Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется

Когда-то астрофизики верили в статичную Вселенную, содержащую только галактику Млечный Путь. Наука окончательно доказала обратное.

Ключевые выводы

• Менее 100 лет назад астрономы считали Млечный Путь единственной галактикой во Вселенной.
• В 1924 году Эдвин Хаббл показал, что туманности на самом деле являются другими галактиками, разделенными огромными расстояниями.
• В 1929 году Хаббл показал, что эти другие галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной их расстоянию. Родилась расширяющаяся Вселенная, и это не что иное, как взорвавшаяся бомба.

Скопируйте ссылку на статью под названием http://How%20we%20know%20the%20Universe%20is%20expanding

Поделиться Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется на Facebook
Поделиться Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется, в Твиттере
Поделиться Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется в LinkedIn

Менее ста лет назад астрономы считали галактику Млечный Путь единственной галактикой во Вселенной. Заснятые телескопами размытые туманности были поняты как газовые облака в пределах нашей галактики. Результаты показали, что Вселенная была статична и не менялась во времени.

Единственным исключением были открытия Весто Слайфера, американского астронома, который еще в 1912 году заметил, что туманность Андромеды движется к Солнцу со скоростью около 186 миль в секунду. Для этого он использовал эффект Доплера, искажение волнового движения из-за движения источника (или наблюдателя).Мы испытываем эффект Доплера каждый раз, когда слышим скорую помощь или звуковой сигнал, движущийся к нам или от нас. Если к нам, то звуковые волны сжимаются и высота тона выше; если от нас, они удлиняются и высота тона ниже. То же самое происходит со световыми волнами. Слайфер предположил, что Андромеда двигалась к нам, так как ее свет смещался в синюю часть светового спектра.

Он был прав. Теперь мы знаем, что Андромеда не только движется к нам, но и столкнется с Млечным Путем примерно через четыре или пять миллиардов лет, образуя галактику «Милкдромеда».

К 1917 году Слайфер измерил лучевые скорости (составляющую скорости по направлению к нам) нескольких других туманностей, сделав вывод, что они имеют красное смещение, то есть удаляются от нас. Немногие ученые в Европе слышали о результатах Слайфера. Даже в США они вызывали споры. В 1917 году Эйнштейн предложил первую космологическую модель современной эпохи, используя свою совершенно новую общую теорию относительности. Он предполагал статическую Вселенную.

Великие дебаты 1920 года

20 апреля 1920 года Харлоу Шепли из обсерватории Маунт-Вильсон и Хибер Кертис из обсерватории Аллегейни в Питтсбурге встретились на сцене, чтобы обсудить природу галактик на мероприятии, спонсируемом Национальной академией наук. Были ли туманности «островными вселенными» за пределами Млечного Пути, или Млечный Путь был единственной галактикой, окруженной необъятностью пустого пространства? Встреча, известная как «Большие дебаты», является ярким примером того, как предварительные данные можно интерпретировать по-разному, и все они кажутся разумными. Это также объясняет, почему более качественные данные необходимы для надежных научных исследований.

Шепли считал, что Млечный Путь намного больше, чем представлялось большинству, поэтому в нем достаточно места для всех туманностей. Кертис предположил обратное, что туманности были другими галактиками за пределами Млечного Пути. Хотя Шепли, казалось, одержал верх в дебатах, они закончились безрезультатно.

Хаббл побеждает, используя стандартные свечи

И тут в дело вступает Эдвин Хаббл, чтобы положить конец спору раз и навсегда.

Хаббл использовал 100-дюймовый телескоп Маунт-Вилсон, чтобы определить то, что астрономы называют «стандартными свечами» в других туманностях — то есть источники света, которые везде работают одинаково. Представьте себе, что темной ночью вы расставляете одинаковые электрические фонарики на разном расстоянии в открытом поле. Измеряя их относительную яркость, можно использовать закон обратных квадратов, чтобы определить, насколько далеко они от вас. (Закон гласит, что интенсивность света падает пропорционально квадрату расстояния до источника.)

