Номер 4, страница 233 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Что показывает наличие красного смещения в спектрах далеких галактик во Вселенной?

4. Наличие красного смещения в спектрах далеких галактик является одним из фундаментальных наблюдательных фактов в космологии и указывает на расширение Вселенной.

Это явление заключается в том, что линии поглощения или испускания в спектрах излучения далеких галактик смещены в сторону больших длин волн (в красную часть видимого спектра) по сравнению с положением тех же линий в спектрах близких объектов или лабораторных источников. Увеличение длины волны света означает уменьшение его энергии.

Основной причиной космологического красного смещения является не эффект Доплера (хотя он дает похожий результат для движущихся объектов), а расширение самого пространства. Пока фотон света путешествует от далекой галактики к нам, Вселенная расширяется, и само пространство "растягивается". Вместе с пространством растягивается и длина волны фотона.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл, анализируя спектры галактик, обнаружил, что практически все они демонстрируют красное смещение, и его величина прямо пропорциональна расстоянию до галактики. Этот эмпирический закон получил название закона Хаббла-Леметра:

$v = H_0 \cdot d$

или через величину красного смещения $\text{z}$ (для не слишком больших скоростей):

$z = \frac{\lambda_{obs} - \lambda_{emit}}{\lambda_{emit}} \approx \frac{v}{c}$

где $\text{v}$ — скорость удаления галактики, $\text{d}$ — расстояние до нее, $H_0$ — постоянная Хаббла, $\text{c}$ — скорость света, $\lambda_{obs}$ — наблюдаемая длина волны, а $\lambda_{emit}$ — испущенная длина волны.

Таким образом, наблюдение красного смещения у далеких галактик, причем тем большего, чем дальше от нас находится галактика, служит главным доказательством того, что Вселенная не статична, а расширяется. Этот процесс расширения можно представить как раздувание воздушного шарика, на поверхности которого нарисованы точки-галактики: по мере надувания шарика все точки удаляются друг от друга, причем чем больше начальное расстояние между ними, тем быстрее они разбегаются.

Ответ: Наличие красного смещения в спектрах далеких галактик показывает, что эти галактики удаляются от нас, и что Вселенная расширяется. Величина красного смещения прямо пропорциональна расстоянию до галактики, что позволяет оценивать скорости удаления и расстояния в космосе.