เอ็ดวิน ฮับเบิล หาอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ถอยห่างของกาแล็กซีจากการสังเกตสิ่งใด

มีอยู่ครั้งหนึ่ง กฎของฮับเบิลได้ปฏิวัติวงการดาราศาสตร์มืออาชีพ ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน Edwin Hubble ได้พิสูจน์ว่าจักรวาลของเราไม่คงที่อย่างที่เคยเป็นมา แต่มีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ค่าคงที่ฮับเบิล: ข้อมูลจากยานอวกาศต่างๆ

กฎของฮับเบิลเป็นสูตรทางกายภาพและทางคณิตศาสตร์ที่พิสูจน์ว่าจักรวาลของเรามีค่าคงที่ ยิ่งไปกว่านั้น การขยายตัวของอวกาศนอกซึ่งดาราจักรทางช้างเผือกของเราตั้งอยู่นั้น มีลักษณะเฉพาะด้วยความสม่ำเสมอและไอโซโทรปี นั่นคือจักรวาลของเรากำลังขยายตัวเท่า ๆ กันในทุกทิศทาง การกำหนดกฎของฮับเบิลพิสูจน์และอธิบายไม่เพียง แต่ทฤษฎีการขยายตัวของจักรวาลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแนวคิดหลักของต้นกำเนิดของมันด้วย - ทฤษฎี

ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ กฎฮับเบิลอยู่ภายใต้สูตรต่อไปนี้: v=H0*r ในสูตรนี้ v หมายถึงความเร็วของดาราจักร H0 คือปัจจัยสัดส่วนที่สัมพันธ์ระยะห่างจากโลกไปยังวัตถุอวกาศด้วยความเร็วของการกำจัดของมัน (สัมประสิทธิ์นี้เรียกอีกอย่างว่า "ค่าคงที่ของฮับเบิล") r คือ ระยะห่างจากกาแล็กซี่

ในบางแหล่ง มีสูตรอื่นของกฎของฮับเบิล: cz=H0*r ที่นี่ c ทำหน้าที่เป็นความเร็วของแสง และ z เป็นสัญลักษณ์ของการเปลี่ยนสีแดง - การเลื่อนของเส้นสเปกตรัมขององค์ประกอบทางเคมีไปทางด้านสีแดงที่เป็นคลื่นยาวของสเปกตรัมขณะที่พวกมันเคลื่อนตัวออกไป สูตรอื่นๆ ของกฎหมายนี้มีอยู่ในวรรณกรรมเชิงฟิสิกส์และทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างในการกำหนดสูตรไม่ได้เปลี่ยนแก่นแท้ของกฎของฮับเบิล และสาระสำคัญของมันอยู่ที่คำอธิบายของความจริงที่ว่ากฎของเราขยายตัวอย่างต่อเนื่องในทุกทิศทาง

การค้นพบกฎหมาย

อายุและอนาคตของจักรวาลสามารถกำหนดได้โดยการวัดค่าคงที่ฮับเบิล

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการค้นพบกฎของฮับเบิลคือชุดของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ ดังนั้นในปี 1913 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Weil Slider ได้ค้นพบว่าวัตถุอวกาศขนาดใหญ่อื่น ๆ อีกหลายชิ้นกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเมื่อเทียบกับระบบสุริยะ สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีเหตุผลที่จะสรุปว่าเนบิวลาไม่ใช่ระบบดาวเคราะห์ที่ก่อตัวในดาราจักรของเรา แต่เป็นดาวตั้งไข่ที่อยู่นอกดาราจักรของเรา การสังเกตเพิ่มเติมของเนบิวลาแสดงให้เห็นว่าพวกมันไม่เพียงแต่เป็นโลกของดาราจักรอื่นเท่านั้น แต่ยังเคลื่อนห่างจากเราอยู่ตลอดเวลา ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ชุมชนดาราศาสตร์มีโอกาสที่จะสันนิษฐานว่าจักรวาลกำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ในปี 1927 นักดาราศาสตร์ชาวเบลเยียม Georges Lemaitre ได้ทำการทดลองว่ากาแลคซีในจักรวาลกำลังเคลื่อนที่ออกจากกันในอวกาศ ในปี 1929 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Edwin Hubble ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 254 ซม. พบว่าจักรวาลกำลังขยายตัวและกาแลคซีในอวกาศรอบนอกกำลังเคลื่อนตัวออกจากกัน จากการสังเกตของเขา Edwin Hubble ได้กำหนดสูตรทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายหลักการของการขยายตัวของเอกภพได้อย่างแม่นยำจนถึงทุกวันนี้ และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อดาราศาสตร์ทั้งภาคทฤษฎีและภาคปฏิบัติ

กฎของฮับเบิล: การประยุกต์ใช้และนัยสำหรับดาราศาสตร์

กฎของฮับเบิลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุในอวกาศ

ความสำคัญหลักของกฎดาราศาสตร์ของฮับเบิลคือมันยืนยันสมมติฐาน: จักรวาลกำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน กฎของฮับเบิลทำหน้าที่เป็นเครื่องยืนยันเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีบิ๊กแบง เพราะตามที่นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ระบุว่า บิ๊กแบงเป็นแรงผลักดันในการขยายตัวของ "สสาร" ของจักรวาล

กฎของฮับเบิลยังแสดงให้เห็นชัดเจนว่าจักรวาลกำลังขยายตัวในทุกทิศทางอย่างเท่าเทียมกัน ไม่ว่าจุดใดในอวกาศที่ผู้สังเกตจะไม่อยู่ ถ้าเขามองไปรอบๆ ตัวเขา เขาจะสังเกตเห็นว่าวัตถุทั้งหมดรอบตัวเขาเคลื่อนตัวออกห่างจากเขาเท่าๆ กัน ข้อเท็จจริงนี้สามารถแสดงออกได้อย่างประสบความสำเร็จมากที่สุดโดยคำพูดของนักปรัชญา Nicholas of Cusa ซึ่งย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 15 กล่าวว่า: "จุดใดจุดหนึ่งเป็นศูนย์กลางของจักรวาลที่ไม่มีที่สิ้นสุด"

ด้วยความช่วยเหลือของกฎของฮับเบิล นักดาราศาสตร์สมัยใหม่สามารถคำนวณตำแหน่งของดาราจักรและกระจุกดาราจักรในอนาคตด้วยความน่าจะเป็นในระดับสูง ในทำนองเดียวกัน สามารถใช้ในการคำนวณตำแหน่งโดยประมาณของวัตถุใดๆ ในอวกาศหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง

1. ส่วนกลับของค่าคงที่ฮับเบิลอยู่ที่ประมาณ 13.78 พันล้านปี ค่านี้บ่งชี้ว่าเวลาผ่านไปนานเท่าใดตั้งแต่เริ่มต้นการขยายตัวของจักรวาล ดังนั้นจึงค่อนข้างจะบ่งบอกถึงอายุของมัน
2. ส่วนใหญ่มักจะใช้กฎฮับเบิลเพื่อกำหนดระยะทางที่แน่นอนไปยังวัตถุในอวกาศ

3. กฎของฮับเบิลกำหนดระยะทางจากเราไปยังกาแลคซีไกลโพ้น สำหรับกาแล็กซีที่อยู่ใกล้เราที่สุด ผลกระทบของมันไม่เด่นชัดนัก เนื่องจากกาแลคซีเหล่านี้ นอกจากความเร็วที่เกี่ยวข้องกับการขยายตัวของจักรวาลแล้ว ยังมีความเร็วในตัวเองอีกด้วย ในเรื่องนี้พวกเขาทั้งสองสามารถย้ายออกจากเราและเข้าหาเราได้ แต่โดยทั่วไป กฎของฮับเบิลเกี่ยวข้องกับวัตถุอวกาศทั้งหมดในจักรวาล

นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ในอดีต I. Newton และ A. Einstein มองว่าจักรวาลนั้นหยุดนิ่ง นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต A. Fridman ในปี 1924 ได้คิดค้นทฤษฎีของกาแล็กซีที่ "ถอย" ฟรีดแมนทำนายการขยายตัวของจักรวาล นี่เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการนำเสนอโลกของเรา

นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เอ็ดวิน ฮับเบิล สำรวจเนบิวลาแอนโดรเมดา เมื่อถึงปี 1923 เขาสามารถพิจารณาได้ว่าบริเวณรอบนอกของมันเป็นกระจุกดาวแต่ละดวง ฮับเบิลคำนวณระยะทางไปยังเนบิวลา ปรากฎว่า 900,000 ปีแสง (ระยะทางที่คำนวณได้แม่นยำกว่าในปัจจุบันคือ 2.3 ล้านปีแสง) นั่นคือเนบิวลาตั้งอยู่ไกลเกินกว่าทางช้างเผือก - กาแล็กซีของเรา หลังจากสังเกตสิ่งนี้และเนบิวลาอื่นๆ ฮับเบิลก็ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล

จักรวาลประกอบด้วยกลุ่มดาวกระจุกดาวขนาดใหญ่ - กาแล็กซี่.

พวกเขาคือผู้ที่ปรากฏแก่เราบนท้องฟ้าว่าเป็น "เมฆ" ที่มีหมอกอยู่ห่างไกลเนื่องจากเราไม่สามารถพิจารณาดวงดาวแต่ละดวงในระยะไกลได้

อี. ฮับเบิลสังเกตเห็นแง่มุมที่สำคัญในข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งนักดาราศาสตร์เคยสังเกตมาก่อน แต่พบว่าเป็นการยากที่จะตีความ กล่าวคือ ความยาวที่สังเกตได้ของคลื่นแสงสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลนั้นค่อนข้างยาวกว่าความยาวของคลื่นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกันภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการภาคพื้นดิน นั่นคือ ในสเปกตรัมการแผ่รังสีของกาแลคซีข้างเคียง ควอนตัมแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมในระหว่างการกระโดดของอิเล็กตรอนจากวงโคจรไปยังวงโคจรจะถูกเปลี่ยนความถี่ไปในทิศทางของส่วนสีแดงของสเปกตรัมเมื่อเทียบกับควอนตัมที่คล้ายกันที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกัน บนโลก. ฮับเบิลใช้ตัวเขาเองตีความข้อสังเกตนี้ว่าเป็นปรากฏการณ์ของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์

ดาราจักรข้างเคียงที่สังเกตได้ทั้งหมดกำลังเคลื่อนตัวออกจากโลก เนื่องจากวัตถุทางช้างเผือกเกือบทั้งหมดนอกทางช้างเผือกมีการเลื่อนสเปกตรัมสีแดงตามสัดส่วนกับความเร็วในการกำจัด

ที่สำคัญที่สุด ฮับเบิลสามารถเปรียบเทียบผลการวัดระยะทางของเขากับกาแลคซีใกล้เคียงด้วยการวัดอัตราการขจัดของพวกมัน (โดยการเปลี่ยนสีแดง)

ในทางคณิตศาสตร์ กฎหมายมีการกำหนดอย่างง่าย ๆ :

โดยที่ v คือความเร็วของดาราจักรที่เคลื่อนที่ออกจากเรา

r คือระยะห่างจากมัน

H คือค่าคงที่ฮับเบิล

และแม้ว่าในตอนแรกฮับเบิลมาถึงกฎนี้เนื่องจากการสังเกตกาแลคซีเพียงไม่กี่แห่งที่อยู่ใกล้เราที่สุด แต่ก็ไม่ใช่หนึ่งในกาแลคซีใหม่ ๆ ของจักรวาลที่มองเห็นได้ซึ่งค้นพบตั้งแต่นั้นมาซึ่งห่างไกลจากทางช้างเผือกมากขึ้นเรื่อย ๆ ก็ไม่หลุดออกมา ของกฎหมายนี้

ดังนั้น ผลที่ตามมาของกฎของฮับเบิล:

จักรวาลกำลังขยายตัว

โครงสร้างของพื้นที่โลกกำลังขยายตัว ผู้สังเกตการณ์ทุกคน (และเราก็ไม่มีข้อยกเว้น) ถือว่าตนเองเป็นศูนย์กลางของจักรวาล

4. ทฤษฎีบิ๊กแบง

จากข้อเท็จจริงในการทดลองเรื่องการถดถอยของดาราจักร ประมาณอายุของจักรวาล มันกลับกลายเป็นว่าเท่าเทียมกัน - ประมาณ 15 พันล้านปี! ดังนั้นยุคจักรวาลวิทยาสมัยใหม่จึงเริ่มต้นขึ้น

โดยธรรมชาติแล้ว คำถามก็เกิดขึ้น: เกิดอะไรขึ้นในตอนแรก? โดยรวมแล้ว นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาประมาณ 20 ปีกว่าจะพลิกความคิดเกี่ยวกับจักรวาลได้อย่างสมบูรณ์อีกครั้ง

คำตอบถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ยอดเยี่ยม G. Gamow (1904 - 1968) ในยุค 40 ประวัติศาสตร์โลกของเราเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบง นี่คือสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ส่วนใหญ่คิดในทุกวันนี้

บิ๊กแบงเป็นการลดลงอย่างรวดเร็วของความหนาแน่น อุณหภูมิ และความดันมหาศาลในช่วงเริ่มต้นของสสารที่กระจุกตัวอยู่ในปริมาตรที่น้อยมากของจักรวาล สสารทั้งหมดของเอกภพถูกบีบอัดให้เป็นก้อนมวลหนาของโปรโตแมทเทอร์ ซึ่งบรรจุอยู่ในปริมาตรที่น้อยมากเมื่อเทียบกับมาตราส่วนปัจจุบันของจักรวาล

แนวคิดของจักรวาลซึ่งเกิดจากก้อนมวลมหาศาลของสสารร้อนยิ่งยวดและขยายตัวและเย็นลงตั้งแต่นั้นมา เรียกว่าทฤษฎีบิ๊กแบง

ปัจจุบันไม่มีแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ประสบความสำเร็จในการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาลอีกต่อไป

ตามทฤษฎีบิกแบง เอกภพยุคแรกประกอบด้วยโฟตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นอย่างต่อเนื่อง เมื่อเอกภพขยายตัว จักรวาลก็เย็นตัวลง และในบางช่วง อิเล็กตรอนเริ่มรวมตัวกับนิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียม และสร้างอะตอม สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 3000 K และอายุโดยประมาณของจักรวาลคือ 400,000 ปี นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โฟตอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในอวกาศ โดยแทบไม่ต้องทำปฏิกิริยากับสสาร แต่เราเหลือ "พยาน" ในยุคนั้น - เหล่านี้เป็นโฟตอนที่ระลึก เป็นที่เชื่อกันว่ารังสีที่ระลึกได้รับการเก็บรักษาไว้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้นของการดำรงอยู่ของจักรวาลและเติมเต็มอย่างสม่ำเสมอ จากการระบายความร้อนของรังสีเพิ่มเติม อุณหภูมิของมันลดลงและขณะนี้อยู่ที่ประมาณ 3 K

