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Le décalage vers le rouge peut être provoqué par effet Doppler-Fizeau ou par la dilatation de l’espace provoquée par l’expansion de l’Univers. Dans cette acception, il est synonyme d’effet Doppler-Fizeau. Le décalage spectral est aisément mesurable car les raies spectrales des atomes sont identifiables et bien connues, par exemple grâce à des mesures en laboratoire. Dans le cas des objets astronomiques, le décalage est remarquable car il est le même sur l’ensemble du spectre, ce qui implique qu’il s’agit d’une conséquence d’un seul et même phénomène, et non d’un phénomène particulier à un milton Humason PDF d’atome.


Le décalage spectral du son est bien connu : le même son émis par un objet en mouvement nous semble plus aigu lorsque l’objet s’approche et plus grave lorsqu’il s’éloigne. Le même phénomène pour la lumière fut découvert par Hippolyte Fizeau en 1848 dans le cadre de la mécanique classique. Il apparaît que la lumière en provenance des galaxies distantes subit, en moyenne, un décalage vers le rouge proportionnel à leur distance. L’effet s’observe en moyenne : on observe des galaxies dont la lumière est plus ou moins décalée vers le rouge, ou même décalée vers le bleu, comme la galaxie d’Andromède.

Articles détaillés : Expansion de l’Univers et Loi de Hubble-Lemaître. Lorsqu’un astre se déplace, ses raies spectrales sont également décalées. Actuellement, constatant un décalage vers le rouge de la lumière émise par des sources cosmologiques quasiment proportionnel à leur distance, les modèles cosmologiques dominants l’interprètent comme un effet de l’expansion de l’Univers. Il ne s’agit donc plus d’un effet Doppler comme on le présente encore parfois aujourd’hui, mais bien d’un effet de relativité générale qui se comprend quantitativement en disant que l’expansion, en  allongeant  l’Univers, allonge aussi la longueur d’onde de tous les photons de l’Univers. Il y a  comobilité  des galaxies qui sont entraînées par cette expansion. En pratique, le facteur d’échelle croît avec le temps car l’Univers est en expansion.

1, et z est positif, ce qui correspond comme attendu à un décalage vers le rouge. Le décalage vers le rouge cosmologique permet de définir le temps de regard vers le passé d’un objet et d’avoir une estimation de son âge. Or, la conservation de l’énergie est par ailleurs considérée comme un des principes fondamentaux de la physique. La question se pose donc de savoir dans quelle mesure le décalage vers le rouge cosmologique remet en question le principe général de conservation de l’énergie. Les ondes qui proviennent d’une source lumineuse sont plus longues lorsque celle-ci s’éloigne d’un observateur à la gauche. Les ondes sont  étalées  et la lumière qui nous parvient est donc rougie. 1 : Ondes rallongées à l’arrière de la source lumineuse dues à son déplacement.

2 : Sens de déplacement de la source lumineuse. 4 : Ondes raccourcies à l’avant de la source lumineuse dues à son déplacement. L’effet Doppler dû au mouvement de la source est la première idée et encore la plus présente. La théorie de la relativité générale d’Einstein prédit que la lumière se déplaçant dans un champ de gravitation non homogène subit un décalage vers le rouge ou vers le bleu. Cet effet est appelé le décalage d’Einstein.