Apakah ada bukti lain tentang alam semesta yang mengembang selain dari pergeseran merah?

Teori alam semesta yang mengembang begitu luas diterima, bahwa pergeseran merah kadang-kadang digunakan sebagai ukuran jarak ke galaksi yang jauh.

Tetapi apakah masih mungkin bahwa pergeseran merah disebabkan oleh beberapa fenomena yang tidak diketahui dan bukan oleh galaksi yang bergerak menjauh satu sama lain?

Adakah bukti lain (terlepas dari pergeseran merah) bahwa alam semesta memang mengembang dan galaksi yang jauh menjauh dari kita?

Ya, ada bukti langsung, non-red-shift dari ekspansi.

Temperatur masa lalu dari Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) telah secara langsung diukur dan ditemukan jauh lebih tinggi daripada sekarang. Pengurangan suhu dari waktu ke waktu adalah bukti langsung ekspansi. Berikut detailnya:

Menurut makalah ini , CMBR terukur lebih panas di masa lalu ( sinopsis kurang teknis di sini ). Para peneliti mengamati garis serapan di awan gas yang terletak di galaksi jauh dan menemukan bahwa pola garis yang terlihat hanya bisa dijelaskan jika suhu CMBR pada saat penyerapan adalah antara 6 K dan 14 K (sekarang 3 K). Suhu ini konsisten dengan suhu yang diharapkan untuk pergeseran merah galaksi (9 K). Perhatikan bahwa suhu diukur dari pola garis tertentu yang terlihat dan bukan dari seberapa banyak garis telah bergeser merah; pengukuran ini akan menghasilkan suhu yang sama bahkan jika tidak ada pergeseran merah. Karena suhu yang lebih panas menyiratkan kepadatan yang lebih tinggi, pendinginan CMBR ini dari waktu ke waktu adalah bukti langsung untuk perluasan alam semesta.

Komentar tambahan

• Apa hubungan antara shift merah dan garis serapan?

  Terinspirasi oleh percakapan dengan uhoh di komentar:

  Dalam jawaban saya, saya merujuk pada "pola" "garis serapan". Bagi yang belum berpengalaman dalam topik, izinkan saya menjelaskan.

  Ketika cahaya menyinari awan gas, frekuensi cahaya tertentu bisa diserap. Ketika cahaya ini kemudian bersinar melalui prisma, frekuensi yang diblokir akan muncul sebagai garis hitam dalam spektrum (lihat ilustrasi di bawah). Garis tepat yang muncul dan posisinya dalam spektrum ("pola" "garis serapan") tergantung pada unsur-unsur yang ada dalam gas dan lingkungan gas. Efeknya paling jelas terlihat dengan cahaya yang memancarkan foton di semua frekuensi; jenis cahaya ini dikenal sebagai radiasi benda hitam . Meskipun memancarkan cahaya pada semua frekuensi, radiator benda hitam akan memancarkan paling banyak cahaya pada panjang gelombang tertentu; lokasi puncak ini disebut sebagai suhu tubuh-hitam.

  
  ^{Sumber: Doppler Shift , Edward L. Wright
  (Situs luar biasa BTW, FAQ layak untuk mendapatkan info lebih lanjut tentang pergeseran merah dan kosmologi secara umum)}

  Saat cahaya bergerak melalui ruang (yang meluas), panjang gelombangnya dan panjang gelombang garis absorpsi membentang pada tingkat yang tetap untuk semua frekuensi. Katakanlah pada saat emisi / serapan suatu spektrum menunjukkan garis pada panjang gelombang 1, 3, dan 5 nm ¹ . Setelah foton melakukan perjalanan untuk jangka waktu tertentu, semua panjang gelombang spektrum akan tampak berlipat ² . Garis yang sebelumnya pada 1 nm sekarang terlihat pada 2 nm, yang sebelumnya pada 3 nm sekarang terlihat pada 6 nm, dan yang semula pada 5 nm sekarang terlihat pada 10 nm. Meskipun frekuensi absolut mereka berubah dari waktu ke waktu, rasio panjang gelombang garis (dan frekuensi) relatif terhadap satu sama lain tetap konstan.

  Jumlah tepat yang digeser spektrum objek tertentu berkorelasi langsung dengan jaraknya. Seperti terlihat pada diagram di atas, objek dekat (seperti Matahari) tidak menunjukkan pergeseran merah. Ketika seseorang melihat objek lebih jauh dan lebih jauh, ia melihat peningkatan jumlah pergeseran merah ³ .

