Hubble, vs Doppler

[Avicarlos]

Hubble, vs Doppler

Como veo que muchos confunden el desplazamiento al rojo motivado por el efecto Doppler de aplicación a móviles con v < c con el desplazamiento al rojo por el efecto de la Expansión Cósmica , al que se aplica para su cálculo la constante de Hubble, expongo la diferencia entre estos dos efectos.

DOPPLER
Con el efecto Doppler, constatamos que la energía emitida en direcciones diferentes al sentido del móvil emisor varía según el ángulo en que se observa.

El resultado está entre la suma de energías del foco emisor y la de la velocidad del móvil, hasta la diferencia entre ellas, pasando por los intermedios en los que la energía del móvil, viene multiplicada por el coseno del ángulo en que se mueve.

En resumen, el móvil según la posición del observador, verá desde que está quieto a que se mueve, enrojecerse o azulearse.
En este caso Doppler, no contempla la Expansión Cósmica, ya que en la referencia en que se trabaja con tal fórmula, tal valor es despreciable.

HUBBLE
Con La constante Hubble, nos hallamos en un caso muy similar, pero aplicado a distancias de años luz, con lo cual la Expansión Cósmica, es relevante.

La Expansión, no es en una sola dirección y sentido como el móvil anterior, sino que se realiza en todas direcciones espaciales. Luego el objeto móvil, se verá enrojecer sin necesidad del coseno alfa, ya que abarca todos los planos de expansión. Desde cualquier punto espacial, al observador le llegará la misma energía. Y no se azuleará en ningún momento por esta simple causa que solo expande.

Un caso completo, será aquel en que tengamos en cuenta a Hubble por la Expansión más el Doppler por el movimiento de las galaxias en su rotación, acrecándose o alejándose. Será más dificil analizar la parte de modificación de las ondas que corresponde a cual efecto.

Pero algo sí podemos saber. Por el efecto Hubble, se alcanzan velocidades incluso superiores a C. Por Doppler, los incrementos siempre serán inferiores a C.

Saludos de Avicarlos

[Rafa]

Hola, Carlos.

No sabía que se tratara de dos fenómenos diferentes.

El efecto Doppler en la luz está más o menos claro: es el alargamiento o acortamiento de las ondas luminosas debido al movimiento relativo de la fuente y del observador.

En el caso de la expansión del Universo también hay un alargamiento de las ondas luminosas, ya que los espectros de las galaxias se desplazan hacia el rojo. Yo no veo que este alargamiento tenga otra explicación diferente a un efecto Doppler donde la fuente es una galaxia que se aleja del observador.

Dicho de otro modo: ¿Acaso en la expansión de las galaxias no hay un movimiento relativo entre galaxia y observador? Si es así, el alargamiento de longitudes de onda se deberá a un efecto Doppler.

¿Puedes darme alguna luz?

Un saludo cordial
Rafael

[Avicarlos]

Hola, Carlos.

No sabía que se tratara de dos fenómenos diferentes.

El efecto Doppler en la luz está más o menos claro: es el alargamiento o acortamiento de las ondas luminosas debido al movimiento relativo de la fuente y del observador.

En el caso de la expansión del Universo también hay un alargamiento de las ondas luminosas, ya que los espectros de las galaxias se desplazan hacia el rojo. Yo no veo que este alargamiento tenga otra explicación diferente a un efecto Doppler donde la fuente es una galaxia que se aleja del observador.

Dicho de otro modo: ¿Acaso en la expansión de las galaxias no hay un movimiento relativo entre galaxia y observador? Si es así, el alargamiento de longitudes de onda se deberá a un efecto Doppler.

¿Puedes darme alguna luz?

Un saludo cordial
Rafael

Lo digo en el post anterior. Se suman los dos efectos, las Galaxias se separan o se acercan según su rotación y es una masa que produce el efecto Doppler, pero indistintamente de si estas Galaxias se acercan entre ellas e incluso colisionan, se producirá el efecto Hubble, por cuanto es el Espacio el que nos aleja de ellas.

