Vöröseltolódás

Tegyük fel, hogy itt vagyok. Két esetet fogok vizsgálni. Egy megfigyelő vagyok itt, ez vagyok én. Talán még jobb lenne, ha csak a szememet rajzolnám meg, mert a fényt fogjuk megfigyelni. Tehát csak a szememet rajzolom meg. Szóval ez vagyok én az első esetben, vagyis ez az egyik szemem, ez pedig az egyik szemem a második esetben. Az első esetben... – hadd rajzoljam le – mindkét esetben lesz egy tárgyunk, lesz valamifajta fényforrásunk. De az első esetben a fényforrás nem fog mozogni hozzám képest, míg a második esetben a fényforrás – csak az érdekesség kedvéért – a fénysebesség felével fog mozogni. Elképzelhetetlenül nagy sebesség, de tegyük fel, hogy ekkora. Tehát ez, ennek a sebessége körülbelül a fénysebesség fele, ez 1/2 fénysebességgel távolodik tőlem, aki a megfigyelő vagyok. Most képzeljük el, mi történne! Mindkettő fényt bocsát ki, és mindkettő pontosan ugyanabban az időpontban kezd el fényt kibocsátani. És amikor elkezdik kibocsátani a fényt, mindkettő pontosan ugyanakkora távolságra van a szememtől. Az egyetlen különbség köztük az, hogy ez mozdulatlan hozzám képest, míg ez távolodok tőlem 1/2 fénysebességgel. Tehát mondjuk, hogy egy bizonyos idő elteltével ennek a fényforrásnak a fénye eléri a szememet. Ekkor valahogy így néz ki. Igyekszem a lehető legjobban megrajzolni. Mondjuk – néhány hullámhosszt szeretnék rajzolni ide –, tehát mondjuk ez egy fél hullámhossz, ez egy egész hullámhossz, ez egy másik fél, egy egész hullámhossz, másik fél, egész hullámhossz, aztán egy fél, aztán egy egész hullámhossz. Nézzük, meg tudom-e rajzolni! Tehát így nézne ki egy teljes hullámhossz, teljes hullámhossz, teljes hullámhossz – nem könnyű ezt rajzolni –, és még egy teljes hullámhossz. Szóval valahogy így nézne ki ez a hullámforma. A hullámforma eleje éppen most ér el a szememhez. Aztán ahogy a hullámforma folyamatosan érkezik a szemembe, a szemem érzékelni fog valamilyen hullámhosszat vagy frekvenciát, valamilyen színűnek érzékeli, feltételezve, hogy az elektromágneses spektrum látható tartományában vagyunk. Most gondolkodjunk el azon, mi fog történni ennél a fényforrásnál! Az első dolog, hogy a hullámforma eleje pontosan ugyanabban az időpontban ér el hozzám. Az egyik nagyszerű és meglepő dolog a fény terjedésével kapcsolatban, hogy általában, de különösen vákuumban nem számít, hogy ez távolodik tőlünk a fénysebesség felével, a fény akkor is fénysebességgel fog haladni felém. Ez abszolút sebesség, nem számít, ha a fényforrás a fénysebesség 0,9-szeresével távolodik, a fény még akkor is fénysebességgel fog haladni felém. És ez nem magától értetődő, mert a mindennapi életben azt tapasztaljuk, hogy ha távolodom tőled egy puskagolyó sebességének a felével, és kilövök egy golyót, akkor a golyó csak a sebességének a felével – valahogy így lesz – fog közeledni feléd, a sebesség felét kivonjuk. Csak a normál sebességének a felével fog feléd mozogni, ahhoz képest, amikor a puska mozdulatlan. De a fény esetében ez nem így van. Most, hogy ezt megbeszéltük, gondolkodjunk el azon, hogy milyen lesz ez a hullám. Tehát mire a fény elér hozzám, azt kell végiggondolnunk... hadd rajzoljam le ezt itt újra! Újra lerajzolom a szememet, tehát ez itt megint én vagyok. Mire a fény eléri a szememet – tehát mindkét fényforrás pontosan ugyanabban az időpontban kezdte el kibocsátani a fényt –, akkorra ez az fényforrás megtette ennek a távolságnak a felét. Ha a fény egy bizonyos idő alatt megtette ezt a távolságot, akkor ez feleakkora távolságra fog eljutni ugyanakkora idő alatt. Tehát mire a fény a szememhez ér, ez az objektum meg fogja tenni ennek a távolságnak körülbelül a felét, így körülbelül ilyen távolságra jut. Egyszerre kezdték el kibocsátani a fényt, így a legelső foton – ha a fényt részecskének tekintjük – pontosan ugyanabban az időpontban ér a szemembe, mint a legelső foton ebből a fényforrásból. Tehát a hullámforma lényegében megnyúlik, így ahelyett, hogy... – még mindig 1, 2, 3, 4 egész hullámhosszunk lesz, de most megnyúlnak. Nézzük, tudok-e négy teljes hullámhosszt rajzolni! Ezt megfelezem, és ezeket is megfelezem. Ezek mindegyike egy egész hullámhossz lesz, aztán lesz egy-egy fél hullámhossz közöttük. A hullámforma így fog kinézni. Igyekszem a lehető legjobban rajzolni, ez a legnehezebb rész, megrajzolni a megnyúlt hullámformát. És tessék, így fog kinézni. És amikor eléri a szememet, a szemem úgy fogja érzékelni, mint aminek nagyobb a hullámhossza, annak ellenére, hogy ezekről