การมีอยู่ของ CMB ถูกคาดการณ์ในทางทฤษฎีภายใต้กรอบของทฤษฎีบิ๊กแบง ถือได้ว่าเป็นหนึ่งในการยืนยันหลักของทฤษฎีบิ๊กแบง

ความเร็วที่ชัดเจนของกาแล็กซีที่เคลื่อนออกจากเรานั้นแปรผันตรงกับระยะทางของมัน

กลับมาจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง Edwin Hubble ได้งานที่ Mount Wilson ซึ่งเป็นหอดูดาวดาราศาสตร์บนที่สูงในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ซึ่งในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีอุปกรณ์ที่ดีที่สุดในโลก ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงรุ่นใหม่ล่าสุดซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจกหลัก 2.5 ม. เขาได้ทำการตรวจวัดแบบแปลกๆ ซึ่งเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลไปตลอดกาล

อันที่จริง ฮับเบิลเริ่มสำรวจปัญหาทางดาราศาสตร์ที่มีมายาวนานปัญหาหนึ่ง นั่นคือ ธรรมชาติของเนบิวลา วัตถุลึกลับเหล่านี้เริ่มตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 ทำให้นักวิทยาศาสตร์กังวลเรื่องความลึกลับของต้นกำเนิด จนถึงศตวรรษที่ 20 เนบิวลาเหล่านี้บางส่วนได้ให้กำเนิดดวงดาวและสลายตัวไป แต่เมฆส่วนใหญ่ยังคงคลุมเครืออยู่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยธรรมชาติของพวกมัน ที่นี่นักวิทยาศาสตร์ถามคำถาม: อันที่จริงการก่อตัวที่คลุมเครือเหล่านี้อยู่ที่ไหนในกาแลคซีของเรา? หรือบางส่วนของพวกเขาเป็นตัวแทนของ "เกาะแห่งจักรวาล" อื่น ๆ เพื่อใช้ภาษาที่ซับซ้อนของยุคนั้นหรือไม่? ก่อนเริ่มใช้งานกล้องโทรทรรศน์ Mount Wilson ในปี 1917 คำถามนี้เป็นคำถามเชิงทฤษฎีล้วนๆ เนื่องจากไม่มีวิธีการทางเทคนิคในการวัดระยะทางไปยังเนบิวลาเหล่านี้

ฮับเบิลเริ่มการวิจัยกับเนบิวลาแอนโดรเมดาซึ่งอาจเป็นที่นิยมมากที่สุดตั้งแต่โบราณกาล เมื่อถึงปี พ.ศ. 2466 เขาสามารถเห็นได้ว่าบริเวณรอบนอกของเนบิวลานี้เป็นกระจุกดาวฤกษ์แต่ละดวง ซึ่งบางดวงอยู่ในชั้นเดียวกัน ตัวแปรเซเฟิด(ตามการจำแนกทางดาราศาสตร์) การสังเกตตัวแปร Cepheid เป็นเวลานานพอสมควร นักดาราศาสตร์จะวัดระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างของมัน จากนั้นจึงกำหนดปริมาณของแสงที่ปล่อยออกมาจากการพึ่งพาความส่องสว่างตามช่วงเวลา

เพื่อให้เข้าใจถึงขั้นตอนต่อไปได้ดีขึ้น ลองใช้การเปรียบเทียบ ลองนึกภาพว่าคุณกำลังยืนอยู่ในคืนที่มืดมิด และจากนั้นก็มีคนเปิดตะเกียงไฟฟ้าในระยะไกล เนื่องจากคุณมองไม่เห็นสิ่งใดรอบๆ ตัวคุณยกเว้นหลอดไฟที่อยู่ห่างไกลนี้ แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่คุณจะกำหนดระยะห่างจากหลอดไฟ บางทีมันอาจจะสว่างมากและส่องแสงอยู่ไกลๆ หรือบางทีมันอาจจะสลัวและเรืองแสงอยู่ใกล้ๆ จะกำหนดได้อย่างไร? ลองนึกภาพว่าคุณพยายามค้นหาพลังของหลอดไฟ - พูด 60, 100 หรือ 150 วัตต์ งานจะง่ายขึ้นในทันที เนื่องจากความส่องสว่างที่ชัดเจนทำให้คุณสามารถประมาณระยะห่างทางเรขาคณิตโดยประมาณได้แล้ว ดังนั้น เมื่อวัดระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างของ Cepheid นักดาราศาสตร์ก็อยู่ในสถานการณ์เดียวกันกับคุณ โดยจะคำนวณระยะทางไปยังหลอดไฟที่อยู่ไกลออกไป โดยทราบความส่องสว่าง (กำลังการแผ่รังสี) ของหลอดไฟ

สิ่งแรกที่ฮับเบิลทำคือการคำนวณระยะทางไปยังเซเฟอิดส์ในเขตชานเมืองของเนบิวลาแอนโดรเมดา และเช่นเดียวกับเนบิวลาเอง: 900,000 ปีแสง (ระยะทางที่คำนวณได้แม่นยำยิ่งขึ้นไปยังดาราจักรแอนโดรเมดาตามที่เรียกกันในปัจจุบันคือ 2.3 ล้านปีแสง บันทึก. ผู้เขียน) - นั่นคือเนบิวลาตั้งอยู่ไกลเกินกว่าทางช้างเผือก - กาแลคซีของเรา หลังจากสังเกตสิ่งนี้และเนบิวลาอื่นๆ ฮับเบิลก็ได้ข้อสรุปพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล: ประกอบด้วยกลุ่มดาวกระจุกดาวขนาดใหญ่ - กาแล็กซี่. พวกเขาคือผู้ที่ปรากฏแก่เราบนท้องฟ้าว่าเป็น "เมฆ" ที่มีหมอกอยู่ห่างไกลเนื่องจากเราไม่สามารถพิจารณาดวงดาวแต่ละดวงในระยะไกลได้ อันที่จริงการค้นพบนี้เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้วสำหรับฮับเบิลสำหรับการยอมรับทั่วโลกเกี่ยวกับข้อดีของเขาในด้านวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้จำกัดตัวเองในเรื่องนี้และสังเกตเห็นแง่มุมที่สำคัญอีกประการหนึ่งในข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งนักดาราศาสตร์เคยสังเกตมาก่อน แต่พบว่าเป็นการยากที่จะตีความ กล่าวคือ ความยาวที่สังเกตได้ของคลื่นแสงสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลนั้นค่อนข้างต่ำกว่าความยาวของคลื่นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกันภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการภาคพื้นดิน นั่นคือ ในสเปกตรัมการแผ่รังสีของกาแลคซีข้างเคียง ควอนตัมแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมในระหว่างการกระโดดของอิเล็กตรอนจากวงโคจรไปยังวงโคจรจะถูกเปลี่ยนความถี่ไปในทิศทางของส่วนสีแดงของสเปกตรัมเมื่อเทียบกับควอนตัมที่คล้ายกันที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเดียวกัน บนโลก. ฮับเบิลใช้ตัวเขาเองตีความข้อสังเกตนี้ว่าเป็นปรากฏการณ์ของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ หมายความว่าทุกดาราจักรข้างเคียงสังเกตกาแล็กซีใกล้เคียง ถูกลบออกจากโลก เนื่องจากวัตถุทางช้างเผือกเกือบทั้งหมดที่อยู่นอกทางช้างเผือกมีความแม่นยำ สีแดงการเลื่อนสเปกตรัมตามสัดส่วนกับอัตราการกำจัด

