Номер 2, страница 318 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. Какой вывод следовал из моделей Вселенной, полученных А. А. Фридманом?

1. Что называется световым годом?

Световой год — это внесистемная единица измерения расстояния, используемая в астрономии. Он определяется как расстояние, которое электромагнитное излучение (например, свет) проходит в вакууме за один юлианский год (365,25 суток), при условии отсутствия влияния гравитационных полей.

Для вычисления этого расстояния необходимо умножить скорость света в вакууме ($c$) на продолжительность одного года, выраженную в секундах ($t$).

Скорость света в вакууме является фундаментальной физической константой и составляет $c = 299\ 792\ 458$ м/с.

Продолжительность юлианского года в секундах рассчитывается как: $t = 365,25 \times 24 \times 60 \times 60 = 31\ 557\ 600$ с.

Таким образом, один световой год в метрах равен:

$1\ \text{св. год} = c \times t = 299\ 792\ 458\ \text{м/с} \times 31\ 557\ 600\ \text{с} \approx 9,4607 \times 10^{15}$ м.

Это значение примерно равно 9,46 триллиона километров.

Ответ: Световой год — это единица измерения расстояния, равная пути, который свет проходит в вакууме за один год, что составляет приблизительно $9,46 \times 10^{15}$ метров.

2. Какой вывод следовал из моделей Вселенной, полученных А. А. Фридманом?

В 1922–1924 годах советский математик и физик Александр Александрович Фридман, анализируя уравнения общей теории относительности Эйнштейна, получил решения, которые описывали динамику Вселенной в целом. Эти решения привели к фундаментальному выводу, который кардинально отличался от общепринятой на тот момент концепции стационарной, неизменной во времени Вселенной.

Главный вывод из моделей Фридмана заключался в том, что Вселенная не может быть статичной. Она обязательно должна быть нестационарной, то есть либо расширяться, либо сжиматься. Его работа показала, что статическое решение, которое ранее рассматривал Эйнштейн, является лишь частным и неустойчивым случаем.

Модели Фридмана описывали три возможных сценария эволюции для однородной и изотропной Вселенной, в зависимости от её средней плотности вещества и энергии:

• Если плотность меньше некоторого критического значения, то Вселенная имеет отрицательную кривизну пространства и будет расширяться вечно (открытая модель).

• Если плотность равна критической, то пространство Вселенной является плоским (евклидовым), и она также будет расширяться вечно, но скорость расширения будет стремиться к нулю (плоская модель).

• Если плотность больше критической, то пространство имеет положительную кривизну, и расширение Вселенной со временем сменится сжатием, что приведет к "Большому сжатию" (закрытая модель).

Таким образом, А. А. Фридман теоретически предсказал динамическую природу Вселенной и, в частности, её возможное расширение, за несколько лет до того, как это было подтверждено астрономическими наблюдениями.

Ответ: Главный вывод из моделей А. А. Фридмана заключается в том, что Вселенная является нестационарной, то есть она должна либо расширяться, либо сжиматься.

3. Кто, когда и каким образом открыл расширение Вселенной?

Расширение Вселенной было экспериментально подтверждено благодаря работам американского астронома Эдвина Хаббла.

Кто: Эдвин Хаббл. Стоит отметить, что бельгийский учёный Жорж Леметр в 1927 году теоретически предсказал этот закон, но именно наблюдения Хаббла предоставили решающие доказательства.

Когда: Ключевая научная работа Эдвина Хаббла, содержащая наблюдательные доказательства, была опубликована в 1929 году.

Каким образом: Открытие было сделано в результате систематического изучения далеких галактик с помощью 100-дюймового телескопа обсерватории Маунт-Вилсон. Процесс открытия включал в себя три основных этапа:

1. Измерение расстояний до галактик. Хаббл использовал метод, основанный на наблюдении цефеид — класса пульсирующих звёзд, чья абсолютная светимость напрямую связана с периодом их пульсации. Измерив период цефеиды в далекой галактике, можно определить её истинную светимость. Сравнивая эту величину с видимой яркостью звезды, Хаббл смог рассчитать расстояние до галактики.

2. Измерение скоростей галактик. Скорости движения галактик относительно Земли определялись по их спектрам. Хаббл заметил, что в спектрах практически всех далеких галактик спектральные линии смещены в красную сторону. Это явление, известное как красное смещение, является проявлением эффекта Доплера для света и указывает на то, что галактики удаляются от нас. Величина красного смещения ($z$) позволяла рассчитать скорость удаления галактики.

3. Установление зависимости. Сопоставив данные о расстояниях и скоростях для множества галактик, Хаббл обнаружил чёткую закономерность: скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до неё. Эта зависимость известна как закон Хаббла (или закон Хаббла-Леметра) и математически выражается формулой $v = H_0 d$, где $v$ — скорость удаления, $d$ — расстояние, а $H_0$ — постоянная Хаббла.

Наблюдаемый факт, что все далекие галактики удаляются от нас, причем тем быстрее, чем они дальше, стал неопровержимым доказательством того, что Вселенная расширяется.

Ответ: Расширение Вселенной открыл американский астроном Эдвин Хаббл в 1929 году. Он измерил расстояния до галактик (с помощью звёзд-цефеид) и скорости их удаления (по красному смещению в их спектрах) и установил, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до неё (закон Хаббла).