Constanta Hubble. Extinderea universului. Legea lui Hubble

Dacă cineva crede că cuvântul "a alerga" are un caracter pur atletic, în cazuri extreme, "anti-supresiv", este greșit. Există interpretări mult mai interesante. De exemplu, legea cosmologică a lui Hubble mărturisește că galaxiile galactice s-au împrăștiat!

Trei tipuri de nebuloase

Imaginați-vă: într-un spațiu neagră, negru, fără aer stele încet și încet se îndepărtează unul de celălalt: "Adio! La revedere! La revedere! ". Poate că vom lăsa la o parte "digresiuni lirice" și vom ajunge la informații științifice. În 1929, cel mai influent astronom al secolului XX, omul de știință american Edwin Powell Hubble (1889-1953) a ajuns la concluzia că universul se extinde constant.

Un om care și-a dedicat întreaga viață conștientă soluției structurii cosmosului sa născut în Marshfield (Missouri). El a fost interesat de astronomie de la unghiile timpurii, deși în cele din urmă a devenit avocat certificat. După ce a absolvit Universitatea Cambridge, Edwin a lucrat la Chicago, la Observatorul din York. În primul război mondial (1914-1918) au luptat. Anii din prima linie au împins revelația în timp. Astăzi întreaga lume învățată știe ce este constanta Hubble.

Pe drumul spre descoperire

Întorcându-se din față, omul de știință și-a îndreptat privirea spre observatorul de munte montan Mount Wilson (California). El a fost dus să lucreze acolo. În dragoste cu astronomia, tânărul a petrecut mult timp uitându-se la lentilele telescoapelor uriașe de 60 și 100 de centimetri. Pentru acel moment - cel mai mare, aproape fantastic! Producătorii de dispozitive de mai sus au lucrat aproape un deceniu, atingând creșterea maximă și claritatea imaginii.

Amintiți-vă, limita vizibilă a universului este numită Metagalaxy. Ea vine la stat în momentul Big Bang-ului (singularitatea cosmologică). Dispozițiile moderne prevăd că valorile constantelor fizice sunt omogene (adică viteza luminii, încărcare elementară etc.). Se crede că Metagalaxy deține 80 de miliarde de galaxii (o figură uimitoare sună astfel: 10 sextillioane și 1 stea septilion). Forma, masa și mărimea - pentru univers sunt complet diferite de cele acceptate pe Pământ, concepte.

Mysterious Cepheids

Pentru a justifica teoria explicând expansiunea universului, a fost nevoie de studii lungi, aprofundate, comparații complexe și calcule. La începutul secolului al XX-lea, soldatul de ieri a reușit în cele din urmă să clasifice nebuloasele observate separat de Calea Lactee. Conform descoperirii sale, ele sunt spirală, eliptică și neregulată (trei tipuri).

În cel mai apropiat sistem stelar, dar nu în cea mai apropiată spirală Nebuloasa Andromeda, Edwin a văzut cefeii (clasa de stele pulsante). Legea lui Hubble a devenit mai mult decât oricând aproape de formațiunea finală. Astronomul a calculat distanța față de aceste balize și mărimea celei mai mari galaxii a Grupului Local. Conform concluziilor sale, Andromeda conține aproximativ un trilion de stele (2,5-5 ori mai mare decât Calea Lactee).

constant

Unii oameni de știință, explicând natura cefeilor, le compară cu bilele de cauciuc gonflabile. Apoi cresc, apoi scad, apoi se apropie, apoi se îndepărtează. Viteza radială în acest caz variază. În timpul compresiei, temperatura "călătorilor" crește (deși suprafața scade). Pulsatoarele sunt un pendul neobișnuit, care, mai devreme sau mai târziu, se va opri.

Ca și alte nebuloase, Andromeda este caracterizată de un om de știință ca un spațiu al universului insular, care amintește de galaxia noastră. În 1929, Edwin a descoperit: vitezele radiale ale galaxiilor și distanțele lor sunt interdependente, dependente liniar. Sa determinat coeficientul exprimat în km / s pe megaparsec (MPS). Aceasta este așa-numita constantă Hubble. Universul se extinde - o constantă se schimbă. Dar la un anumit moment în toate punctele din sistemul universului este același lucru. În 2016, a fost de 66,93 ± 0,62 (km / s) / Mpc.