Хаббл обнаружил стандартные свечи во многих галактиках: звезды, известные как переменные цефеиды, которые пульсируют с очень типичной периодичностью. (За это он должен был благодарить Генриетту Левитт за потрясающую работу над цефеидами в Гарвардской обсерватории.) Начав с ближайших источников, Хаббл построил «космическую лестницу расстояний», прыгая на более далекие расстояния с помощью своих стандартных свечей.

В начале 1924 года Хаббл написал Шепли, чтобы сообщить ему, что он нашел переменные цефеиды в Андромеде. Шепли сразу понял, что его взгляд на Вселенную мертв. К концу 1924 года Хаббл открыл десятки цефеид в Андромеде и в 22 других спиральных туманностях. Их расстояния исчислялись миллионами световых лет. Великий спор был окончен: Вселенная населена «островными вселенными», галактиками, разделенными огромными расстояниями. Но все равно было статично.

От статической Вселенной к закону Хаббла

Между тем теоретические модели Вселенной предлагали точку зрения, противоположную Эйнштейну. Вселенная может измениться во времени. А если бы это было так, то галактики должны были бы удаляться друг от друга, увлекаемые растяжением пространства, как пробки рекой (с некоторыми оговорками).

В 1917 году голландский космолог Виллем де Ситтер предположил, что пустая Вселенная с «космологической постоянной» будет расширяться экспоненциально быстро.(Эйнштейн предложил космологическую постоянную в 1917 году в качестве своего рода отталкивающего агента, работающего против притяжения гравитации, чтобы сохранить его вселенную статической. Удалите материю, и она заставит вселенную расти очень быстро.)

В 1922 году русский Александр Фридман предположил, что даже Вселенная без космологической постоянной может также расширяться и сжиматься в зависимости от того, сколько материи она содержит. Несколько лет спустя бельгийский священник и космолог Жорж Леметр предложил модель первобытного атома, согласно которой Вселенная возникла бы в результате распада огромного радиоактивного шара нейтронов и продолжила бы расширяться, порождая галактики и звезды. (Для заинтересованного читателя есть много нетехнических книг по истории космологии.)

Но только данные могут вдохнуть жизнь в теории, какими бы захватывающими они ни были. После кропотливой работы в 1929 году Хаббл и его помощник Милтон Хьюмасон объявили, что наблюдения подтверждают расширение Вселенной. Хаббл определил необходимые ему стандартные свечи — очень яркие звезды, даже ярче цефеид, в 46 галактиках — и пришел к выводу, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной их расстоянию. Это соотношение теперь известно как закон Хаббла, простое соотношение, описывающее, как расширяется пространство.

Расширяющаяся Вселенная не похожа на бомбу

Расширение Вселенной часто путают со взорвавшейся бомбой. Ничего подобного. У бомбы есть центр, где бомба взрывается, и осколки летят от этой центральной точки. Пространство остается фиксированным в качестве фона.

Подпишитесь на противоречивые, удивительные и впечатляющие истории, которые будут доставляться на ваш почтовый ящик каждый четверг.

С другой стороны, расширение Вселенной есть расширение самого пространства. Это как если бы земля под вашими ногами начала растягиваться в двух направлениях (потому что земля двумерна), увлекая за собой все. Я часто использую классную комнату с партами в качестве иллюстрации.Парты отодвигаются друг от друга, и вы видите, как отдаляются ваши сокурсники. Если каждая из них является галактикой, все галактики удаляются друг от друга по мере того, как земля растягивается. Ни один из них не является более центральным, чем другой.

Расширяющаяся Вселенная — это окончательная пространственная демократия, и нет ничего более важного, чем любой другой. Проиграйте фильм в обратном порядке, и через некоторое время все они соберутся вместе. Это Большой Взрыв, событие, положившее начало расширению около 13,8 миллиардов лет назад.