Ambos valores se tratan según lo mentado, por más que aparentemente parezca lo mismo.

Saludos de Avicarlos.

[Rafa]

Ok, Avicarlos, gracias por tu explicación.

Un saludo cordial
Rafael.

[Valakirka]

"La luz recibida muestra una especie de código de barras atómico, o espectro, que revela la composición de los átomos emitidos o las partes absorbidas en su trayecto hacia nosotros. HUBBLE llevó a cabo, noche tras noche, un laborioso trabajo consistente en recoger la suficiente luz procedente de cada lejana galaxia con el fin de identificar su espectro de forma inequívoca. Lo que HUBBLE reconoció en cada uno de los espectros resultaba bastante sorprendente: el código de barras tenía el mismo aspecto que el de la luz de los mismos átomos medida aquí, en la Tierra, salvo por el hecho de que el espectro, en su totalidad, estaba desplazado --sistemáticamente y siempre por el mismo factor-- en la dirección del extremo rojo del espectro de la luz visible. Esto último indicaba que la longitud de onda de la luz procedente de la lejana galaxia estaba aumentando y, además, que cada color lo hacía en la misma proporción.
HUBBLE midió muchos de estos desplazamientos hacia el rojo --tal como serían conocidos a partir de entonces--, y los comparó con la distancia a la que se hallaba la galaxia emisora en cada caso. Dichas distancias, a diferencia de los desplazamientos hacia el rojo, no son tan fáciles de determinar con exactitud. Lo que hizo HUBBLE fue suponer que estaba observando objetos aproximadamente iguales unos a otros, de manera que su luminosidad intrínseca era más o menos la misma. De este modo, la comparación de la luminosidad aparente de los objetos permitiría calcular sus distancias relativas.
HUBBLE dió un gran paso hacia adelante cuando interpretó los desplazamientos hacia el rojo de la luz procedente de las galaxias como una consecuencia del efecto DOPPLER.

(...)HUBBLE mediante la medida del desplazamiento de la longitud de onda, pudo determinar la velocidad de recesión de la galaxia observada. Cuanto mayor era el desplazamiento hacia el rojo, más rápido se alejaba la galaxia. Cuando HUBBLE representó gráficamente la velocidad de expansión en función de la distancia de la galaxia emisora, creó uno de los diagramas más importantes de la ciencia y determinó que la velocidad de recesión es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentra la galaxia. El 17 de enero de 1929, HUBBLE envió el artículo que contenía su histórico gráfico para su publicación. El gráfico fue conocido a partir de entonces como Ley de Hubble, y en él se muestran las velocidades y las distancias de 22 nebulosas extragalácticas. Los puntos experimentales se ajustan bastante bien a una función de proporcionalidad directa, cuya pendiente --conocida como constante de Hubble--, tiene el valor 465 +,- 50 kilómetros/segundo y por megapársec (Mpc)."

(Fuente: J.BARROW Imágenes del Cosmos PAIDÓS, págs 77-78, Barcelona 2009)

He considerado oportuna esta cita a efectos de que quienes no estén muy al tanto del contenido de este hilo puedan ubicarse algo mejor respecto de él.

Saludos.

[Rafa]

Gracias Valakirka, por este resumen preciso y claro de la ley de Hubble que describe la expansión del Universo.

El último párrafo de la primera cita nos dice que el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias puede interpretarse como un efecto Doppler. Esta idea es simple y evidente, aunque quizás podría haber alguna otra interpretación.

Un saludo
Rafa

[Alex]

Hola, Carlos.
No sabía que se tratara de dos fenómenos diferentes.
El efecto Doppler en la luz está más o menos claro: es el alargamiento o acortamiento de las ondas luminosas debido al movimiento relativo de la fuente y del observador.

Perfecto, Rafa! en esencia esto es el Efecto Dopler, que como sabes, en principio se refería a las ondas de sonido.

Inmediatamente se investiga este efecto en las ondas electromagnéticas y como no podía ser de otra forma, ya que la velocidad de la luz es finita, tambien se experimenta este Efecto Dopler en ellas.