Reprezentările despre sistemul universului, evoluția continuă, extinderea, au primit apoi o bază de observație. Procesul a fost studiat în mod activ de către astronom până la începutul celui de-al doilea război mondial. În 1942, a condus Departamentul de Balistică Externă pe site-ul de testare Aberdeen (SUA). Era un asociat al celei mai misterioase științe din lume? Nu, a vrut să "descifreze" legile colțurilor ascunse ale unor galaxii îndepărtate! În ceea ce privește opiniile politice, astronomul a condamnat deschis liderul celui de-al Treilea Reich, Adolf Hitler. La sfârșitul vieții sale, Hubble era cunoscut ca un adversar puternic al utilizării armelor de distrugere în masă. Dar să ne întoarcem la nebuloase.

Marele Edwin

Multe constante astronomice sunt corectate în timp, apar noi descoperiri. Dar toți nu merg în comparație cu expansiunea Legii Universului. Celebrul astronom Hubble secolului XX (din vremea lui Copernic colegii lui nu a fost!) Pe picior de egalitate cu fondatorul fizicii experimentale de Galileo și autor al producției inovatoare a existenței unor sisteme stelare de William Herschel.

Chiar înainte ca legea lui Hubble să fie deschisă, autorul său a devenit membru al Academiei Naționale de Științe a Statelor Unite ale Americii, mai târziu academii din diferite țări, are numeroase premii. Mulți au auzit probabil despre faptul că, peste un deceniu în urmă, a pus pe orbită și a operat cu succes telescopul spațial Hubble. Acest nume poartă crater pe lună, Una dintre planetele mici care se rotesc intre orbitele planetelor Marte si Jupiter (asteroid).

Nu este deloc corect să spunem că astronomul doar a visat să-și perpetueze numele, dar există dovezi indirecte că Edwin îi plăcea să atragă atenția. Sunt fotografii, unde poziționează pozitiv lângă vedetele filmului. Puțin mai târziu, vom vorbi despre încercările sale de a "fixa" realizarea la nivel laureat și, prin urmare, de asemenea, să intre în istoria cosmologiei.

Metoda lui Henrietta Leavitt

Celebrul astrofizician britanic Stephen Hawking în cartea sa „O scurtă istorie a timpului“, a scris că „descoperirea că universul se extinde, ea a devenit cea mai mare revoluție intelectuală a secolului XX“ .Habbl a fost suficient de norocos pentru a fi în locul potrivit la momentul potrivit. Observatorul Mount Wilson a fost centrul lucrării observaționale care stă la baza noii astrofizici (mai târziu numită cosmologie). Cel mai puternic telescop Hooker de pe Pământ a intrat doar în funcțiune.

Dar constanta Hubble era puțin probabil să fie descoperită doar pe baza norocului. Aveam nevoie de răbdare, de perseverență, de capacitatea de a învinge rivalii științifici. Deci, astronomul american Harlow Shapley și-a propus modelul său din Galaxie. El era deja cunoscut ca un om de știință care a determinat dimensiunile Calea Lactee. El a aplicat pe scară largă tehnica de determinare a distanțelor prin cefei, folosind o tehnică compusă în 1908 de Henrietta Swan Leavitt. A stabilit distanța față de obiect, bazându-se pe variațiile standard ale luminii de la stelele strălucitoare (variabilele cefeide).

Nu praf și gaz, ci alte galaxii

Harlow Shapley a crezut că lățimea galaxiei este de 300.000 de ani lumină (aproximativ zece ori mai mare decât valoarea admisă). Cu toate acestea, Shapley, ca majoritatea astronomilor de atunci, era sigur: Calea Lactee este întregul Univers. În ciuda sugestia făcută prima dată de William Herschel în secolul al XVIII-lea, el a împărtășit convingerea comună că toate nebuloasa obiecte relativ apropiate - doar un loc de praf și gaz pe cer.

Câte nopți amare și reci, pe care Hubble le stătea așezat lângă telescopul puternic Hooker, înainte de a putea dovedi că Shapley se înșela. În octombrie 1923, Edwin a observat în nebuloasa M31 (Andromeda) „spart out“ subiectul și a sugerat că el nu face parte din Calea Lactee. După studierea atentă a plăcilor fotografice pe care aceeași zonă a fost anterior înregistrată de alți astronomi, inclusiv Shapley, Edwin și-a dat seama că era un cefid.

Spațiu detectat

Hubble a folosit metoda Shapley pentru a măsura distanța față de o stea variabilă. Sa dovedit că se estimează că sunt milioane de ani lumină de la Pământ, ceea ce este mult dincolo de Calea Lactee. Galaxia în sine conține milioane de stele. Faimosul univers sa extins dramatic în acea zi și, într-un sens, Cosmosul însuși a fost descoperit!

New York Times a scris: "Nebuloasele spiralate descoperite sunt sisteme stelare, Dr. Hubbel (ca în original) confirmă părerea că sunt asemănătoare cu" universul insulelor "asemănător cu al nostru". Descoperirea a fost de mare importanță pentru lumea astronomică, dar cel mai mare moment al lui Hubble a fost încă să vină.