ที่สำคัญที่สุด ฮับเบิลสามารถเปรียบเทียบผลการวัดระยะทางของเขากับกาแลคซีใกล้เคียง (จากการสังเกตตัวแปรเซเฟิด) กับการวัดอัตราการขจัดของพวกมัน (จากการเปลี่ยนสีแดง) และฮับเบิลพบว่ายิ่งกาแล็กซีอยู่ห่างจากเรามากเท่าไหร่ กาแล็กซีก็จะยิ่งเคลื่อนตัวออกไปเร็วขึ้นเท่านั้น ปรากฏการณ์ "ถอยกลับ" สู่ศูนย์กลางของเอกภพที่มองเห็นได้ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นขณะเคลื่อนที่ออกจากจุดสังเกตในท้องที่นี้เรียกว่ากฎของฮับเบิล ทางคณิตศาสตร์มีการกำหนดอย่างง่าย ๆ :

ที่ไหน วีคือความเร็วที่กาแล็กซีเคลื่อนห่างจากเรา rคือระยะห่างจากมันและ ชม- ที่เรียกว่า ค่าคงที่ฮับเบิล. ตัวหลังถูกกำหนดโดยการทดลองและปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 70 กม./(s·Mpc) (กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก; 1 Mpc มีค่าประมาณ 3.3 ล้านปีแสง) และนี่หมายความว่ากาแลคซีที่อยู่ห่างจากเรา 10 เมกะพาร์เซกวิ่งหนีจากเราด้วยความเร็ว 700 กม./วินาที กาแลคซี่ที่ระยะทาง 100 Mpc ที่ความเร็ว 7000 กม./วินาที เป็นต้น และถึงแม้ว่าในตอนแรก ฮับเบิลมาถึงกฎนี้เนื่องจากการสังเกตกาแลคซีเพียงไม่กี่แห่งที่อยู่ใกล้เราที่สุด ไม่ใช่ดาราจักรใหม่แห่งจักรวาลที่มองเห็นได้ซึ่งค้นพบตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ซึ่งอยู่ห่างจากทางช้างเผือกมากขึ้นเรื่อยๆ ก็ไม่ตกอยู่ใต้กฎข้อนี้

ดังนั้นหลักและ - ดูเหมือนว่า - ผลที่ตามมาอย่างไม่น่าเชื่อของกฎหมายฮับเบิล: จักรวาลกำลังขยายตัว! ภาพนี้ดูเหมือนจะชัดเจนที่สุดสำหรับฉัน: กาแลคซีเป็นลูกเกดในแป้งยีสต์ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ลองนึกภาพตัวเองว่าเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กบนลูกเกด แป้งที่ดูเหมือนโปร่งใส แล้วคุณจะเห็นอะไร เมื่อแป้งขึ้น ลูกเกดอื่นๆ จะเคลื่อนตัวออกห่างจากคุณ และยิ่งลูกเกดอยู่ไกลเท่าไร ลูกเกดก็จะยิ่งเคลื่อนตัวออกห่างจากคุณเร็วขึ้น (เพราะมีแป้งขยายตัวระหว่างคุณกับลูกเกดที่อยู่ห่างไกลมากกว่าระหว่างคุณกับลูกเกดที่อยู่ใกล้ที่สุด) ในเวลาเดียวกัน ดูเหมือนว่าคุณคือผู้ที่อยู่ในใจกลางของการทดสอบสากลที่กำลังขยายตัว และไม่มีอะไรแปลกในเรื่องนี้ - ถ้าคุณอยู่ในลูกเกดอื่น ทุกสิ่งทุกอย่างก็จะปรากฏแก่คุณเหมือนกันทุกประการ ทาง. ดังนั้น กาแล็กซีจึงกระจัดกระจายด้วยเหตุผลง่ายๆ ประการหนึ่ง นั่นคือ โครงสร้างของอวกาศโลกกำลังขยายตัว ผู้สังเกตการณ์ทุกคน (และเราก็ไม่มีข้อยกเว้น) ถือว่าตนเองเป็นศูนย์กลางของจักรวาล นี่เป็นสูตรที่ดีที่สุดโดยนักคิดแห่งศตวรรษที่ 15 Nicholas of Cusa: "จุดใดก็ตามที่เป็นศูนย์กลางของจักรวาลที่ไม่มีที่สิ้นสุด"

อย่างไรก็ตาม กฎของฮับเบิลยังบอกเราอย่างอื่นเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาลด้วย และ "บางสิ่ง" นี้เป็นสิ่งที่ไม่ธรรมดา จักรวาลมีจุดเริ่มต้นในเวลา และนี่เป็นข้อสรุปที่ง่ายมาก: ก็เพียงพอแล้วที่จะ "เลื่อนกลับ" ภาพเคลื่อนไหวตามเงื่อนไขของการขยายตัวของจักรวาลที่เราสังเกต - และเราจะไปถึงจุดที่เรื่องทั้งหมดของจักรวาลถูกบีบอัดเป็น ก้อนมวลสารโปรโตแมทเทอร์หนาแน่น ล้อมรอบด้วยปริมาตรที่น้อยมากเมื่อเทียบกับขนาดปัจจุบันของจักรวาล แนวคิดของจักรวาลซึ่งเกิดจากก้อนมวลมหาศาลของสสารที่ร้อนยิ่งยวดและขยายตัวและเย็นลงตั้งแต่นั้นมา เรียกว่าทฤษฎีบิ๊กแบง และไม่มีแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ประสบความสำเร็จอีกเลยของการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล วันนี้. กฎของฮับเบิลยังช่วยในการประมาณอายุของจักรวาลด้วย (แน่นอนว่าเรียบง่ายและใกล้เคียงมาก) สมมุติว่าดาราจักรทั้งหมดตั้งแต่แรกเริ่มเคลื่อนตัวออกห่างจากเราด้วยความเร็วเท่ากัน วีที่เราเห็นกันอยู่ทุกวันนี้ ปล่อยให้เป็น t- เวลาที่ผ่านไปตั้งแต่เริ่มขยาย นี่จะเป็นยุคของจักรวาลและถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

วี x t = ร,หรือ t=r/วี

แต่มันเป็นไปตามกฎของฮับเบิลว่า

r/วี = 1/ชม

ที่ไหน ชมคือค่าคงที่ฮับเบิล ซึ่งหมายความว่าโดยการวัดความเร็วการถอยของดาราจักรชั้นนอกและการกำหนดจากการทดลอง ชมด้วยเหตุนี้ เราจึงได้ค่าประมาณของเวลาที่ดาราจักรแยกจากกัน นี่คือเวลาโดยประมาณของการดำรงอยู่ของจักรวาล พยายามจำไว้ว่า: การประมาณการล่าสุดคือจักรวาลของเรามีอายุประมาณ 15 พันล้านปี ให้หรือใช้เวลาสองสามพันล้านปี (สำหรับการเปรียบเทียบ อายุของโลกอยู่ที่ประมาณ 4.5 พันล้านปี และชีวิตบนโลกเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน)

ดูสิ่งนี้ด้วย:

