Gamma Ray Bursts Luminal Booms?“). Esta versão de blog contém o resumo, introdução e conclusões. A versão integral do artigo está disponível como um arquivo PDF.

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Abstrato

Os efeitos do tempo de viagem Luz (LTT) são uma manifestação óptica da velocidade finita da luz. Eles também podem ser considerados limitações perceptual para a imagem cognitiva do espaço e do tempo. Com base nessa interpretação de efeitos LTT, que apresentou recentemente um novo modelo hipotético para a variação espacial e temporal do espectro da Gamma Ray Bursts (GRB) e fontes de rádio. Neste artigo, tomamos a análise mais e mostrar que os efeitos LTT pode fornecer um bom quadro para descrever tais características cosmológicas como a observação redshift de um universo em expansão, ea radiação cósmica de fundo. A unificação desses fenômenos aparentemente distintas em muito diferentes escalas de comprimento e tempo, juntamente com a sua simplicidade conceitual, podem ser considerados como indicadores da utilidade curioso deste quadro, se não a sua validade.

Introdução

A velocidade finita da luz desempenha um papel importante na forma como percebemos a distância ea velocidade. Este fato dificilmente deve vir como uma surpresa, porque nós sabemos que as coisas não são como nós os vemos. O sol que vemos, por exemplo, já é de oito minutos de idade no momento em que vê-lo. Este atraso é trivial; se queremos saber o que está acontecendo no sol agora, tudo o que temos a fazer é esperar por oito minutos. Nós, no entanto,, tem que “correto” para essa distorção em nossa percepção, devido à velocidade finita da luz antes que possamos confiar no que vemos.

O que é surpreendente (e raramente destaque) é que, quando se trata de sensores de movimento, não podemos voltar a calcular da mesma forma que tirar o atraso em ver o sol. Se vemos um corpo celeste se movendo a uma improvável alta velocidade, não podemos descobrir o quão rápido e em que direção é “realmente” movimento sem outros pressupostos. Uma maneira de lidar com essa dificuldade é atribuir as distorções na nossa percepção de movimento para as propriedades fundamentais da arena da física — espaço e tempo. Outra linha de ação é aceitar a desconexão entre a nossa percepção ea subjacente “realidade” e lidar com ele de alguma forma.

Explorando a segunda opção, assumimos uma realidade subjacente que dá origem à nossa imagem percebida. Nós modelo ainda mais essa realidade subjacente como obedecendo a mecânica clássica, e trabalhar a nossa imagem percebida através do aparelho de percepção. Em outras palavras, não atribuem as manifestações de velocidade finita da luz para as propriedades da realidade subjacente. Em vez, nós cuidamos da nossa imagem percebido que este modelo prevê e verificar se as propriedades que nós observamos podem se originar a partir desta restrição perceptual.

Espaço, os objetos nele, e seu movimento são, de um modo geral, o produto de percepção óptica. Um tende a tomar como certo que a percepção da realidade surge como um percebe. Neste artigo, tomamos a posição de que o que percebemos é uma imagem incompleta ou distorcida de uma realidade subjacente. Mais, estamos tentando out mecânica clássica para a realidade do subjacente (para a qual nós usamos termos como absoluta, realidade noumenal ou física) que faz com que a nossa percepção para ver se ele se encaixa com a nossa imagem percebida (que podemos nos referir à realidade como detectado ou fenomenal).

Note-se que não estamos dando a entender que as manifestações de percepção são meras ilusões. Eles não são; eles são de fato parte da nossa realidade detectada porque a realidade é um resultado final de percepção. Essa percepção pode estar por trás a famosa frase de Goethe, “Ilusão de ótica é a verdade óptica.”

Nós aplicamos essa linha de pensamento a um problema de física recentemente. Nós olhamos para a evolução do espectro de um GRB e achei que fosse notavelmente semelhante ao de um estrondo sônico. Usando este facto, apresentamos um modelo para GRB como a nossa percepção de um “luminal” árvore, com o entendimento de que é a nossa imagem percebida da realidade que obedece a invariância de Lorentz e nosso modelo para a realidade subjacente (fazendo com que a imagem percebida) pode violar física relativista. O acordo marcante entre o modelo e as características observadas, no entanto, prorrogada para além GRBs a fontes de rádio simétricas, que também pode ser considerado como efeitos perceptivos de booms luminais hipotéticas.

