Эффект Доплера для света
Когда источник звука удаляется, мы слышим более низкий тон (длиннее волна). Для света работает тот же принцип: если источник удаляется, длины волн растягиваются — спектральные линии смещаются в красную сторону. Это и называется красным смещением (redshift). Параметр z = Δλ/λ₀, где λ₀ — лабораторная длина волны, Δλ — её изменение.
Открытие Хаббла (1929)
Эдвин Хаббл измерил красное смещение десятков галактик и расстояния до них. Вывод: почти все галактики удаляются от нас, причём чем дальше — тем быстрее. Зависимость линейная: v = H₀ · d.
- v — скорость удаления галактики (км/с)
- H₀ ≈ 70 км/с на мегапарсек — постоянная Хаббла
- d — расстояние до галактики в мегапарсеках (1 Мпк ≈ 3,26 млн световых лет)
Это стало главным доказательством расширения Вселенной и привело к модели Большого взрыва.
Космологическое и гравитационное красное смещение
Расширение самого пространства тоже растягивает фотоны по пути к нам — это космологическое красное смещение. Оно не то же самое, что доплеровский сдвиг, хотя математически похоже. Кроме того, свет, покидая сильное гравитационное поле, теряет энергию — это гравитационное красное смещение, предсказанное ОТО и измеренное экспериментально.
Практическое применение
По величине z учёные определяют расстояния до далёких объектов. Самые далёкие известные галактики имеют z > 10 — их свет идёт к нам более 13 миллиардов лет. Реликтовое излучение (остаток Большого взрыва) имеет z ≈ 1100 — оно было ультрафиолетовым, а дошло до нас в микроволновом диапазоне.
Голубое смещение тоже бывает
Галактика Андромеды движется к нам — её спектр смещён в голубую сторону (blueshift). Через ~4,5 млрд лет она столкнётся с Млечным Путём, но не вызовет катастрофы: расстояния между звёздами огромны.