เอ็ดวิน พาวเวลล์ ฮับเบิล 2432-2496

นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เกิดในมาร์ชฟิลด์ (มิสซูรี สหรัฐอเมริกา) เติบโตในวีตัน (อิลลินอยส์) ตอนนั้นไม่ใช่มหาวิทยาลัย แต่เป็นย่านอุตสาหกรรมชานเมืองชิคาโก เขาสำเร็จการศึกษาด้วยเกียรตินิยมจากมหาวิทยาลัยชิคาโก (ซึ่งเขาประสบความสำเร็จในด้านกีฬาด้วย) ในขณะที่ยังเรียนอยู่ในวิทยาลัย เขาทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการของ Robert Milliken ผู้ได้รับรางวัลโนเบล (ดู Millikan's Experience) และในช่วงวันหยุดฤดูร้อนในฐานะนักสำรวจด้านการก่อสร้างทางรถไฟ ต่อจากนั้น ฮับเบิลชอบที่จะระลึกว่า ร่วมกับคนงานอีกคนหนึ่ง พวกเขาตกอยู่หลังรถไฟขบวนสุดท้ายที่นำทีมสำรวจของพวกเขากลับไปสู่ประโยชน์ของอารยธรรมได้อย่างไร พวกเขาเดินเตร่อยู่ในป่าเป็นเวลาสามวันก่อนที่จะถึงพื้นที่ที่มีประชากร พวกเขาไม่มีเสบียงใด ๆ กับพวกเขา แต่ตามที่ฮับเบิลบอกกับตัวเองว่า "คุณสามารถฆ่าเม่นหรือนกได้ แต่ทำไม? สิ่งสำคัญคือมีน้ำอยู่รอบ ๆ เพียงพอ

หลังจากได้รับปริญญาตรีในปี พ.ศ. 2453 ฮับเบิลก็ไปอ็อกซ์ฟอร์ดด้วยทุนการศึกษาจากโรดส์ ที่นั่นเขาเริ่มศึกษากฎหมายโรมันและอังกฤษ แต่ในคำพูดของเขาเอง "แลกเปลี่ยนกฎหมายเพื่อดาราศาสตร์" และกลับไปชิคาโก ซึ่งเขาเริ่มเตรียมการป้องกันวิทยานิพนธ์ของเขา นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการสังเกตส่วนใหญ่ที่ฐานของหอดูดาว Yerkes ซึ่งตั้งอยู่ทางเหนือของชิคาโก George Ellery Hale (George Ellery Hale, 2411-2481) สังเกตเห็นเขาที่นั่น และในปี 1917 เขาได้เชิญชายหนุ่มไปที่หอดูดาว Mount Wilson แห่งใหม่

อย่างไรก็ตามที่นี่มีเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์เข้ามาแทรกแซง สหรัฐอเมริกาเข้าสู่สงครามโลกครั้งที่ 1 และฮับเบิลทำวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกเสร็จในชั่วข้ามคืน D. ปกป้องเธอในเช้าวันรุ่งขึ้น - และอาสาเข้ากองทัพทันที เฮล ผู้บังคับบัญชาของเขาได้รับโทรเลขจากฮับเบิลที่อ่านว่า “ฉันเสียใจที่ต้องปฏิเสธคำเชิญให้ทำเครื่องหมายคำแก้ต่าง ไปทำสงคราม" หน่วยอาสาสมัครมาถึงฝรั่งเศสเมื่อสิ้นสุดสงครามและไม่ได้มีส่วนร่วมในการสู้รบ แต่ฮับเบิลได้รับบาดแผลจากกระสุนปืนจรจัด เมื่อถูกปลดประจำการในฤดูร้อนปี 1919 นักวิทยาศาสตร์ได้กลับไปที่หอดูดาว Mount Wilson ในแคลิฟอร์เนียทันที ซึ่งในไม่ช้าเขาก็ค้นพบว่าจักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีที่กำลังขยายตัว ซึ่งเรียกว่ากฎของฮับเบิล

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ฮับเบิลยังคงศึกษาโลกอย่างแข็งขันต่อไปนอกเหนือจากทางช้างเผือก ซึ่งในไม่ช้าเขาก็ได้รับการยอมรับไม่เพียงแต่ในแวดวงวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในหมู่ประชาชนทั่วไปด้วย เขาชอบความรุ่งโรจน์นี้ และในภาพถ่ายในช่วงหลายปีที่ผ่านมานั้น นักวิทยาศาสตร์มักจะเห็นนักวิทยาศาสตร์กำลังโพสท่าร่วมกับดาราภาพยนตร์ชื่อดังในยุคนั้น

หนังสือวิทยาศาสตร์ยอดนิยมของฮับเบิล "The Realm of the Nebulae" (ดินแดนแห่งเนบิวล่า)ซึ่งเปิดตัวในปี พ.ศ. 2479 ได้เพิ่มความนิยมให้กับนักวิทยาศาสตร์ เพื่อความเป็นธรรม ควรสังเกตว่าในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง นักวิทยาศาสตร์ได้ละทิ้งการวิจัยทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของเขาและทำงานอย่างตรงไปตรงมาในการประยุกต์ใช้ขีปนาวุธในฐานะประธานเจ้าหน้าที่บริหารของไซต์ทดสอบด้วยอุโมงค์ลมเหนือเสียงในอเบอร์ดีน (แมริแลนด์) หลังจากนั้นเขากลับมา จนถึงสิ้นยุคของเขาทำหน้าที่เป็นประธานสภาวิทยาศาสตร์ร่วมของหอดูดาว Mount Wilson และหอดูดาว Palomar จนถึงสิ้นวันของเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาเป็นเจ้าของแนวคิดในการขับขี่และการพัฒนาทางเทคนิคของการออกแบบพื้นฐานของกล้องโทรทรรศน์ Hale ที่มีชื่อเสียงขนาดสองร้อยนิ้ว (ห้าเมตร) ซึ่งได้รับหน้าที่ในปี 1949 บนพื้นฐานของหอดูดาว Palomar กล้องโทรทรรศน์นี้จนถึงทุกวันนี้ยังคงเป็นจุดสุดยอดของการวัดทางดาราศาสตร์ที่รวมอยู่ในวัสดุ และอาจเป็นเรื่องที่ยุติธรรมที่ฮับเบิลเป็นผู้จัดการ - นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สมัยใหม่คนแรก - เพื่อมองเข้าไปในส่วนลึกของจักรวาลผ่านเลนส์ใกล้ตาของเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมนี้

นอกเหนือจากดาราศาสตร์แล้ว Edwin Hubble มักเป็นคนที่มีความสนใจในวงกว้างอย่างมีเอกลักษณ์ ดังนั้นในปี 1938 เขาจึงได้รับเลือกให้เป็นคณะกรรมการมูลนิธิ Southern California Huntington Library and Art Gallery (ลอสแองเจลิส สหรัฐอเมริกา) นักวิทยาศาสตร์ได้บริจาคหนังสือโบราณเกี่ยวกับประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของเขาให้กับห้องสมุดแห่งนี้ นันทนาการประเภทโปรดของฮับเบิลคือการตกปลาหมุน - เขาประสบความสำเร็จในเรื่องนี้เช่นกันและบันทึกของเขาจับในลำธารบนภูเขาของเทือกเขาร็อกกี (สหรัฐอเมริกา) และบนแม่น้ำทดสอบ (อังกฤษ) ยังถือว่าไม่มีใครเทียบ ... Edwin Hubble เสียชีวิตกะทันหัน เมื่อวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2496 อันเนื่องมาจากภาวะเลือดออกในสมอง

