Номер 2, страница 401 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Что такое красное смещение?

Красное смещение — это явление, при котором длина волны электромагнитного излучения (например, видимого света), приходящего от источника, увеличивается (смещается в красную, более длинноволновую часть спектра) по сравнению с длиной волны, которую этот источник испустил. Это один из ключевых эффектов, наблюдаемых в астрономии и космологии.

Аналогичное явление для звуковых волн известно как эффект Доплера: гудок приближающегося поезда кажется выше (уменьшение длины волны), а удаляющегося — ниже (увеличение длины волны). Для света смещение в сторону коротких волн (синюю часть спектра) называется синим смещением, а в сторону длинных (красную часть) — красным смещением.

Существует три основных причины возникновения красного смещения:

1. Доплеровское красное смещение. Оно возникает из-за относительного движения источника излучения и наблюдателя. Если источник света удаляется от наблюдателя, то каждая последующая волна испускается с большего расстояния, что приводит к растяжению, то есть увеличению, наблюдаемой длины волны.

2. Космологическое красное смещение. Это основная причина красного смещения для далёких галактик. Оно вызвано не движением галактик сквозь пространство, а расширением самого пространства-времени. Пока свет от далёкой галактики путешествует к нам, пространство между ней и нами расширяется, растягивая вместе с собой и световую волну. Чем дальше находится галактика, тем дольше свет идет от нее к нам и тем сильнее расширяется пространство за это время, соответственно, тем больше её красное смещение. Именно это наблюдение легло в основу закона Хаббла и теории Большого взрыва.

3. Гравитационное красное смещение. Этот эффект предсказан общей теорией относительности Эйнштейна. Он заключается в том, что фотоны (кванты света), покидая сильное гравитационное поле (например, поверхность звезды или окрестности чёрной дыры), теряют энергию. Потеря энергии фотона соответствует уменьшению его частоты и, следовательно, увеличению длины волны.

Величина красного смещения обозначается безразмерным параметром $z$ и вычисляется по формуле: $z = \frac{\lambda_{набл} - \lambda_{исп}}{\lambda_{исп}}$ где $\lambda_{набл}$ — наблюдаемая длина волны, а $\lambda_{исп}$ — длина волны, испущенная источником. Если $z > 0$, наблюдается красное смещение (источник удаляется или свет выходит из гравитационного поля). Если $z < 0$, наблюдается синее смещение (источник приближается).

Ответ: Красное смещение — это увеличение длины волны электромагнитного излучения от какого-либо источника. В астрономии оно проявляется как сдвиг спектральных линий в сторону красного конца спектра. Основными причинами являются доплеровский эффект (когда источник света удаляется от наблюдателя), космологическое расширение Вселенной (когда само пространство растягивает световую волну) и гравитационный эффект (когда свет теряет энергию, покидая сильное гравитационное поле). Красное смещение является фундаментальным наблюдательным доказательством расширения Вселенной и основным инструментом для измерения расстояний до далёких галактик.