  Dalam pembahasan dalam jawaban di atas, pola posisi relatif ini pada garis yang dipengaruhi oleh suhu CMBR pada saat penyerapan dan bukan pada tingkat di mana garis telah bergeser.

  ^{$z=0$$z$$z$
  $z=1$
  $z$}

  Mekanisme di balik pergeseran merah bukan berarti foton itu sendiri berubah, melainkan ruang gerak gelombang elektromagnetik yang meluas. (Foton adalah partikel dan gelombang; tidak, itu tidak sepenuhnya intuitif.) Peregangan ruang yang konstan ini meregangkan panjang gelombang cahaya sehingga menimbulkan efek pergeseran merah dan peningkatan pergeseran merah foton yang diberikan dari waktu ke waktu.

  
  Douglas Hofstadter, CC A-SA 3.0
   

• Bagaimana red-shift berhubungan dengan CMBR?

  Dalam komentar Alchimista bertanya, "Bukankah CMBR sebenarnya intisari dari shift merah?"
  (Saya berasumsi Anda menggunakan makna "intisari" yang umum dan bukan kosmologis )

  Ya, suhu CMBR saat ini (3 K) secara umum disepakati sebagai hasil dari foton berenergi relatif tinggi (3000 K) yang dipancarkan sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang yang memiliki panjang gelombang yang membentang dari waktu ke waktu oleh perluasan Semesta menuju ujung merah (yaitu energi yang lebih dingin atau lebih rendah) dari spektrum. Ekspansi ini disimpulkan oleh Hubble et al. dari pengamatan bahwa galaksi yang lebih kecil dan lebih redup (seperti yang terlihat dari Bumi) memiliki perubahan spektrum yang lebih besar. Semakin jauh jarak yang terlihat, semakin besar pergeseran yang diamati. Dengan menggunakan pergeseran merah berkorelasi jarak yang jelas ini, kita dapat menyimpulkanbahwa Semesta lebih kecil di masa lalu dan karenanya lebih padat dengan suhu yang lebih tinggi untuk CMBR. Berdasarkan pergeseran merah yang diamati dari galaksi jauh, kita dapat menyimpulkan, tetapi tidak secara langsung mengukur, berapa suhu CMBR pada setiap jarak.

  Apa yang penulis lakukan di atas adalah melakukan pengukuran langsung suhu CMBR pada waktu tertentu di masa lalu. Suhu yang diukur lebih tinggi daripada saat ini yang menyiratkan Semesta yang lebih padat dan lebih kecil. Para peneliti lebih lanjut menemukan bahwa suhu yang diukur langsung sesuai dengan yang disimpulkan dari pergeseran merah yang diamati dari galaksi yang sedang dipelajari.

  Singkatnya, rantai inferensi dipertukarkan:

  • Untuk alasan berdasarkan pergeseran merah:
    Meningkatkan pergeseran merah dengan jarak nyata (diukur langsung) ⇒ Ekspansi ⇒ Denser Universe di masa lalu ⇒ Suhu CMBR lebih tinggi di masa lalu.
  • Untuk pengukuran langsung suhu lampau (seperti pada makalah ini):
    Temperatur CMBR lebih tinggi di masa lalu (diukur langsung) Univers Alam Semesta lebih padat di masa lalu ⇒ Ekspansi ⇒ Pergeseran merah yang diamati.
     

  Kedua rantai inferensi ini berdasarkan pada set bukti yang berbeda saling melengkapi dan mendukung satu sama lain.

  Satu hal yang perlu diperhatikan adalah CMBR tidak diciptakan oleh ekspansi (setidaknya tidak secara langsung) melainkan ekspansi yang menjelaskan suhu dan keseragaman saat ini. Menurut teori Big Bang, alam semesta awal sangat padat; begitu padat dan panas sehingga semua materi adalah plasma partikel subatomik, buram untuk foton. Sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, Semesta telah mendingin (melalui ekspansi) cukup sehingga proton dan elektron dapat bergabung untuk membentuk gas Hidrogen netral (yang transparan). CMBR adalah lampu yang dibebaskan saat ini dan telah mendingin sejak saat itu.

Tetapi apakah masih mungkin bahwa pergeseran merah disebabkan oleh beberapa fenomena yang tidak diketahui dan bukan oleh galaksi yang bergerak menjauh satu sama lain?

Dalam sejarah beberapa teori alternatif diusulkan, seperti hipotesis cahaya yang lelah , alam semesta yang mantap dll. Tetapi pengamatan mengesampingkan ini dan teori lainnya .