“ในปี ค.ศ. 1744 นักดาราศาสตร์ชาวสวิสชื่อเดอ เชโซ และในปี ค.ศ. 1826 โอลเบอร์สได้กำหนดความขัดแย้งดังต่อไปนี้” ที. เรจจ์เขียนไว้ในหนังสือของเขา “ซึ่งนำไปสู่วิกฤตของแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ไร้เดียงสาในขณะนั้น ลองนึกภาพว่าพื้นที่รอบโลกนั้นไม่มีที่สิ้นสุด เป็นนิรันดร์ และไม่เปลี่ยนแปลง และเต็มไปด้วยดวงดาวอย่างเท่าเทียมกัน และความหนาแน่นของพวกมันอยู่ที่ค่าเฉลี่ยคงที่ การใช้การคำนวณอย่างง่าย Szezo และ Olbers แสดงให้เห็นว่าจำนวนแสงทั้งหมดที่ดวงดาวส่งมายังโลกจะต้องไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนไม่เป็นสีดำ แต่ให้พูดง่ายๆ ว่าเต็มไปด้วยแสง เพื่อขจัดความขัดแย้ง พวกเขาแนะนำการมีอยู่ของเนบิวลาทึบแสงขนาดมหึมาที่ล่องลอยอยู่ในอวกาศ บดบังดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลที่สุด ในความเป็นจริง เป็นไปไม่ได้ที่จะออกจากสถานการณ์ในลักษณะนี้: โดยการดูดซับแสงจากดวงดาว เนบิวลาจะร้อนขึ้นโดยไม่ตั้งใจและปล่อยแสงออกมาในลักษณะเดียวกับดวงดาว

ดังนั้น หากหลักการจักรวาลวิทยาเป็นจริง เราก็ไม่สามารถยอมรับแนวคิดของอริสโตเติลเกี่ยวกับจักรวาลนิรันดร์และไม่เปลี่ยนแปลงได้ ในกรณีของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ธรรมชาติดูเหมือนจะชอบความสมมาตรในการพัฒนามากกว่าความสมบูรณ์แบบในจินตนาการของอริสโตเติล

อย่างไรก็ตาม การระเบิดที่รุนแรงที่สุดต่อความขัดขืนไม่ได้ของจักรวาลไม่ได้เกิดขึ้นโดยทฤษฎีวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ แต่เป็นผลจากการวัดความเร็วของดาราจักรที่ถอยกลับของดาราจักรที่ได้รับโดย Edwin Hubble นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันผู้ยิ่งใหญ่

ฮับเบิล (2432-2496) เกิดในเมืองเล็กๆ ของมาร์ชฟิลด์ รัฐมิสซูรี ให้กับจอห์น พาวเวลล์ ฮับเบิล ตัวแทนประกันภัย และเวอร์จิเนีย ลี เจมส์ ภรรยาของเขา เอ็ดวินเริ่มสนใจดาราศาสตร์ตั้งแต่อายุยังน้อย อาจอยู่ภายใต้อิทธิพลของปู่ของเขา ผู้สร้างกล้องดูดาวขนาดเล็กขึ้นมาเอง

เอ็ดวินจบการศึกษาจากโรงเรียนมัธยมในปี 2449 ตอนอายุสิบหก ฮับเบิลเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ซึ่งเป็นหนึ่งในสิบอันดับแรกของสถาบันการศึกษาที่ดีที่สุดในสหรัฐอเมริกา นักดาราศาสตร์ F.R. Multon ผู้เขียนทฤษฎีที่รู้จักกันดีเกี่ยวกับการกำเนิดระบบสุริยะ เขามีอิทธิพลอย่างมากต่อการเลือกฮับเบิลเพิ่มเติม

หลังจบการศึกษาจากมหาวิทยาลัย ฮับเบิลได้รับทุนการศึกษาจากโรดส์และไปอังกฤษเป็นเวลาสามปีเพื่อศึกษาต่อ อย่างไรก็ตาม แทนที่จะเรียนวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เขาต้องเรียนกฎหมายที่เคมบริดจ์

ในฤดูร้อนปี 2456 เอ็ดวินกลับบ้านเกิด แต่เขาไม่เคยเป็นทนายความ ฮับเบิลมุ่งมั่นเพื่อวิทยาศาสตร์และกลับมาที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ที่หอดูดาวเยอร์กส์ ภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์ฟรอสต์ เขาได้เตรียมวิทยานิพนธ์สำหรับปริญญาเอก งานของเขาเป็นการศึกษาทางสถิติของเนบิวลาก้นหอยจางๆ ในหลายส่วนของท้องฟ้า และไม่ใช่งานต้นฉบับโดยเฉพาะ แต่ถึงกระนั้น ฮับเบิลยังให้ความเห็นว่า "เกลียวเป็นระบบดาวในระยะทางที่มักวัดเป็นล้านปีแสง"

ในเวลานั้น เหตุการณ์สำคัญทางดาราศาสตร์กำลังใกล้เข้ามา - หอดูดาว Mount Wilson ซึ่งนำโดยผู้จัดงานที่มีชื่อเสียงของ D.E. เฮล กำลังเตรียมส่งกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุด - รีเฟล็กเตอร์ขนาด 100 นิ้ว (250 ซม. - ประมาณ อัตโนมัติ) ท่ามกลางคนอื่นๆ ฮับเบิลได้รับเชิญให้ทำงานที่หอดูดาว อย่างไรก็ตาม ในฤดูใบไม้ผลิปี 1917 เมื่อเขาทำวิทยานิพนธ์เสร็จ สหรัฐอเมริกาก็เข้าสู่สงครามโลกครั้งที่หนึ่ง นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ปฏิเสธคำเชิญและอาสาเข้ากองทัพ ในฐานะส่วนหนึ่งของกองกำลังสำรวจของอเมริกา เมเจอร์ฮับเบิลได้ลงเอยที่ยุโรปในฤดูใบไม้ร่วงปี 2461 ไม่นานก่อนสิ้นสุดสงคราม และไม่มีเวลาเข้าร่วมในการสู้รบ ในฤดูร้อนปี 1919 ฮับเบิลปลดประจำการและรีบไปที่พาซาดีนาเพื่อตอบรับคำเชิญของเฮล

ที่หอดูดาว ฮับเบิลเริ่มศึกษาเนบิวลา โดยมุ่งความสนใจไปที่วัตถุที่มองเห็นได้ในแถบทางช้างเผือกก่อน

ในกวีนิพนธ์ "Book of Primary Sources on Astronomy and Astrophysics, 1900-1975" โดย K. Lang และ O. Gingerich (USA) ซึ่งทำซ้ำงานวิจัยที่โดดเด่นที่สุดในช่วงสามในสี่ของศตวรรษที่ 20 มีการวางผลงานฮับเบิลสามชิ้นและ ประการแรกคืองานเกี่ยวกับการจำแนกเนบิวลานอกดาราจักร อีกสองข้อเกี่ยวข้องกับการก่อตั้งธรรมชาติของเนบิวลาเหล่านี้และการค้นพบกฎการเลื่อนแดง

ในปี 1923 ฮับเบิลเริ่มสังเกตเนบิวลาในกลุ่มดาวแอนโดรเมดาด้วยแผ่นสะท้อนแสงขนาด 60 และ 100 นิ้ว นักวิทยาศาสตร์สรุปว่า Andromeda Nebula ขนาดใหญ่นั้นแท้จริงแล้วคือระบบดาวอีกดวงหนึ่ง ฮับเบิลได้รับผลลัพธ์เดียวกันสำหรับเนบิวลา MOS 6822 และเนบิวลาสามเหลี่ยม

แม้ว่านักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งจะทราบการค้นพบของฮับเบิลในไม่ช้า แต่การประกาศอย่างเป็นทางการเกิดขึ้นในวันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2468 เท่านั้น เมื่อจี. เรสเซลอ่านรายงานของฮับเบิลในการประชุมของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน นักดาราศาสตร์ชื่อดัง ดี. สเต็บบินส์ เขียนว่ารายงานของฮับเบิล "ขยายปริมาตรของโลกวัตถุเป็นร้อยเท่า และแก้ไขข้อขัดแย้งอันยาวนานเกี่ยวกับธรรมชาติของก้นหอยได้อย่างแน่นอน โดยพิสูจน์ว่าสิ่งเหล่านี้คือกลุ่มดาวขนาดมหึมา เกือบจะเทียบได้กับกาแล็กซีของเรา ." ตอนนี้จักรวาลปรากฏขึ้นต่อหน้านักดาราศาสตร์เป็นพื้นที่ที่เต็มไปด้วยเกาะดาว - กาแล็กซี่