Neste artigo, olharmos para outras implicações do modelo. Começamos com as semelhanças entre o tempo de viagem de luz (LTT) efeitos e a transformação de coordenadas em Relatividade Especial (SR). Estas semelhanças não são surpreendentes porque SR deriva, em parte, com base nos efeitos LTT. Nós, então, propor uma interpretação da SR como uma formalização de efeitos LTT e estudar alguns fenômenos cosmológicos observados à luz desta interpretação.

Semelhanças entre a luz viajar no tempo Efeitos e SR

A relatividade especial visa coordenar uma transformação linear entre sistemas de coordenadas em movimento em relação ao outro. Podemos traçar a origem da linearidade de um pressuposto oculto sobre a natureza do espaço e do tempo construída em SR, como afirmou Einstein: “Em primeiro lugar, é evidente que as equações deve ser linear, em virtude das propriedades de homogeneidade que atribuímos a espaço e tempo.” Devido a essa suposição de linearidade, a derivação original das equações de transformação ignora a assimetria entre aproximando e se afastando objetos. Tanto a aproximação e recuo objectos pode ser descrito por dois sistemas que são sempre de recuo de cada outra coordenada. Por exemplo, se um sistema K está em movimento em relação a um outro sistema k ao longo do eixo X positivo de k, em seguida, um objeto em repouso K a uma positiva x está se afastando enquanto outro objeto em um negativo x está se aproximando de um observador na origem da k.

A transformação de coordenadas no trabalho original de Einstein é derivado, em parte, uma manifestação do tempo de viagem luz (LTT) efeitos e por consequência a imposição a constância da velocidade da luz em todos os referenciais inerciais. Isso é mais evidente no primeiro experimento de pensamento, onde os observadores se deslocam com uma haste de encontrar os seus relógios não sincronizado, devido à diferença nos tempos de viagem de luz ao longo do comprimento da haste. Contudo, na interpretação atual da SR, a transformação de coordenadas é considerado uma propriedade básica de espaço e tempo.

Uma dificuldade que surge a partir desta interpretação de SR é que a definição da velocidade relativa entre os dois quadros de inércia torna-se ambígua. Se for a velocidade da trama em movimento, conforme medido pelo observador, em seguida, o movimento superluminal observado em jatos de rádio a partir da região do núcleo torna-se uma violação do SR. Se for uma velocidade que temos a considerar os efeitos deduzir por LT, então temos que empregar a suposição ad-hoc extra que superluminality é proibido. Essas dificuldades sugerem que pode ser melhor para separar os efeitos de luz tempo de viagem do resto do SR.

Nesta secção, vamos considerar espaço e tempo como uma parte do modelo cognitivo criado pelo cérebro, e argumentam que a relatividade especial aplica-se ao modelo cognitivo. A realidade absoluta (de que o SR-como o espaço-tempo é a nossa percepção) não tem de obedecer às restrições da SR. Em particular, objectos não são restritas a velocidades subluminal, mas eles podem aparecer para nós como se eles estão restritos a velocidades subluminal em nossa percepção do espaço e do tempo. Se separar os efeitos LTT do resto do SR, podemos compreender uma grande variedade de fenômenos, como veremos neste artigo.

Ao contrário de SR, considerações baseadas em efeitos LTT resultar em conjunto intrinsecamente diferente de leis de transformação para objetos que se aproximam um observador e os afastando dele. Mais geralmente, a transformação depende do ângulo entre a velocidade do objecto e a linha de visão do observador. Uma vez que as equações de transformação com base em efeitos LTT tratar aproximando e se afastando objetos assimetricamente, eles fornecem uma solução natural para o paradoxo dos gêmeos, por exemplo.