Nu statică

Așa cum am spus, o victorie pentru „Copernic №2» a venit în 1929, când a clasificat toate nebuloasă cunoscute și măsoară vitezele lor din spectrul luminii emise. Descoperirea sa uimitoare că toate galaxiile se retrag de la noi cu viteze care cresc proporțional cu distanța față de Calea Lactee au șocat lumea. Legea lui Hubble a abolit concepția tradițională a universului static și a arătat că ea însăși este plină de dinamică. Einstein însuși își plecă capul în fața unei astfel de observații uimitoare.

Explodate și împrăștiate

Când constanta în 2016 Anul egal 66,93 ± 0,62 (km / s) / Mpc, expansiunea este acum caracterizată prin următoarele figuri: (4,61 ± 0,05) middot-10¹⁷ s sau (14,610 ± 0,016) middot-10⁹ ani. Și din nou un pic de umor. Optimistii spun: este bine ca galaxiile "sa alerga". Dacă ne imaginăm că se întâlnesc, mai devreme sau mai târziu, Big Bang-ul va veni. Dar a fost cu el începutul universului.

Galaxiile "au tras" (au început să se miște) în diferite direcții simultan. Dacă rata de îndepărtare nu ar fi proporțională cu distanța - teoria exploziei nu are sens. Un alt derivat al constantei este distanța Hubble - produsul timpului și viteza luminii: D_H = ct_H = c / H. În momentul de față - (1.382 ± 0.015) middot-10²⁶ m sau (14,610 ± 0,016) middot-10⁹ ani lumina.

Și din nou despre mingea gonflabilă. Există o opinie că nici astronomii nu interpretează întotdeauna corect expansiunea universului. Unii experți cred că se umflă, ca o minge de cauciuc, fără a cunoaște limitări fizice. În acest caz, galaxiile în sine nu numai că se îndepărtează de noi, ci și "agitația" haotică din interiorul clusterelor fixe. Unii susțin că galaxiile îndepărtate "înotă" cu șrapnelul Big Bang-ului, dar o fac sedativ.

Ar fi putut deveni un laureat al premiului Nobel

Hubble încearcă să obțină un Premiu Nobel. La sfarsitul anilor 1940, el chiar a angajat un agent de publicitate (acum el ar fi numit un manager PR) pentru a promova cazul. Dar efortul a fost în zadar: nu exista o categorie pentru astronomi. Edwin a murit în 1953, în cursul cercetării științifice. Pentru mai multe nopți a observat obiecte extragalactice.

Ultimul său vis ambițios a rămas neîmplinit. Dar omul de știință ar fi cu siguranță bucuros că, în onoarea lui, telescopul cosmic a fost numit. Și generațiile de frați din minte continuă să exploreze spațiul vast și minunat. Încă mai are multe mistere. Câte descoperiri stau înainte! Iar derivatele constante ale lui Hubble, cu siguranță, vor ajuta pe unii dintre tinerii oameni de știință să devină copernicul nr. 3.

Se contestă pe Aristotel

Ce va fi dovedit sau respins, ca atunci când teoria infinității, eternității și imutabilității spațiului din jurul Pământului, pe care a susținut-o însuși Aristotel, a zburat în bucăți? El a atribuit simetriei și perfecțiunii universului. Principiul cosmologic a confirmat: totul curge, totul se schimbă.

Există o opinie că, în miliarde de ani, cerurile vor fi goale și întunecate. Expansiunea va "lua" galaxia dincolo de orizontul cosmic, de unde lumina nu poate ajunge la noi. Va fi constanta Hubble-ului pentru un univers gol? Ce va deveni din cosmologie cu știința? Va dispărea? Toate acestea sunt ipoteze.

redshift

Între timp, telescopul Hubble a făcut o imagine, care arată că până când goliciunea universală este departe de noi. Într-un mediu profesional în cursul părerii că valoarea descoperirii lui Edwin Hubble, dar nu și a legii sale. Cu toate acestea, el a fost cel care a fost aproape imediat recunoscut în cercurile științifice de atunci. Observațiile despre "schimbarea roșie" nu numai că au câștigat dreptul de a exista, ci și în secolul XXI.

Și astăzi, determinând distanța față de galaxii, ei se bazează pe supersa omului de știință. Optimistii spun ca, chiar daca galaxia noastra ramane singura, nu va trebui sa "dorim". Vor fi miliarde de stele și planete pitice. Deci, alături de noi vor mai exista "lumi paralele", care vor trebui investigate.