การจัดตั้งธรรมชาติที่แท้จริงของเนบิวลาครั้งหนึ่งได้กำหนดตำแหน่งของฮับเบิลในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์ แต่ความสำเร็จที่โดดเด่นยิ่งกว่านั้นกลับตกอยู่ที่งานของเขา นั่นคือการค้นพบกฎเรดชิฟต์

การศึกษาสเปกตรัมของ "เนบิวลา" แบบก้นหอยและวงรีเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2455 บนพื้นฐานของการพิจารณาดังกล่าว1 ถ้าพวกมันอยู่นอกกาแลคซี่ของเราจริงๆ พวกมันจะไม่มีส่วนร่วมในการหมุนของมัน ดังนั้นความเร็วในแนวรัศมีของพวกมันจะบ่งบอกถึงการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ . คาดว่าความเร็วเหล่านี้จะอยู่ที่ 200–300 กิโลเมตรต่อวินาที กล่าวคือ จะสัมพันธ์กับความเร็วของดวงอาทิตย์รอบใจกลางดาราจักร

ในขณะเดียวกัน ด้วยข้อยกเว้นบางประการ ความเร็วในแนวรัศมีของดาราจักรกลับกลายเป็นว่าสูงกว่ามาก: วัดเป็นพัน ๆ ถึงหมื่นกิโลเมตรต่อวินาที

ในกลางเดือนมกราคม พ.ศ. 2472 ในรายงานการประชุมของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐฯ ฮับเบิลได้นำเสนอข้อความสั้นๆ เรื่อง "ในความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับความเร็วในแนวรัศมีของเนบิวลานอกดาราจักร" ในเวลานั้นฮับเบิลมีความสามารถในการจับคู่ความเร็วของกาแลคซีกับระยะทางสำหรับวัตถุ 36 ชิ้น ปรากฎว่าปริมาณทั้งสองนี้สัมพันธ์กันโดยเงื่อนไขของสัดส่วนโดยตรง: ความเร็วเท่ากับระยะทางคูณด้วยค่าคงที่ฮับเบิล

สำนวนนี้เรียกว่ากฎฮับเบิล นักวิทยาศาสตร์ในปี 1929 กำหนดค่าตัวเลขของค่าคงที่ฮับเบิลที่ 500 กม. / (s x Mpc) อย่างไรก็ตาม เขาทำผิดพลาดในการกำหนดระยะทางไปยังกาแลคซี่ หลังจากแก้ไขและปรับปรุงระยะทางเหล่านี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า ค่าตัวเลขของค่าคงที่ฮับเบิลจะถูกเปลี่ยนเป็น 50 กม./(s x Mpc)

หอดูดาว Mount Wilson เริ่มกำหนดความเร็วในแนวรัศมีของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป ภายในปี 1936 M. Humason ได้เผยแพร่ข้อมูลสำหรับเนบิวลาหนึ่งร้อยดวง บันทึกความเร็ว 42,000 กิโลเมตรต่อวินาทีจากสมาชิกของกระจุกดาราจักรที่อยู่ห่างไกลใน Ursa Major แต่นี่เป็นขีดจำกัดของกล้องโทรทรรศน์ขนาด 100 นิ้วแล้ว จำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ทรงพลังกว่านี้

“เป็นไปได้ที่จะเข้าถึงคำถามเกี่ยวกับการขยายจักรวาลของฮับเบิลโดยใช้ภาพที่คุ้นเคยและเป็นธรรมชาติมากขึ้น” ที. เรจจ์กล่าว - ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพทหารเข้าแถวในสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีระยะห่าง 1 เมตร ให้คำสั่งให้ย้ายแถวออกจากกันในหนึ่งนาทีเพื่อให้ช่วงเวลานี้เพิ่มขึ้นเป็น 2 เมตร ไม่ว่าคำสั่งจะดำเนินการอย่างไร ความเร็วสัมพัทธ์ของทหารสองคนที่ยืนติดกันจะเท่ากับ 1 ม. / นาที และความเร็วสัมพัทธ์ของทหารสองคนที่ยืนห่างกัน 100 เมตรจะเป็น 100 ม. / นาที หากเราคำนึงว่าระยะห่างระหว่างกันจะเพิ่มขึ้นจาก 100 เป็น 200 เมตร ดังนั้นความเร็วของการกำจัดซึ่งกันและกันจึงเป็นสัดส่วนกับระยะทาง โปรดทราบว่าหลังจากการขยายตัวของอนุกรมวิธาน หลักการจักรวาลวิทยายังคงใช้ได้อยู่: "กาแล็กซี-ทหาร" ยังคงกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ และยังคงสัดส่วนที่เท่ากันระหว่างระยะห่างระหว่างกันที่ต่างกัน

ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของการเปรียบเทียบของเราคือ ในทางปฏิบัติ ทหารคนหนึ่งยืนนิ่งอยู่ตรงกลางจัตุรัส ในขณะที่ส่วนที่เหลือจะกระจัดกระจายด้วยความเร็วที่มากกว่า ระยะห่างจากพวกเขาไปยังจุดศูนย์กลางก็จะยิ่งมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในอวกาศไม่มีเหตุการณ์สำคัญที่สามารถวัดความเร็วแบบสัมบูรณ์ได้ เราขาดโอกาสดังกล่าวโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพ: ทุกคนสามารถเปรียบเทียบการเคลื่อนไหวของเขากับการเคลื่อนไหวของคนที่เดินอยู่ข้างๆ เขาเท่านั้น และในขณะเดียวกัน ดูเหมือนว่าเขากำลังวิ่งหนีจากเขา

ดังนั้น เราจึงเห็นว่ากฎของฮับเบิลทำให้แน่ใจว่าหลักการจักรวาลวิทยายังคงไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และสิ่งนี้ยืนยันเราในความเห็นที่ว่าทั้งกฎและหลักการนั้นใช้ได้จริง

อีกตัวอย่างหนึ่งของภาพที่เข้าใจได้ง่ายคือการระเบิดของระเบิด ในกรณีนี้ ยิ่งชิ้นส่วนบินเร็วเท่าไหร่ มันก็จะยิ่งบินได้ไกลขึ้นเท่านั้น ครู่หนึ่งหลังจากการระเบิด เราจะเห็นว่าชิ้นส่วนถูกกระจายตามกฎของฮับเบิล กล่าวคือ ความเร็วของพวกมันแปรผันตามระยะทาง อย่างไรก็ตาม ในที่นี้ หลักการของจักรวาลวิทยาถูกละเมิด เพราะหากเราเคลื่อนห่างจากจุดที่เกิดการระเบิดมากพอ เราจะไม่เห็นเศษชิ้นส่วนใดๆ ด้วยวิธีนี้ จึงมีการแนะนำคำที่มีชื่อเสียงที่สุดในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ว่า "บิกแบง" ตามแนวคิดเหล่านี้ เมื่อประมาณ 20 พันล้านปีก่อน เรื่องราวทั้งหมดของจักรวาลถูกรวบรวมไว้ ณ จุดหนึ่ง ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาลไปสู่ขนาดที่ทันสมัย