Conclusões

Como o espaço eo tempo são uma parte de uma realidade criada a partir de insumos de luz para os nossos olhos, algumas das suas propriedades são manifestações de efeitos LTT, especialmente na nossa percepção do movimento. O absoluto, realidade física, presumivelmente, gerando as entradas de luz não tem que obedecer as propriedades que atribuímos ao nosso espaço e tempo percebido.

Nós mostramos que os efeitos LTT são qualitativamente idênticos aos do SR, observando que SR considera apenas quadros de referência recuando um do outro. Esta semelhança não é surpreendente, porque a transformação de coordenadas no SR é derivado com base, em parte, os efeitos LTT, e, em parte, na hipótese de que a luz viaja à mesma velocidade com que diz respeito a todos os inerciais. Em tratando-o como uma manifestação de LTT, nós não abordou a principal motivação de SR, que é uma formulação covariante das equações de Maxwell. Pode ser possível separar a covariância da eletrodinâmica a partir da transformação de coordenadas, embora não seja experimentada com este artigo.

Ao contrário de SR, Efeitos LTT são assimétricas. Esta assimetria fornece uma solução para o paradoxo dos gêmeos e uma interpretação das violações de causalidade assumidas associado com superluminality. Além disso, a percepção de superluminality é modulada por efeitos LTT, e explica gamma explosões de raios e jatos simétricos. Como mostramos no artigo, percepção do movimento superluminal também tem uma explicação para os fenômenos cosmológicos, como a expansão do universo e microondas radiação cósmica de fundo. Efeitos LTT deve ser considerada como uma restrição fundamental em nossa percepção, e, consequentemente, na física, ao invés de uma explicação conveniente para fenômenos isolados.

Tendo em conta que a nossa percepção é filtrada através de efeitos LTT, temos que deconvolute-los de nossa realidade percebida, a fim de compreender a natureza do absoluto, realidade física. Este deconvolution, no entanto, resulta em várias soluções. Assim, o absoluto, realidade física está além do nosso alcance, e qualquer suposto propriedades da realidade absoluta só pode ser validada através de quão bem a resultante percebido realidade está de acordo com nossas observações. Neste artigo, assumiu-se que a realidade subjacente obedece nossos mecânica clássica intuitivamente óbvio e fez a pergunta como essa realidade seria percebido quando filtrada através de efeitos de tempo de viagem luz. Nós demonstramos que este tratamento especial poderia explicar certos fenômenos astrofísicos e cosmológicos que observamos.

A transformação de coordenadas no SR pode ser visto como uma redefinição do espaço e do tempo (ou, mais geralmente, realidade) a fim de acomodar as distorções em nossa percepção do movimento, devido aos efeitos de tempo de viagem luz. Pode-se ser tentado a argumentar que se aplica ao SR “reais” espaço e tempo, não a nossa percepção. Essa linha de argumentação levanta a questão, o que é real? A realidade é somente um modelo cognitivo criado em nosso cérebro a partir de nossas entradas sensoriais, inputs visual que é o mais importante. O próprio espaço é uma parte deste modelo cognitivo. As propriedades do espaço são um mapeamento dos limites da nossa percepção.

A escolha de aceitar a nossa percepção como uma verdadeira imagem da realidade e redefinindo o espaço eo tempo como descrito na relatividade especial, na verdade equivale a uma escolha filosófica. A alternativa apresentada no artigo é inspirado pela visão da neurociência moderna que a realidade é um modelo cognitivo no cérebro com base em nossas informações sensoriais. Adotando essa alternativa nos reduz a adivinhar a natureza da realidade absoluta e comparando sua projeção previsto para nossa percepção real. Pode simplificar e explicar algumas teorias da física e explicar alguns fenômenos intrigantes em nosso universo. Contudo, esta opção é mais uma postura filosófica contra a realidade absoluta incognoscível.

É Rádio Fontes e Gamma Ray Bursts Luminal Booms?

Este artigo foi publicado no International Journal of Modern Physics D (IJMP–D) em 2007. Logo tornou-se o As mais acessadas artigo da revista por Janeiro 2008.

