Nisi razumeo ništa od onoga što sam hteo da kažem. Ne mogu da te krivim, hteo sam da budem kratak pa sam žrtvovao konciznost radi prostora.
Idem sad ispočetka.
Zvezde emituju širok spektar elektromagnetnog zračenja. Međutim, spektralna raspodela gustine energije zračenja ima isti oblik za sve zvezde (osim možda za neke anomalne slučajeve - to astronomi bolje znaju) i taj oblik je karakterističan jer je dat čuvenom Plankovom formulom za zračenje apsolutno crnog tela. Evo na primer spektra Sunca
Maksimum zračenja se nalazi u vidljivoj oblasti i to otprilike kod žute boje (zato je Sunčeva svetlost pomalo žućkasta). Ovaj spektar u suštini nije kontinualan, ali je sastavljen od ogromnog broja linija koje su veoma bliske. Svaka spektralna linija poseduje izvesnu širinu, tj. sastoji se od velikog broja veoma bliskih linija. Jedan deo širine (broja bliskih linija) linije potiče od prirodne širine energetskih nivoa atoma (posledica relacija neodređenosti), a jedan deo širine potiče od Doplerovog širenja linija (posledica termalnog kretanja - o tome je prethodno i bila reč). Ponegde u spektru je intenzitet nekih linija veoma mali i to je zato što u atmosferi Sunca ili na površini postoje atomi koji apsorbuju svetlost na datoj talasnoj dužini. Ove apsorpcione linije su znatno pogodnije za eksperimentalni rad zato što se jasnije ističu i lakše su za praćene nego na primer promena intenziteta nekog dela spektra. Pošto Sunce ne menja rastojanje od zemlje mi u njegovom spektru ne vidimo nikakav pomak (apsorciona linija Helijuma se nalazi na istom mestu kao i kada bismo merili u laboratoriji). Gde god da gledamo Sunce spektar je isti i ne zavisi od kruženja Zemlje oko Sunca. Jedini efekat termalnog kretanja na površini Sunca (pričam ovde o površini jer vidljiva svetlost potiče uglavnom odatle) je Doplerovo širenje linija.
Slično je i za druge zvezde. Kada se zvezda udaljava od nas, onda se njen spektar malo drugačije vidi i to tako da se gornji grafik pomera udesno. Ako nam se približava, onda se njen grafik pomera ulevo. Ako je maksimum zračenja zvezde u vidljivom delu spektra (a za uobičajene jeste) tada boja zvezde doživljava promenu zato što se maksimum pomera na drugu boju. Crveni i plavi pomak tu treba shvatiti uslovno zato što promena boje zavisi od relativne brzine i od toga na kojoj boji je maksimum zračenja. Tako bi crveni pomak za Sunce značio da će ono u suštini da pozeleni pre nego što pocrveni.
Sada malo o Doplerovom širenju. Zbog termalizacije atomi na Sunčevoj površini imaju najverovatniju brzinu datu relacijom
. Verovatnoće kretanja brzinom manjom ili većom od ove eksponencijalno opadaju, onako kako je dato Bolcmanovom raspodelom
. Sva usmerenja u prostoru su podjednako verovatna, tako da atomi mogu imatu relativnu komponentu prema posmatraču bilo gde između -v i v. Na intervalu od 0 do v ćemo imati plavi pomak, a na intervalu od -v do 0 ćemo imati crveni pomak, pri čemu za v i -v imamo najveće pomake. Ovo znači da će traka dobijena jednim elektronskim prelazom da se umnoži u veliki broj traka pomaknutih za neku talasnu dužinu i u pravcu manjih i u pravcu većih talasnih dužina. Dakle termalizacija nam od jedne trake pravi familiju bliskih traka određene širine. Što je temperatura veća, širina će biti veća. Rezultat je da u celokupnom spektru imamo crveno i plavu pomaknutu svetlost nastalu termalizacijom.
Kada brzina svetlosti ne zavisi od relativnog kretanja izvora i posmatrača ne postoji način da se u spektru razlikuje svetlost koja je doživela Doplerov pomak. Jedino na osnovu širenja aposorpcionih linija (pošto se i one šire iz istih razloga kao i emisione) možemo videti efekat termalizacije. Dakle sa relativističkog stanovišta pomak (izazvan termalizacijom) ne utiče vidljivo na spektar, oblik ni boju zvezde (do na kontrakciju dužine). Ali, sa balističkog stanovišta crveno pomaknuta svetlost nema istu brzinu kao plavo pomaknuta svetlost. Ovo pruža nekoliko scenarija u kojima može doći do promene oblika, boje i spektra zvezde.
Evo slike za jednu od tih situacija.