az objektumokról nézve – ha mindkettővel együtt utaznál – a kibocsátott fény frekvenciája és hullámhossza ugyanakkora lenne. Az egyetlen különbség az, hogy ez az objektum távolodik tőlem – vagy én távolodok tőle, attól függ, hogy akarod nézni –, én pedig állok, míg ebben az első esetben a megfigyelő is és a forrás is áll. Most ebben a helyzetben mit fog látni a szemem? Nos, ezek az egymást követő impulzusok mind elérik a szememet, ezek az egymást követő hullámvonulatok. Azt fogja látni, hogy ez itt nagyobb hullámhossz, nagyobb hullámhosszt érzékel – hadd írjam le –, itt nagyobb hullámhosszt érzékel, és kisebb frekvenciát is érzékel. Mit változtatna ez a fény érzékelésében? Mondjuk, hogy ez zöld fény, tehát ha a forrás nyugalomban van a megfigyelőhöz képest, akkor zöld fénye lenne. Nézzük meg az elektromágneses spektrumot! Ezt a Wikipédiáról szedtem le. Tehát ha a fényforrás állna a megfigyelővel együtt, akkor a spektrum zöld színű tartományában lennénk, tehát 500 nanométer hullámhosszon. És ha hirtelen – azért, mert a fényforrás távolodik tőlem ezzel a nagy sebességgel – az érzékelt hullámhossz nagyobb lesz, tehát azt érzékelem, hogy nagyobb lesz a hullámhossza, láthatod, mi történik, vörösebbnek látszódik, elmozdul a spektrum vörös tartománya felé. Ezt a jelenséget vöröseltolódásnak nevezzük. Egy csomó videót csináltam fizikából a Doppler-effektusról, és azokban beszélek a hanghullámokról és az érzékelt hangfrekvenciáról, ha valami közeledik hozzád vagy távolodik tőled – ez pontosan ugyanaz az elv. Ez a Doppler-jelenség a fényre alkalmazva. A Doppler-effektus azért érvényes a fényre, ami az űrben terjed, és a hangra, ami a levegőben terjed, mert a hanghullám a levegőben – attól függetlenül, hogy a forrás távolodik-e tőlünk vagy közeledik-e felénk –, a hanghullám a levegőben mért hangsebességgel fog haladni, adott nyomás és egyebek mellett. A fény is ugyanaz a dolog, de vákuumban. A fény mindig, függetlenül a forrástól, attól függetlenül, hogy a forrás mit csinál, maga a tényleges fényhullám mindig ugyanazzal a sebességgel halad. Csak az a különbség, hogy az érzékelt frekvencia és hullámhossz meg fog változni. Na most, ennek az egésznek az oka, hogy erről beszélek, az az, hogy a fénynek ezt a tulajdonságát, a vöröseltolódást arra tudod használni, hogy megnézd, hogy a dolgok vajon távolodnak tőled vagy közelednek-e hozzád. Azért vöröseltolódásról beszélünk, mert őszintén szólva a legtöbb dolog távolodik tőlünk. Ez az egyik oka annak, hogy hajlamosak vagyunk hinni az ősrobbanásban. Az ellentettje, amikor valami felénk halad nagyon nagy sebességgel, akkor az a valami – nem szoktad hallani ezt a szót – a kékeltolódás lenne. A frekvencia nőne, tehát kékebbnek vagy lilábbnak látszana. A másik dolog, amit hangsúlyozni szeretnék, hogy a vöröseltolódás jelensége, ez a fogalom nem csak a látható fényre érvényes, tehát még olyan dolgokra is alkalmazható, amiket nem is látunk. Tehát csak még vörösebb lenne, de nem olyan, ami látszik. Még olyan dolgokra is lehetne alkalmazni, amelyek a vörösnél is vörösebbek. Szóval ez talán egy mikrohullám, amit kibocsátott valami, de mivel a forrás olyan gyorsan távolodik tőlünk, lehet, hogy úgy érzékeljük, mint egy rádióhullámot. Igazából kellett volna erről beszélnem a mikrohullámú háttérsugárzásról szóló videóban. Arról, hogy ezeket mikrohullámként érzékeljük, de ezek a források távolodnak tőlünk, a fényük eltolódott a vörös felé, tehát valójában nem mikrohullámú sugárzást bocsátottak ki, csak amit mi megfigyelünk – lényegében ez az, amit az ősrobbanás alapján meg lehetett jósolni –, az valójában mikrohullámú sugárzás. Mindenesetre remélem, megértetted, hogy mi a vöröseltolódás. Most már használhatjuk ezt az eszközt arra, hogy elmagyarázzuk, miért gondoljuk, hogy sok-sok dolog távolodik tőlünk. És most csak hogy biztosan megértsd ezt a fogalmat: ha van két objektum, mondjuk, legyenek ezek Napok. Mondjuk, ez két Nap, vagy két galaxis, mindegy. Más tulajdonságaik miatt – ezekről most nem akarok beszélni – tudjuk, hogy valószínűleg egyforma színű fényt bocsátanak ki. Valószínűleg ugyanolyan színű fényt bocsátanak ki, mert ismerjük ezeknek a csillagoknak vagy galaxisoknak egyéb tulajdonságait. Nos, ha azt érzékeljük, hogy ez az egyik vörösebbnek látszik, mint ez a másik, akkor tudjuk, hogy ez távolodik tőlünk. És minél vörösebbnek látszik, minél inkább megnyúlik a hullámhossza ehhez a másikhoz képest, tudjuk, hogy annál gyorsabban távolodik tőlünk.