Ahora bien: El origen del efecto es el ALEJAMIENTO ENTRE FUENTE EMISORA Y OBSERVADOR (o Receptor) y este ALEJAMIENTO puede ser debido a varias circunstancias, las de mas interés pueden ser:

1.- Se estan desplazando relativamente fuente y receptor, debido a un movimiento propio de uno o de ambos: Efecto Dopler (descubierto y experimentado por Dopler). La velocidad relativa fuente/receptor es muy inferior a la velocidad de la luz, (por ejemplo el sonido)

1.1.- Lo mismo que la anterior pero la fuente es un rayo de luz: Efecto Dopler relativista. Este efecto es distinto al de otras ondas porque la luz tiene UNA VELOCIDAD CONSTANTE E INDEPENDIENTE DEL MOVIMIENTO DE LA FUENTE Y/O DEL RECEPTOR (se precisa de la TER, para su cálculo)

2.- Se esta alejando fuente y receptor porque se está incrementando el espacio existente entre la fuente y el receptor, permaneciendo constantes sus movimientos propios relativos: Efecto Dopler Cosmológico (comprobado experiemtalmente por Hubble. Refuerza la teoria del BigBang)

3.- La luz esta inmersa en un campo gravitatorio: Efecto Dopler Gravitatorio (comprobado experimentalmente por Pound-Rebka. Refuerza la T. General de la Relatividad)

No se si tan escueto ocasionará alguna confusión (espero que no).

Saludos

[Rafa]

Gracias, Alex.

Interesante tema el del efecto Doppler en la luz. Refiriéndome a tu mensaje, te comento lo siguiente:

Al punto 1.1:
Efectivamente, veo que el efecto Doppler en la luz tiene que ser diferente al caso del efecto Doppler en el sonido, pues en el caso del sonido hay un medio material entre fuente y receptor, y la velocidad de propagación de las ondas depende del movimiento de la fuente o el receptor con respecto al medio, mientras que en el caso de la luz la velocidad de propagación es constante e independiente del movimiento relativo entre fuente y receptor, es decir, podemos decir que no existe un medio de propagación.

Mi problema está en el punto 2, donde dices que aunque la fuente y receptor están en reposo recíproco, les aleja el espacio que se expande entre ambos. Esto no lo entiendo. No concibo el espacio como algo material que se expanda y arrastre los cuerpos.

Te agredecería alguna luz sobre este tema apasionante.

Un cordial saludo
Rafael

[Alex]

Mi problema está en el punto 2, donde dices que aunque la fuente y receptor están en reposo recíproco, les aleja el espacio que se expande entre ambos. Esto no lo entiendo.

Hay una imagen clásica que viene muy bien al caso. Se trata de imaginarte un pastel recién amasado al que se le han añadido algunas pasas tanto en la superficie como en el interior y levadura. Cuando se mete al horno el pastel comienza a crecer. Nadie toca las pasas y podemos comprobar, al cabo de un cierto tiempo, como éstas se han separado unas de otras.

Las distancias entre las pasas al cabo de una hora, no son las mismas que había antes de meter el pastel al horno. Si nadie ha tocado las pasas ¿Por qué se han alejado unas de otras? (nota que ninguna se habrá acercado a otra). La única respuesta aceptable es: "porque el pastel se ha expandido" y esto lo decimos sin haber visto realmente crecer el pastel ni haber observado el movimiento de las pasas. ¿Crees que es esto de verdad lo que ha ocurrido? ¿Crees que hay otra respuesta convincente?.

El pastel juega el papel del espacio tiempo y las pasas son las galaxias.

No concibo el espacio como algo material que se expanda y arrastre los cuerpos.

Pues más o menos esto es como dices. Es lo mas jodido de creer ya que es todo lo contrario a intuitivo. Pero esto es la Teoría General de la Relatividad, hasta hoy la UNICA teoría que nos proporciona una explicación de la GRAVEDAD, que ha sido experimentada y comprobada por observaciones, con una sorprendente concordancia. Los ejemplos mas espectaculares son el cálculo de la órbita de Mercurio y la curvatura de un rayo de luz en las cercanías de un cuerpo masivo como el Sol. También el sistema de posicionamiento terrestre GPS. (Particularmente lo considero más importante que los otros dos). Otra prueba de la TGR, es la predicción de la existencia de los AGUJEROS NEGROS.

