Vöröseltolódás | Az univerzum méretei | Kozmológia és csillagászat | Khan Academy

Készítette Sal Khan.

Nézd meg a következő leckét: https://hu.khanacademy.org/science/cosmology-and-astronomy/universe-scale-topic/big-bang-expansion-topic/v/cosmic-background-radiation?utm_source=YT&utm_medium=Desc&utm_campaign=cosmologystronomy

Kihagytad az előző leckét? https://hu.khanacademy.org/science/cosmology-and-astronomy/universe-scale-topic/big-bang-expansion-topic/v/correction-radius-of-observable-universe?utm_source=YT&utm_medium=Desc&utm_campaign=cosmologystronomy

Kozmológia és csillagászat a Khan Academyn: A föld hatalmas, de parányi a Naphoz képest (ami óriási). A Nap viszont nagyon kicsi a Naprendszerhez képest, ami pedig kicsi a következő csillaghoz mért távolsághoz képest. Tényleg, azt vajon már említettük, hogy a galaxisunkban több mint 100 milliárd csillag van (aminek az átmérője körülbelül 100 000 fényév), és a mi galaxisunk csak egyike a több százmilliárd galaxisnak, amelyek az univerzumban (ennek mérete lehet, hogy végtelen) megfigyelhetőek? Ne érezd magad kicsinek! Mi ettől csak szárnyalunk: a mindennapok stressze semmiség a hatalmas világegyetemhez képest, melynek részei vagyunk. Becsüld meg, hogy része vagy ennek a mérhetetlennek!

Mi a Khan Academy? A Khan Academy gyakorló feladatokat, oktatóvideókat és személyre szabott tanulási összesítő táblát kínál, ami lehetővé teszi, hogy a tanulók a saját tempójukban tanuljanak az iskolában és az iskolán kívül is. Matematikát, természettudományokat, programozást, történelmet, művészettörténetet, közgazdaságtant és még más tárgyakat is tanulhatsz nálunk. Matematikai mesterszint rendszerünk végigvezeti a diákokat az általános iskola első osztályától egészen a differenciál- és integrálszámításig modern, adaptív technológia segítségével, mely felméri az erősségeket és a hiányosságokat.

Küldetésünk, hogy bárki, bárhol világszínvonalú oktatásban részesülhessen.

Iratkozz fel a Khan Academy magyar csatornájára:
https://www.youtube.com/subscription_center?add_user=khanacademymagyar

A magyar fordítás az Akadémia Határok Nélkül Alapítvány (akademiahataroknelkul.hu) fordítócsapatának munkája.

Tegyük fel, hogy itt vagyok.

Két esetet fogok vizsgálni.

Szóval én egy megfigyelő vagyok itt,

ez vagyok én.

Talán még jobb lenne,
ha csak a szememet rajzolnám meg,

mert a fényt fogjuk megfigyelni.

Tehát csak a szememet rajzolom meg.

Szóval ez vagyok én az első esetben,

vagyis ez az egyik szemem,

ez pedig az egyik szemem a második esetben.

Az első esetben... – hadd rajzoljam le –

mindkét esetben lesz egy tárgyunk,

lesz valamifajta fényforrásunk.

De az első esetben a fényforrás nem fog
mozogni hozzám képest,

míg a második esetben a fényforrás

– csak az érdekesség kedvéért –

a fénysebesség felével fog mozogni.

Elképzelhetetlenül nagy sebesség,
de tegyük fel, hogy ekkora.

Tehát ez, ennek a sebessége
körülbelül a fénysebesség fele,

ez 1/2 fénysebességgel távolodik tőlem,
aki a megfigyelő vagyok.

Most képzeljük el, mi történne!

Mindkettő fényt bocsát ki,

és mindkettő pontosan ugyanabban az
időpontban kezd el fényt kibocsátani.

És amikor elkezdik kibocsátani a fényt,

mindkettő pontosan ugyanakkora
távolságra van a szememtől.

Az egyetlen különbség köztük az,

hogy ez mozdulatlan hozzám képest,

míg ez távolodok tőlem 1/2 fénysebességgel.

Tehát mondjuk, hogy egy bizonyos idő elteltével

ennek a fényforrásnak a fénye eléri a szememet.

Ekkor valahogy így néz ki.

Igyekszem a lehető legjobban megrajzolni.

Mondjuk – néhány hullámhosszt szeretnék rajzolni ide –,

tehát mondjuk ez egy fél hullámhossz,

ez egy egész hullámhossz,

ez egy másik fél, egy egész hullámhossz,
másik fél,

egész hullámhossz, aztán egy fél,

aztán egy egész hullámhossz.

Nézzük, meg tudom-e rajzolni!