Ovo plavo neka bude Zemlja, a žuto Sunce. Sunce se kreće sa leva na desno. Recimo da je naša astronomska oprema uperena u tačke u male delove prostora oko tačaka A, B, C, D pri čemu je rastojanja A i B jednako ekvatorijalnom prečniku Sunca, a rastojanje C i D polarnom prečniku, pri čemu su tačke C i D jedna iznad druge (nalaze se na polovima). Neka je rastojanje od tačaka A i B do nas L, a od tačaka C i D do nas L'. Recimo da trenutno gledamo u A. Pre nego što zvezda stigne u A odatle ne dobijamo nikakvu svetlost tako da na teleskopu i na spektroskopu vidimo samo mrak. Kada prvi deo Sunca stigne u A odatle kreće svetlost prema našim instrumentima. Neka u trenutnku
u tačku A uđe prvi deo Sunca. Sa tog dela se emituje svetlost brzinama iz intervala
kojoj odgovaraju talasne dužine sa pomacima iz intervala
. Svetlost koja je plavo pomaknuta za
ima najveću brzinu
i do nas stiže u trenutku
. Za njom sledi svetlost sa sve manjim plavim pomakom, pa ptom svetlost sa sve većim crvenim pomakom i na kraju u trenutku
stiže i svetlost sa najvećim crvenim pomakom. Dakle imamo interval u trajanju
u toku koga ne dobijamo ceo spektar poslat iz tačke A u trenutku
. Da stvar bude još gora, plavo pomaknuta svetlost poslata iz tačke A neposredno posle
(svetlost koju šalju drugi delovi Sunca koji postepeno prolaze kroz A) može stići do nas pre crveno pomaknute svetlosti poslate u
tako da i oni dodatno doprinose plavom pomaku u prvim trenucima ulaska Sunca u tačku A. Da smo napravili fotografiju spektra u trenutku
dobili bismo izrazito plavo pomaknut spektar (dakle stižu samo one linije nastale maksimalnim termalnim plavim pomakom) jer crveno pomaknuta svetlost (ostatak familije) još uvek nije mogla da stigne iz tačke A: dakle apsorpcione linije bi bile plavo pomaknute, a i maksimum zračenja bi bio plavo pomaknut tako da bi i boja Sunca izgledala malo plavlje. Kako vreme odmiče, polako pristiže i crveno pomaknuta svetlost i počinje da se gradi stacionarna slika u kojoj ne dominira ni plavi ni crveni pomak već imamo samo termalno širenje linija i uobičajenu spektralnu raspodelu za Sunce koje poprima uobičajenu boju. Za vreme tranzita središnjeg dela Sunca kroz tačku A sve je uobičajeno i važi slika o kojoj si ti pričao. Gledajmo sada šta se dešava u tački B u trenutku
. Kroz nju je upravo prošao poslednji deo Sunca. Prva svetlost iz B će stići u trenutku
, a poslednja u trenutku
(isto kao i kod A). Svetlost koja poslednja pristiže ima izrazito crveni pomak jer je sva plavo pomaknuta svetlost već stigla, a nema nadolazećih delova Sunca da emituju dodatno plavo pomaknutu svetlost. Dakle u trenutku
pristiže poslednja svetlost Sunca iz tačke B i imamo da je ona crveno pomaknuta: apsorpcione linije imaju maksimalni termalni crveni pomak, maksimum spektra ima crveni pomak i Sunce zbog toga izgleda malo zelenije (ili crvenije, zavisi od brzine kojom se Sunčevi atomi kreću). Pošto smo prvu svetlost od Sunca iz tačke A primili u trenutku
, a poslednju iz tačke B u trenutku
imamo da će nam poluprečnik Sunca, meren između tačaka A i B biti
(jer mi vidimo da Sunce prolazi kroz B i posle trenutka
sve do trenutka
). Ovde je
brzina kojom se Sunce kreće sleva na desno. Ako sada posmatramo tačke C i D u trenutku
imamo da će prva svetlost stići i iz C i iz D do nas u trenutku
, a poslednja u
. Ovde je R ekvatorijalni radijus Sunca. Pošto prva i poslednja svetlost iz tačaka C i D stižu u istom trenutku polarni poluprečnik Sunca meren između C i D je jednostavno
. Pošto je Sunce malo spljošteno odnos
nije jedan već je malo veći. Međutim, odnos koji smo mi izmerili sa zemlje je
. Vidimo odmah da je q'>q što znači da smo mi videli Sunce malo spljoštenije nego što jeste. Da smo sada napravili fotografiju celog Sunca u bilo kom trenutku lako se vidi da bi na njoj bilo sledeće: Sunce je spljoštenije (izduženije u pravcu kretanja) nego što inače jeste, obod Sunca okrenut u smeru kretanja je malo plavičastiji, a o obod okrenut suprotno smeru kretanja je malo crvenkastiji (ili zeleniji, objasnio sam to). Središnji deo izgleda uobičajeno i ako spektroskopom gledamo celo Sunce vidimo uobičajen spektar, međutim ako gledamo njegove ivične delove vidimo pomake. Sve isto važi i za bilo koju drugu zvezdu.
Identičnim rezonom se može pokazati zašto bi pomračujuća senka imala šarene obode oko sebe, ali me stvarno mrzi da i to crtam i objašnjavam.
Eto to su dve situacije u kojoj zavisnost brzine svetlosti od relativnog kretanja posmatrača i izvora igra ulogu u celokupnom izgledu objekta i njegovom spektru (tj, spektru delova objekta).
Što se eksperimentalne potvrde Doplerovog efekta tiče, prva je bila Ives-Stilwell-ov eksperiment (1931. ili 1932. čini mi se). Ja sam okačio link ka jednom eksperimentu koji se zasniva na Ives-Stilwell-ovom eksperimentu, ali je rađen sa modernom opremom i sa mnogo većom tačnošću. Nisam uspeo da nađem stranice za ostala ponavljanja tog eksperimenta (a bilo ih je puno). U svakom slučaju pomenuti su na onoj listi eksperimenatalnih testova STR. Ti radovi postoje u online arhivama stručnih časopisa, ali pristup nije slobodan. Imate onu jednu stranu koja daje okvirni opis i rezultate, ali ako vas baš zanimaju detalji i rezultati tog i ostalih eksperimenata možda bih mogao da se iscimam da pogledam pa da vam prenesem. Uostalom pogledajte malo arXiv, možda tamo nešto ima.
[Ovu poruku je menjao tomkeus dana 08.01.2008. u 20:02 GMT+1]
Registrovani: 3 ( iculibrk, Ivan Dimkovic, poturica )
Re: Teorija Relativnosti