Básicamente esta Teoría de la Gravitación nos dice que la energía y la masa tienen la propiedad de deformar el espaciotiempo, que a su vez recoloca a los cuerpos masivos. La idea mas sencilla de imaginar esto es considerando el espaciotiempo como llena de alguna sustancia material muy poco densa que es deformada por la materia y por tanto se produce una recolocación de los cuerpos celestes, que a su vez modifica el espaciotiempo….

Esto te puede causar incredulidad, extrañeza o puedes pensar que es ciencia ficción o fantasía, pero hay muchos experimentos y observaciones que corroboran la teoría y han contribuido a su consolidación. Cuando esta teoría fue hecha pública tuvo muchos detractores. Hay que tener en cuenta que hasta unos 5 años después de publicada, nadie la entendía mas que Lemaitre y Fridmann que fueron los primeros, junto con Schwarzschild en obtener soluciones a las ecuaciones de Einstein (Einstein plasmó las ecuaciones diferenciales, pero no las solucionó)

Precisamente aplicando esta Teoría al Universo, el profesor Alexander Fridman obtuvo un modelo de universo (visto en otro hilo) hoy conocido como el BigBang, siendo por méritos propios una de las principales teorías sobre el origen y evolución del Universo.

Tambien es cierto que la TGR nunca podrá explicar la gravitación a escalas microscopicas, por eso sabemos que la TGR es una teoría inacabada. Pero eso no quita para que explique extraordinariamente bien el universo macroscopico.

No se si sigues con las dudas que tenias o con otras mas gordas. En cualquier caso puedes exponerlas a ver si somos capaces de solventarlas, porque no es nada fácil.

Saludos

[Rafa]

Hola, Alex.

Gracias por tus explicaciones. Has hecho un buen resumen de las ideas que se tratan en este hilo.

Soy consciente de que es preciso un buen bagaje matemático para respaldar e incluso conformar una buena teoría. En el caso de la Cosmología parece que es necesario conocer bien las teorías de Einstein. En mi caso, no he pasado del estudio de la TER a nivel divulgativo, sin entrar mucho en la TGR y menos en su formulación matemática. Por eso, no conozco la relación entre la Expansión del Universo y la TGR, pero no dudo de que están íntimamente relacionadas. Como he ido aprendiendo en estos foros, Einstein planteó unas ecuaciones de campo cuyas soluciones preveían un Universo en expansión, que luego corrigió para forzar una imagen estática del Universo, y finalmente Friedman formuló las soluciones que corresponden a un Universo en expansión. Como la TGR está bien probada, es lógico aceptar que el Universo se está expandiendo. Las investigaciones de Hubble sobre los espectros de la luz procedente de varias galaxias confirmaron esta teoría.

Aceptado esto, sigo sin comprender porqué hay que distinguir entre un efecto Doppler "local" dentro de cada galaxia, debido al movimiento de sus estrellas entre sí, y un efecto Doppler "cosmológico" entre galaxias, producido por la expansión del Universo. ¿Acaso no se trata en ambos casos de velocidades de cuerpos sujetas a las reglas de la suma de vectores? ¿Porqué el alejamiento entre dos galaxias tiene diferente naturaleza que el alejamiento entre dos estrellas?

En fin, llevando las cosas a un extremo cómico y absurdo, se me ocurre lo siguente: si realmente "todo" el universo se expande, también lo harán las distancias interatómicas, y por tanto, el tamaño de los objetos (astronómicos o terrestres) irá creciendo, con el resultado de que no notaríamos dicha expansión porque los patrones de medida también se expandirían. Es como decir en el símil del pastel y las pasas, que todo el pastel crecería: la masa se expandiría y las pasas aumentarían de tamaño.

Seguiremos leyendo y pensando.

Gracias de nuevo.
Rafael