Номер 2, страница 297 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какие факты подтверждали концепцию расширения Вселенной?

Концепция расширения Вселенной, являющаяся краеугольным камнем современной космологии, подтверждается несколькими фундаментальными наблюдательными фактами. Основные из них приведены ниже.

1. Красное смещение далеких галактик и закон Хаббла

В 1920-х годах американский астроном Эдвин Хаббл, изучая спектры света от далеких галактик, обнаружил, что линии в их спектрах смещены в красную сторону. Это явление, известное как "красное смещение", аналогично эффекту Доплера для звука: когда источник волн (в данном случае, света) удаляется от наблюдателя, длина волны увеличивается, смещаясь к красному концу спектра. Хаббл установил, что величина этого смещения не случайна. Он обнаружил прямую пропорциональную зависимость между скоростью удаления галактики ($\text{v}$) и расстоянием до нее ($\text{r}$). Эта зависимость получила название закона Хаббла и математически выражается формулой:
$v = H_0 \cdot r$
где $H_0$ — постоянная Хаббла, коэффициент пропорциональности. Это наблюдение стало первым и самым прямым доказательством того, что Вселенная не статична, а расширяется. Галактики не просто летят сквозь пространство, а само пространство между ними расширяется, увлекая их за собой, подобно точкам на поверхности надуваемого воздушного шара.

Ответ: Наблюдение систематического красного смещения в спектрах далеких галактик, которое указывает на их удаление от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них (закон Хаббла), является прямым доказательством расширения пространства Вселенной.

2. Существование реликтового излучения

Теория расширяющейся Вселенной предсказывает, что в прошлом она должна была быть гораздо меньше, горячее и плотнее (модель Большого взрыва). Согласно этой модели, примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная остыла достаточно, чтобы протоны и электроны смогли объединиться в атомы водорода. С этого момента Вселенная стала прозрачной для света. Излучение, существовавшее в тот момент, должно было свободно распространяться в пространстве, продолжая остывать по мере его расширения. В 1965 году американские радиофизики Арно Пензиас и Роберт Вильсон случайно обнаружили это "эхо" Большого взрыва — космическое микроволновое фоновое (реликтовое) излучение. Это слабое, всепроникающее излучение с температурой около 2,7 Кельвина, приходящее со всех направлений небесной сферы. Его спектр идеально соответствует спектру абсолютно черного тела, что является мощнейшим подтверждением горячего прошлого Вселенной.

Ответ: Обнаружение и изучение свойств реликтового излучения — остывшего "света" ранней Вселенной — подтвердило предсказание модели Большого взрыва о том, что Вселенная расширилась и остыла из чрезвычайно горячего и плотного начального состояния.

3. Распространенность легких химических элементов

Еще одним предсказанием модели горячей расширяющейся Вселенной является состав вещества, образовавшегося в первые минуты ее существования (эпоха первичного нуклеосинтеза). Теория предсказывает, что при огромных температурах и плотности ранней Вселенной должны были образоваться легкие элементы в определенных пропорциях: примерно 75% водорода, 25% гелия-4 по массе и незначительное количество дейтерия, гелия-3 и лития-7. Наблюдения за химическим составом самых старых звезд и отдаленных газовых облаков, вещество которых еще не успело претерпеть значительные изменения в ходе звездной эволюции, показывают поразительное совпадение с этими теоретическими расчетами. Никакая другая космологическая теория не может объяснить наблюдаемое обилие легких элементов.

Ответ: Совпадение наблюдаемой распространенности легких элементов (водорода, гелия, лития) во Вселенной с теоретическими предсказаниями первичного нуклеосинтеза в рамках теории Большого взрыва служит весомым косвенным подтверждением концепции расширения.