赤方偏移の統一的理解

赤方偏移とは,宇宙天文分野において遠方からの電磁波の波長が長いほうにずれて観測される現象をさす.振動数は波長に反比例するので,振動数が小さいほうにずれて観測されると言いかえてもよい。

赤方偏移の要因としては

  1. 光源の後退速度によるドップラー効果
  2. 重力源近傍からの光が受ける重力赤方偏移
  3. 宇宙膨張によって引き起こされる宇宙論的赤方偏移

があるが,遠方からの電磁波の観測という同一事象であるにもかかわらず,それぞれの要因ごとに別々の説明がされているのが現状である。

ここでは,まず世の中の教科書では,赤方偏移がその要因ごとにどのように説明されているかをおさらいする。そして,ローレンツ変換によらない相対論の統一的理解の立場から,2つの原理原則によってこれらの赤方偏移が統一的に理解できることを示す。

光のドップラー効果のおさらい

世の中の教科書では光のドップラー効果はどのように説明されているか。例えば,「相対性理論」(中野董夫著,岩波書店)の p. 87 あたり等を参考にして,ローレンツ変換にもとづいた光のドップラー効果の説明について,おさらいする。

重力赤方偏移のおさらい

世の中の教科書では,重力赤方偏移はどのように説明されているか。例えば「一般相対性理論」(内山龍雄著,裳華房)の§37. を参考に,notation を若干変更しておさらいする。また,このテキスト中の間違いについても指摘しておく。

宇宙論的赤方偏移のおさらい

世の中の教科書では,宇宙論的赤方偏移はどのように説明されているか。例えば,「ワインバーグの宇宙論(上)」(ワインバーク著,日本評論社)の 1.2 節を参考に,notation を若干変更し,重力赤方偏移の説明とパラレルになるように論調をあわせておさらいする。

ローレンツ変換によらない赤方偏移の統一的理解