Embora possa parecer como um artigo de física núcleo duro, é de fato uma aplicação da visão filosófica que permeia este blog e meu livro.

Esta versão de blog contém o resumo, introdução e conclusões. A versão integral do artigo está disponível como um arquivo PDF.

Jornal de referência: IJMP-D completa. 16, Não. 6 (2007) pp. 983–1000.

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Abstrato

O amolecimento do arrebol GRB tem semelhanças notáveis ​​para a evolução de freqüência em um estrondo sônico. Na extremidade dianteira da lança cone sónica, a freqüência é infinito, muito parecido com um estouro Gamma Ray (GRB). Dentro do cone, a frequência diminui rapidamente para faixas infrasônicas ea fonte sonora aparece em dois lugares ao mesmo tempo, imitando as fontes de rádio dois lóbulos. Embora um “luminal” crescimento viola a invariância de Lorentz e, portanto, é proibido, é tentador trabalhar os detalhes e compará-los com os dados existentes. Esta tentação é ainda reforçada pelo superluminality observada nos objetos celestes associados com fontes de rádio e algumas GRBs. Neste artigo, calcula-se a variação temporal e espacial das freqüências observadas de um boom luminal hipotética e mostram notável semelhança entre os nossos cálculos e observações atuais.

Introdução

Uma explosão sónica é criado quando um objecto emissor de som passa através do meio mais rápido do que a velocidade do som no meio que. À medida que o objecto atravessa o meio, o som que ele emite cria uma frente de onda cônica, como mostrado na Figura 1. A freqüência do som neste frente de onda é infinito por causa do efeito Doppler. A frequência atrás da frente de onda cónica cai dramaticamente e logo atinge a gama infrasonic. Esta evolução freqüência é notavelmente semelhante ao arrebol evolução de uma explosão de raios gama (GRB).

Sonic Boom
Figura 1:. A evolução de frequências de ondas sonoras, como um resultado do efeito de Doppler em movimento supersónico. O objeto supersónico S está se movendo ao longo da seta. As ondas sonoras são "invertidos", devido ao movimento, de modo que as ondas emitidas em dois pontos diferentes na mesclagem trajetória e chegar ao observador (em O) ao mesmo tempo. Quando a frente de onda atinge o observador, a freqüência é infinito. Depois disso, a frequência diminui rapidamente.

Gamma Ray Bursts são muito breve, mas flashes intensos de \gamma raios no céu, com duração de poucos milissegundos até vários minutos, e atualmente acredita-se que emanam de colapsos estelares cataclísmicos. Os flashes curtos (as emissões rápidas) são seguidos por um arrebol de energias progressivamente mais suaves. Assim, o inicial \gamma Os raios são prontamente substituído por raios-X, luz e até mesmo ondas de rádio freqüência. Este amolecimento do espectro tem sido conhecida há algum tempo, e foi descrita pela primeira vez usando um hypernova (bola de fogo) modelo. Neste modelo, uma bola de fogo relativisticamente expansão produz o \gamma emissão, eo espectro suaviza como a bola de fogo esfria. O modelo calcula a energia liberada na \gamma região 10^ {53}10^ {54} ergs em poucos segundos. Esta saída de energia é semelhante a cerca 1000 vezes o total de energia liberada pelo sol em toda a sua vida.

Mais recentemente, um decaimento inverso do pico de energia com diferentes constantes de tempo foi usado para se encaixar de forma empírica a evolução temporal observada da energia de pico utilizando um modelo de colapsar. De acordo com este modelo, OPGs são produzidos quando a energia de fluxos altamente relativistas em colapsos estelares são dissipadas, com os jatos de radiação resultante ângulo corretamente com relação à nossa linha de visão. O modelo colapsar estima uma produção de energia inferior porque a liberação de energia não é isotrópico, mas concentrado ao longo dos jatos. Contudo, a taxa de acontecimentos Collapsar tem que ser corrigida para a fracção do ângulo sólido dentro do qual os jactos de radiação pode aparecer como OPGs. OPGs são observados aproximadamente à taxa de uma vez por dia. Assim, a taxa esperada de eventos cataclísmicos que alimentam as GRBs é da ordem de 10^410^6 por dia. Devido a esta relação inversa entre a taxa ea produção de energia estimada, a energia total libertada por observada OOG permanece a mesma.