Lihat juga Kosmologi alternatif

Tidak ada metode langsung yang masuk akal, tetapi pasti ada metode tidak langsung. Pertama, dalam jawaban @Alex Hajnal, suhu CMB yang lebih tinggi diukur lebih jauh adalah ukuran tidak langsung yang sangat bagus.

Sepotong bukti tidak langsung lainnya, yang belum diketahui oleh siapa pun, adalah bahwa ketika kita melihat lebih jauh dan lebih jauh, alam semesta terlihat semakin muda dan semakin muda, dan semakin sedikit seperti yang kita lihat di lingkungan kita. Anda cukup dipaksa untuk menjelaskannya secara ilmiah dengan mengatakan bahwa alam semesta memiliki permulaan pada urutan kasar 10 miliar tahun yang lalu, dan bahwa bintang dan galaksi baru mulai terbentuk saat itu. (Ini bukan bukti Big Bang secara khusus, tetapi itu menghilangkan sebagian besar alternatif untuk itu. Model Steady State, misalnya, dipalsukan.) Sangat sulit untuk menjelaskan apa yang kita lihat kecuali sebagai akibat perluasan alam semesta dari negara padat panas ca. 10 ¹⁰ tahun yang lalu.

Lebih banyak bukti tidak langsung datang dari General Relativitas, sebuah teori ruang, waktu dan gravitasi yang sangat terverifikasi - telah diuji selama satu abad sekarang dan ditantang oleh banyak teori lain, dan hanya GR yang telah lulus semua tes eksperimental. GR dengan kuat meramalkan bahwa alam semesta statis tidak mungkin dan bahwa ia harus mengembang atau menyusut. Ini adalah bukti tidak langsung dari sebagian besar eksperimen lokal.

Namun lebih banyak bukti tidak langsung berasal dari perhitungan nucelosynthesis yang menunjukkan bahwa rasio H / He / Li yang kami amati dalam bintang tertua dan paling tidak berkembang adalah persis apa yang kami prediksi berdasarkan penerapan sifat-sifat terukur dari inti ke bola api Big Ban.

Ada begitu banyak sains selain dari pergeseran merah yang menunjuk ke alam semesta yang mengembang dari keadaan awal yang sangat panas dan padat yang bahkan tanpa mengamati pergeseran merah, pada akhirnya kita akan dipaksa untuk mengambil kesimpulan itu.

$z$$(1+z)$

$1$

Perhatikan bahwa ini bukan verifikasi dari Semesta yang mengembang, hanya galaksi yang saling menjauh. Jika Semesta itu statis, tetapi galaksi bergerak melalui ruang, Anda akan mengamati proses yang dilebarkan oleh faktor yang sama, seperti yang diprediksi oleh relativitas khusus . Namun, ada bukti lain bahwa galaksi tidak bergerak melalui ruang statis, tetapi lebih atau kurang masih terletak di ruang yang mengembang.

Iya:

1. Distribusi data supernova 1a
2. Pengukuran WMAP CMB
3. Survei langit galaksi Sloan (katalog galaksi)

Yang penting adalah bahwa hasil ini tidak hanya mengatakan hal yang sama, tetapi mereka juga sesuai satu sama lain .

OK, jawaban ini melibatkan red-shift tetapi dengarkan aku.

Di bawah Relativitas Umum, beberapa mekanisme dapat menciptakan pergeseran merah: perluasan ruang, objek bergerak relatif terhadap pengamat (yaitu kita), dan cahaya bergerak dengan baik dari gravitasi. Opsi terakhir berada di luar ruang lingkup pertanyaan ini dan yang pertama dikecualikan dari pertimbangan atas permintaan si penanya. Yang tersisa hanya opsi kedua (gerakan relatif, alias efek Doppler relativistik) yang dipertimbangkan; pergeseran ini dapat (dan telah) diuji di sini di Bumi dan telah terbukti ada.

$z=0.5$$z>1$$z=11.09$

Mengingat bahwa tidak ada benda yang memiliki massa yang dapat mencapai kecepatan cahaya, jelas bahwa pergeseran merah yang diamati tidak dapat disebabkan oleh gerakan relativistik. Karena tidak ada mekanisme yang diketahui di luar tiga yang tercantum di atas yang dapat menyebabkan pergeseran merah dalam spektrum (bandingkan kepunahan ), satu-satunya penjelasan yang cocok dengan pengamatan ini adalah perluasan ruang. Singkatnya, fakta bahwa pergeseran merah superluminal diamati sama sekali adalah bukti bahwa ruang berkembang.