Номер 2, страница 217 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какие факты подтверждали концепцию расширения Вселенной?

2. Какие факты подтверждали концепцию расширения Вселенной?

Концепция расширения Вселенной, являющаяся краеугольным камнем современной космологии, подтверждается несколькими независимыми наблюдательными фактами, которые вместе создают убедительную картину эволюционирующего космоса.

1. Красное смещение и закон Хаббла.

Самым первым и фундаментальным доказательством стало открытие, сделанное американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. Анализируя спектры света от далеких галактик, он заметил, что спектральные линии большинства из них смещены в сторону красной, длинноволновой части спектра. Это явление, известное как "красное смещение", аналогично эффекту Доплера для световых волн. Оно указывает на то, что источник света (галактика) удаляется от наблюдателя. Хаббл пошел дальше и установил эмпирическую зависимость: скорость удаления галактики ($\text{v}$) прямо пропорциональна расстоянию до нее ($\text{r}$). Эта зависимость получила название закона Хаббла:

$v = H_0 \cdot r$

где $H_0$ — постоянная Хаббла. Этот закон является прямым наблюдательным свидетельством того, что Вселенная не статична, а расширяется. Подобно точкам на поверхности надуваемого воздушного шарика, все галактики удаляются друг от друга, и чем дальше они находятся, тем быстрее происходит это удаление.

2. Реликтовое излучение.

Вторым мощнейшим подтверждением стало открытие космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения) в 1965 году Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном. Теория расширяющейся Вселенной (модель Большого Взрыва) предсказывала, что в далеком прошлом Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной. По мере расширения и остывания, примерно через 380 000 лет после Большого Взрыва, Вселенная стала прозрачной для света. Излучение, существовавшее в ту эпоху, должно было сохраниться до наших дней, но из-за расширения пространства его длина волны сильно растянулась, а энергия уменьшилась. Это "эхо" Большого Взрыва и есть реликтовое излучение с температурой около 2,7 Кельвина. Его существование, практически идеальная изотропность (одинаковость во всех направлениях) и спектр абсолютно черного тела являются блестящим подтверждением модели горячей расширяющейся Вселенной.

3. Распространенность легких химических элементов.

Теория Большого Взрыва также предсказывает состав первичного вещества, образовавшегося в первые минуты существования Вселенной в процессе так называемого первичного нуклеосинтеза. Согласно расчетам, ранняя Вселенная должна была состоять примерно на 75% из водорода и на 25% из гелия (по массе), с ничтожными примесями лития и других легких элементов. Наблюдения за составом самых старых звезд и далеких газовых облаков, которые еще не были "загрязнены" продуктами жизнедеятельности звезд, показывают именно такое соотношение элементов. Никакой другой известный процесс, кроме первичного нуклеосинтеза в горячей и плотной ранней Вселенной, не может объяснить наблюдаемое обилие гелия.

4. Эволюция галактик и крупномасштабная структура.

Поскольку скорость света конечна, глядя на далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в далеком прошлом. Наблюдения показывают, что далекие (а значит, молодые) галактики систематически отличаются от близких (старых) — они меньше, более неправильной формы и в них активнее идут процессы звездообразования. Это свидетельствует об эволюции Вселенной со временем, что противоречит идее о статической, неизменной Вселенной. Кроме того, распределение галактик в пространстве не хаотично: они образуют гигантскую "космическую паутину" из нитей, скоплений и огромных пустот (войдов). Такая крупномасштабная структура хорошо объясняется моделями, в которых она вырастает из крошечных начальных неоднородностей плотности в ранней расширяющейся Вселенной под действием гравитации.

Ответ: Концепция расширения Вселенной подтверждается следующими основными фактами: 1) красное смещение в спектрах далеких галактик, которое описывается законом Хаббла; 2) открытие и детальное изучение реликтового (космического микроволнового фонового) излучения; 3) наблюдаемая распространенность легких химических элементов (водорода и гелия), которая соответствует предсказаниям теории первичного нуклеосинтеза; 4) наблюдаемая эволюция галактик с течением времени и формирование крупномасштабной структуры Вселенной.