Se pensarmos em um GRB como um efeito semelhante ao estrondo sônico em movimento supersônico, a necessidade de energia cataclísmico assumido torna-se supérfluo. Outra característica da nossa percepção do objeto supersônico é que ouvimos a fonte de som em dois locais diferentes, como ao mesmo tempo, como ilustrado na figura 2. Este curioso efeito ocorre porque as ondas sonoras emitidas em dois pontos diferentes na trajetória do objeto supersônico chegar ao observador no mesmo instante no tempo. O resultado final deste efeito é a percepção de um par simetricamente recuo das fontes sonoras, que, no mundo luminal, é uma boa descrição de fontes de rádio simétricas (Dupla fonte Radio Associado com núcleo galáctico ou Dragn).

superluminality
Figura 2:. O objeto está voando de para A através e B a uma velocidade supersónica constante. Imagine que o objeto emite som durante a sua viagem. O som emitido no ponto (que está perto do ponto de maior aproximação B) atinge o observador no O antes que o som emitido mais cedo, . O instante em que o som em um ponto anterior atinge o observador, o som emitido num momento muito tarde A também atinge O. Assim, o som emitido pelo A e atinge o observador ao mesmo tempo, dando a impressão de que o objeto é nestes dois pontos ao mesmo tempo. Em outras palavras, o observador ouve dois objetos se afastando em vez de um objecto real.

Rádio Fontes são tipicamente simétrica e parecem associados a núcleos galácticos, manifestações actualmente consideradas de singularidades do espaço-tempo ou estrelas de nêutrons. Diferentes classes de tais objetos associados Núcleos Ativos de Galáxias (AGN) foram encontrados nos últimos 50 anos. Figura 3 mostra a galáxia de rádio Cygnus A, um exemplo de uma tal fonte de rádio e um dos objectos mais brilhantes rádio. Muitas de suas características são comuns à maioria das fontes de rádio extragaláctica: os lóbulos duplos simétricos, uma indicação de um núcleo, uma aparência de jatos alimentam os lobos e os hotspots. Pesquisadores observaram características cinemáticas mais detalhados, como o movimento próprio dos hotspots nos lobos.

Fontes de rádio simétricas (galáctico ou extragaláctica) e GRBs podem parecer fenômenos completamente distintos. Contudo, seus núcleos apresentam uma evolução similar no tempo de pico de energia, mas com muito diferentes constantes de tempo. Os espectros de OPGs de evoluir rapidamente \gamma região para uma pós-luminescência óptico ou mesmo RF, semelhante à evolução espectral dos hotspots de uma fonte de rádio como eles se movem a partir do núcleo para os lobos. Outras semelhanças começaram a atrair a atenção nos últimos anos.

Este artigo explora as semelhanças entre um hipotético “luminal” lança e esses dois fenômenos astrofísicos, embora tal crescimento luminal é proibido pela invariância de Lorentz. Tratar OOG como uma manifestação de um boom luminais hipotéticos resultados em um modelo que unifica esses dois fenômenos e faz previsões detalhadas de suas cinemática.

CygA
Figura 3:.O jato de rádio e lobos na galáxia rádio hyperluminous Cygnus A. Os hotspots nos dois lóbulos, região do núcleo e os jactos são claramente visíveis. (Reproduzido de uma imagem cortesia da NRAO / AUI.)

Conclusões

Neste artigo, nós olhamos para a evolução espaço-temporal de um objeto supersônico (tanto na sua posição ea freqüência do som que ouvimos). Nós mostramos que ela se assemelhe GRBs e DRAGNs se fôssemos para estender os cálculos à luz, apesar de um crescimento luminal exigiria movimento superluminal e, portanto, é proibido.

