Номер 1, страница 155 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

1. Что такое красное смещение и каково его возможное объяснение?

1. Что такое красное смещение и каково его возможное объяснение?

Красное смещение — это явление, при котором длина волны электромагнитного излучения (например, видимого света), зарегистрированного наблюдателем, оказывается больше, чем длина волны, испущенной источником. Термин «красное» используется потому, что для видимого света смещение происходит в сторону красной, то есть более длинноволновой, части спектра. Противоположное явление, когда длина волны уменьшается, называется синим или фиолетовым смещением.

Величина красного смещения обычно обозначается безразмерным параметром $\text{z}$ 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.

Существует три основных механизма, объясняющих красное смещение:

1. Эффект Доплера. Это наиболее интуитивно понятное объяснение. Если источник света удаляется от наблюдателя, то каждая последующая волна испускается из точки, которая находится дальше от наблюдателя, чем предыдущая. Это приводит к "растягиванию" волн и, следовательно, к увеличению их длины. Для скоростей, значительно меньших скорости света ($v \ll c$), доплеровское красное смещение связано со скоростью удаления $\text{v}$ соотношением $z \approx \frac{v}{c}$. Этот эффект объясняет смещение в спектрах звезд и галактик, движущихся относительно нас.

2. Космологическое красное смещение. Это основное объяснение красного смещения у очень далеких галактик. Оно вызвано не их движением сквозь пространство, а расширением самого пространства Вселенной. Пока свет от далекой галактики летит к нам, пространство-время расширяется, и вместе с ним "растягивается" и длина световой волны. Этот эффект является фундаментальным наблюдательным подтверждением теории Большого взрыва и расширяющейся Вселенной. Чем дальше от нас находится галактика, тем дольше ее свет находится в пути, и тем сильнее он "растягивается" — это описывается законом Хаббла.

3. Гравитационное красное смещение. Этот эффект был предсказан общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Он заключается в том, что свет теряет энергию, покидая сильное гравитационное поле (например, поле звезды или черной дыры). Согласно квантовой механике, энергия фотона $\text{E}$ связана с его частотой $\nu$ и длиной волны $\lambda$ как $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$ (где $\text{h}$ — постоянная Планка, $\text{c}$ — скорость света). Потеря энергии означает уменьшение частоты и, соответственно, увеличение длины волны. Этот эффект экспериментально подтвержден, например, путем измерения смещения спектральных линий света, идущего от массивных звезд.

Ответ: Красное смещение — это увеличение длины волны электромагнитного излучения, приходящего от астрономического объекта. Его возможные объяснения: 1) эффект Доплера, возникающий при удалении источника от наблюдателя; 2) космологическое расширение пространства Вселенной, которое "растягивает" световые волны; 3) гравитационное красное смещение, вызванное потерей энергии светом при выходе из сильного гравитационного поля.