Tehát így nézne ki egy teljes hullámhossz,

teljes hullámhossz, teljes hullámhossz

– nem nehéz ezt rajzolni –,

és kaptál még egy teljes hullámhosszt.

Szóval valahogy így nézne ki ez a hullámforma.

A hullámforma eleje éppen most ér el a szememhez.

Aztán ahogy a hullámforma folyamatosan
érkezik a szemembe,

a szemem érzékelni fog valamilyen
hullámhosszat vagy frekvenciát,

valamilyen színűnek érzékeli,

feltételezve, hogy az elektromágneses spektrum
látható tartományában vagyunk.

Most gondolkodjunk el azon, mi fog történni
ennél a fényforrásnál!

Tehát az első dolog, hogy a hullámforma eleje

pontosan ugyanabban az időpontban ér el hozzám.

Az egyik nagyszerű és meglepő dolog a fény
terjedésével kapcsolatban,

hogy általában, de különösen vákuumban

nem számít, hogy ez távolodik tőlünk

a fénysebesség felével,

a fény akkor is fénysebességgel fog
haladni felém.

Ez abszolút sebesség,

nem számít, ha a fényforrás a fénysebesség 0,9-szeresével
távolodik,

a fény még akkor is fénysebességgel
fog haladni felém.

És ez elég nehezen érthető,

mert a mindennapi életben azt tapasztaljuk,
hogy ha távolodom tőled

egy puskagolyó sebességének a felével,
és kilövök egy golyót,

akkor a golyó csak a sebességének a felével
– valahogy így lesz – fog közeledni feléd,

a sebesség felét kivonjuk.

Csak a normál sebességének a felével fog mozogni feléd,

ahhoz képest, amikor a puska mozdulatlan.

De a fény esetében ez nem így van.

Most, hogy ezt megbeszéltük,

gondolkodjunk el azon, hogy milyen lesz ez a hullám.

Tehát mire a fény elér hozzám,

azt kell végiggondolnunk...
hadd rajzoljam le ezt itt újra!

Újra lerajzolom a szememet,

tehát ez itt megint én vagyok.

Szóval mire a fény eléri a szememet
– tehát mindkét fényforrás

pontosan ugyanabban az időpontban
kezdte el kibocsátani a fényt –,

akkorára ez a fickó megtette ennek a
távolságnak a felét.

Ha a fény egy bizonyos idő alatt megtette
ezt a távolságot,

akkor ez a srác feleakkora távolságra fog eljutni
ugyanakkora idő alatt.

Tehát mire a fény a szememhez ér,

ez a srác meg fogja tenni ennek a távolságnak
körülbelül a felét,

így körülbelül ilyen távolságra jut.

Egyszerre kezdték el kibocsátani a fényt,

így a legelső foton – ha a fényt részecskének tekintjük –

pontosan ugyanabban az időpontban ér a szemembe,

mint a legelső foton ebből a fényforrásból.

Tehát a hullámforma lényegében megnyúlik,

így ahelyett, hogy... – még mindig

1, 2, 3, 4 egész hullámhosszunk lesz,

de most megnyúlnak.

Nézzük, tudok-e négy teljes hullámhosszt rajzolni!

Tehát ezt megfelezem,

és ezeket is megfelezem.

Ezek mindegyike egy egész hullámhossz lesz,

aztán lesz egy-egy fél hullámhossz közöttük.

Szóval a hullámforma így fog kinézni.

Igyekszem a lehető legjobban rajzolni,

ez a legnehezebb rész, megrajzolni
a megnyúlt hullámformát.

És tessék, így fog kinézni.

És amikor eléri a szememet,

a szemem úgy fogja érzékelni,
mint aminek nagyobb a hullámhossza,

annak ellenére, hogy ezekről az objektumokról nézve

– ha mindkettővel együtt utaznál –

a kibocsátott fény frekvenciája és hullámhossza
ugyanakkora lenne.

Az egyetlen különbség az, hogy ez a tárgy távolodik tőlem

– vagy én távolodok tőle, attól függ, hogy akarod nézni –,

én pedig állok,

míg ebben az első esetben a megfigyelő is és a forrás is áll.

Most ebben a helyzetben mit fog mondani a szemem?

Nos, ezek az egymást követő impulzusok mind
elérik a szememet,

ezek az egymást követő hullámvonulatok.

Azt fogja mondani, hogy ez itt nagyobb hullámhossz,

nagyobb hullámhosszt érzékel

– hadd írjam le –, itt nagyobb hullámhosszt érzékel,

és kisebb frekvenciát is érzékel.

Mit változtatna ez a fény érzékelésében?

Mondjuk, hogy ez zöld fény,

tehát ha a forrás nyugalomban van a
megfigyelőhöz képest,

akkor zöld fénye lenne.

Nézzük meg az elektromágneses spektrumot!