Esta dificuldade não obstante, apresentamos um modelo unificado para Gamma Ray Bursts e jet como fontes de rádio baseado em movimento superluminal em massa. Mostramos que um único objeto superluminal voando nosso campo de visão parece-nos como a separação simétrica de dois objetos a partir de um núcleo fixo. Usando este fato como o modelo para jatos simétricos e GRBs, explicamos suas características cinemáticas quantitativamente. Em particular, mostramos que o ângulo de separação dos hotspots foi parabólica em tempo, e os desvios para o vermelho de os dois focos eram praticamente idênticos uns aos outros. Mesmo o fato de que os espectros dos hotspots estão na região de freqüência de rádio é explicada assumindo movimento hyperluminal eo consequente desvio para o vermelho da radiação de corpo negro de uma estrela típica. A evolução no tempo da radiação de corpo negro de um objecto superluminar é completamente compatível com o amolecimento do observado nos espectros de OPGs e fontes de rádio. Além, nosso modelo explica porque é que há mudança significativa azul nas regiões centrais de fontes de rádio, por fontes de rádio parecem estar associados com as galáxias ópticos e por GRBs aparecem em pontos aleatórios sem nenhuma indicação antes de sua aparição iminente.

Apesar de não abordar as questões Energética (a origem de superluminality), nosso modelo apresenta uma opção intrigante baseado em como iríamos perceber movimento superluminal hipotético. Foi apresentado um conjunto de previsões e comparou-os com os dados existentes de DRAGNs e GRBs. Os recursos como o azul do núcleo, simetria dos lóbulos, o transiente \gamma e rajadas de Raios-X, a evolução dos espectros medido ao longo do jato tudo encontrar explicações naturais e simples neste modelo como efeitos perceptivos. Encorajado por este sucesso inicial, podemos aceitar o nosso modelo baseado no crescimento luminal como um modelo de trabalho para esses fenômenos astrofísicos.

Tem que se ressaltar que os efeitos perceptivos podem se disfarçar como violações aparentes da física tradicional. Um exemplo de um tal efeito é o movimento aparente superluminar, que foi explicado e antecipado dentro do contexto da teoria da relatividade especial, mesmo antes de o mesmo foi observado. Embora a observação de movimento superluminar foi o ponto de partida para trás o trabalho apresentado neste artigo, é de nenhuma maneira uma indicação da validade do nosso modelo. A semelhança entre um estrondo sônico e um boom luminal hipotético na evolução espaço-temporal e espectral é apresentado aqui como um curioso, embora provavelmente infundada, fundação para o nosso modelo.

Uma lata, no entanto, argumentam que a teoria da relatividade especial (SR) não lida com superluminality e, portanto,, movimento e luminais booms superluminais não são incompatíveis com SR. Como evidenciado pelas declarações de trabalho original de Einstein abertura, a principal motivação para SR é uma formulação covariante das equações de Maxwell, o que exige uma transformação de coordenadas determinado com base, em parte, o tempo de viagem de luz (LTT) efeitos, e, em parte, na hipótese de que a luz viaja à mesma velocidade com que diz respeito a todos os inerciais. Apesar desta dependência LTT, os efeitos LTT atualmente assumiu a aplicar em um espaço-tempo que obedece SR. SR é uma redefinição do espaço e do tempo (ou, mais geralmente, realidade) , de modo a acomodar as suas duas postulados básicos. Pode ser que haja uma estrutura de fundo para o espaço de tempo, dos quais SR é só nossa percepção, filtrou-se através dos efeitos LTT. Tratando-os como uma ilusão de ótica para ser aplicado em um espaço-tempo que obedece SR, podemos ser o dobro contá-las. Podemos evitar a dupla contabilização de desembaraçar a covariância das equações de Maxwell a partir da parte transformações de coordenadas de SR. Tratar os efeitos LTT separadamente (sem atribuir suas conseqüências para a natureza básica do espaço e do tempo), podemos acomodar superluminality e obter explicações elegantes dos fenômenos astrofísicos descritos neste artigo. Nossa explicação unificada para GRBs e fontes de rádio simétricas, portanto,, tem implicações tão profundas como a nossa compreensão básica da natureza do espaço e do tempo.


Foto por NASA Goddard Foto e Vídeo