Ezt a Wikipédiáról szedtem le.

Tehát ha a fényforrás állna a megfigyelővel együtt,

akkor a spektrum zöld színű tartományában lennénk,

tehát 500 nanométer hullámhosszon.

És ha hirtelen – azért, mert a fényforrás távolodik
tőlem ezzel a nagy sebességgel –

az érzékelt hullámhossz nagyobb lesz,

tehát azt érzékelem, hogy
nagyobb lesz a hullámhossza,

láthatod, mi történik,

vörösebbnek látszódik,

elmozdul a spektrum vörös tartománya felé.

Ezt a jelenséget vöröseltolódásnak nevezzük.

Egy csomó videót csináltam fizikából

a Doppler-effektusról,

és azokban beszélek a hanghullámokról

és az érzékelt hangfrekvenciáról,
ha valami közeledik hozzád

vagy távolodik tőled
– ez pontosan ugyanaz az elv.

Ez a Doppler-jelenség a fényre alkalmazva.

A Doppler-effektus azért érvényes a fényre,
ami az űrben terjed,

és a hangra, ami a levegőben terjed,

mert a hanghullám a levegőben

– attól függetlenül, hogy a forrás távolodik tőlünk

vagy közeledik felénk –, a hanghullám

a levegőben mért hangsebességgel fog haladni,

adott nyomás és egyebek mellett.

A fény is ugyanaz a dolog, de vákuumban.

A fény mindig, függetlenül a forrástól,

attól függetlenül, hogy a forrás mit csinál,

maga a tényleges fényhullám

mindig ugyanazzal a sebességgel halad.

Csak az a különbség, hogy az érzékelt frekvencia

és hullámhossz meg fog változni.

Na most, ennek az egésznek az oka, hogy erről beszélek,

az az, hogy a fénynek ezt a tulajdonságát, a vöröseltolódást,
arra tudod használni,

hogy megnézd, hogy a dolgok vajon távolodnak tőled
vagy közelednek hozzád.

Vöröseltolódásról beszélünk, mert őszintén szólva

a legtöbb dolog távolodik tőlünk.

Ez az egyik oka annak, hogy

hajlamosak vagyunk hinni az ősrobbanásban.

Az ellentettje, amikor valami felénk halad

nagyon nagy sebességgel,

akkor az a valami
– nem szoktad hallani ezt a szót –

a kékeltolódás lenne.

A frekvencia nőne,

tehát kékebbnek vagy lilábbnak látszana.

A másik dolog, amit hangsúlyozni szeretnék,

hogy a vöröseltolódás jelensége, ez a fogalom

nem csak a látható fényre érvényes,

tehát még olyan dolgokra is alkalmazható,
amiket nem is látunk.

Tehát csak még vörösebb lenne,

de nem olyan, ami látszik.

Még olyan dolgokra is lehetne alkalmazni,

amelyek a vörösnél is vörösebbek.

Szóval ez talán egy mikrohullám, amit
kibocsátott valami,

de mivel a forrás olyan gyorsan távolodik tőlünk,

lehet, hogy úgy érzékeljük,
mint egy tényleges rádióhullámot.

Igazából kellett volna erről beszélnem a videóban,

a mikrohullámú háttérsugárzás

az, amit mikrohullámként érzékelünk,

de ezek a források távolodnak tőlünk,

a fényük eltolódott a vörös felé,

tehát valójában nem mikrohullámú sugárzást bocsátottak ki,

csak amit mi megfigyelünk
– lényegében ez az,

amit az ősrobbanás alapján meg lehetett jósolni –,

az valójában mikrohullámú sugárzás.

Mindenesetre remélem, megértetted,

hogy mi a vöröseltolódás.

Most már használhatjuk ezt az eszközt arra,

hogy elmagyarázzuk, miért gondoljuk,
hogy sok-sok dolog távolodik tőlünk.

És most hadd győződjek meg róla, hogy érted ezt a fogalmat.

Ha van két objektum, mondjuk, legyenek ezek Napok.

Mondjuk, ez két Nap, vagy két galaxis, mindegy.

Más tulajdonságaik miatt

– ezekről most nem akarok beszélni –

tudjuk, hogy valószínűleg egyforma színű fényt
bocsátanak ki.

Valószínűleg ugyanolyan színű fényt bocsátanak ki,

mert ismerjük ezeknek a csillagoknak vagy
galaxisoknak egyéb tulajdonságait.

Nos, ha azt érzékeljük,

hogy ez az egyik vörösebbnek látszik,
mint ez a másik,

akkor tudjuk, hogy ez távolodik tőlünk.

És minél vörösebbnek látszik,
minél inkább megnyúlik a hullámhossza

ehhez a másikhoz képest,

tudjuk, hogy annál gyorsabban távolodik tőlünk.