กฎของฮับเบิลได้รับการยอมรับทางวิทยาศาสตร์เกือบจะในทันที ความสำคัญของการค้นพบฮับเบิลได้รับการชื่นชมอย่างสูงจากไอน์สไตน์ ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2474 เขาเขียนว่า: "การสังเกตการณ์ใหม่ของฮับเบิลและฮูมาสันเกี่ยวกับการเปลี่ยนสีแดง ... ทำให้เป็นไปได้ว่าโครงสร้างทั่วไปของจักรวาลไม่อยู่กับที่"

การค้นพบของฮับเบิลได้ทำลายแนวคิดที่มีมาตั้งแต่สมัยของอริสโตเติลเกี่ยวกับจักรวาลที่นิ่งและไม่สั่นคลอน ปัจจุบัน กฎของฮับเบิลใช้เพื่อกำหนดระยะทางไปยังดาราจักรและควาซาร์ที่อยู่ห่างไกลออกไป

การจำแนกประเภทของกาแล็กซี

ประวัติของ "การค้นพบ" ของโลกแห่งกาแล็กซี่นั้นมีประโยชน์อย่างมาก กว่าสองร้อยปีที่แล้ว เฮอร์เชลสร้างรุ่นแรกของกาแล็กซี่โดยประเมินขนาดต่ำไปสิบห้าครั้ง จากการศึกษาเนบิวลาจำนวนมาก ความหลากหลายของรูปแบบที่เขาค้นพบครั้งแรก เฮอร์เชลได้ข้อสรุปว่าบางส่วนของเนบิวลาเป็นระบบดาวที่อยู่ห่างไกล "ประเภทของระบบดาวของเรา" เขาเขียนว่า: "ฉันไม่พบว่าจำเป็นต้องพูดซ้ำว่าท้องฟ้าประกอบด้วยพื้นที่ที่รวบรวมดวงอาทิตย์ไว้ในระบบ" และอีกสิ่งหนึ่ง: "... เนบิวลาเหล่านี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นทางช้างเผือก - ด้วยตัวอักษรขนาดเล็กซึ่งแตกต่างจากระบบของเรา"

อย่างไรก็ตาม ในท้ายที่สุด เฮอร์เชลเองก็มีจุดยืนที่แตกต่างออกไปเกี่ยวกับธรรมชาติของเนบิวลา และมันก็ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ท้ายที่สุด เขาสามารถพิสูจน์ได้ว่าเนบิวลาส่วนใหญ่ที่ค้นพบและสังเกตโดยเขาไม่ได้ประกอบด้วยดาว แต่ประกอบด้วยก๊าซ เขาได้ข้อสรุปในแง่ร้ายมาก: "ทุกสิ่งที่อยู่นอกระบบของเราถูกปกคลุมไปด้วยความมืดมิดของสิ่งที่ไม่รู้จัก"

นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ แอกเนส คลาร์ก เขียนไว้ใน The System of the Stars ในปี 1890 ว่า “เป็นการปลอดภัยที่จะบอกว่าไม่มีนักวิทยาศาสตร์ที่มีความสามารถซึ่งมีหลักฐานเพียงพอจะมีความเห็นว่าแม้แต่เนบิวลาเพียงดวงเดียวก็ยังเป็นระบบดาวที่มีขนาดเท่ากับทางช้างเผือก ทาง. เป็นที่ยอมรับในทางปฏิบัติแล้วว่าวัตถุทั้งหมดที่สังเกตพบบนท้องฟ้า (ทั้งดวงดาวและเนบิวลา) อยู่ในมวลมหาศาลก้อนเดียว "...

เหตุผลสำหรับมุมมองนี้คือนักดาราศาสตร์ไม่สามารถระบุระยะทางไปยังระบบดาวเหล่านี้ได้เป็นเวลานาน ดังนั้น จากการวัดที่ดำเนินการในปี พ.ศ. 2450 คาดว่าระยะห่างจากเนบิวลาแอนโดรเมดาไม่เกิน 19 ปีแสง สี่ปีต่อมา นักดาราศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าระยะทางนี้อยู่ที่ประมาณ 1600 ปีแสง ในทั้งสองกรณี เกิดความประทับใจว่าเนบิวลาดังกล่าวตั้งอยู่ในกาแล็กซีของเราจริงๆ

ในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ผ่านมาระหว่างนักดาราศาสตร์ Shapley และ Curtis ได้เกิดข้อพิพาทที่รุนแรงเกี่ยวกับธรรมชาติของกาแล็กซีและวัตถุอื่นๆ ที่มองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ ในบรรดาวัตถุเหล่านี้ ได้แก่ เนบิวลาแอนโดรเมดา (M31) ที่มีชื่อเสียง ซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในฐานะดาวฤกษ์ที่มีขนาดสี่เท่า แต่จะแผ่ออกเป็นเกลียวคู่บารมีเมื่อมองผ่านกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ ถึงเวลานี้ มีการลงทะเบียนการระเบิดของดาวดวงใหม่ในเนบิวลาเหล่านี้บางส่วน เคอร์ติสแนะนำว่า ที่ความสว่างสูงสุด ดาวเหล่านี้แผ่พลังงานในปริมาณเท่ากันกับดาวดวงใหม่ในกาแล็กซีของเรา ดังนั้น เขาจึงพบว่าระยะห่างจากเนบิวลาแอนโดรเมดาคือ 500,000 ปีแสง สิ่งนี้ทำให้เคอร์ติสมีเหตุผลที่จะโต้แย้งว่าเนบิวลาก้นหอยเป็นเอกภพที่ห่างไกลจากดาวฤกษ์อย่างทางช้างเผือก แชปลีย์ไม่เห็นด้วยกับข้อสรุปนี้ และการให้เหตุผลของเขาก็ค่อนข้างสมเหตุสมผล

ตามที่แชปลีย์กล่าว จักรวาลทั้งหมดประกอบด้วยหนึ่งในดาราจักรของเรา และเนบิวลาก้นหอยอย่าง M31 เป็นวัตถุขนาดเล็กที่กระจัดกระจายอยู่ภายในดาราจักรนี้ เหมือนกับลูกเกดในเค้ก

สมมุติว่าเนบิวลาแอนโดรเมดามีขนาดเท่ากับกาแล็กซีของเรา (ตามเขา 300,000 ปีแสง) เมื่อทราบขนาดเชิงมุมแล้ว เราพบว่าระยะห่างจากเนบิวลานี้คือ 10 ล้านปีแสง! แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมดาวดวงใหม่ที่สังเกตพบในเนบิวลาแอนโดรเมดาจึงมีความสว่างมากกว่าในดาราจักรของเรา หากความสว่างของวัตถุใหม่ใน "เนบิวลา" นี้และในกาแลคซีของเราเท่ากัน แสดงว่าเนบิวลาแอนโดรเมดามีขนาดเล็กกว่ากาแล็กซีของเราถึง 20 เท่า

ในทางตรงกันข้าม Curtis เชื่อว่า M31 เป็นดาราจักรเกาะอิสระ ไม่ด้อยกว่าดาราจักรของเราและอยู่ห่างจากมันหลายแสนปีแสง การสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่และความก้าวหน้าของดาราศาสตร์ฟิสิกส์นำไปสู่การรับรู้ถึงความถูกต้องของเคอร์ติส การวัดของแชปลีย์กลับกลายเป็นว่าผิด เขาประเมินระยะห่างของ M31 ต่ำไปอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เคอร์ติสก็คิดผิดเช่นกัน ขณะนี้ทราบแล้วว่าระยะห่างจาก M31 นั้นมากกว่าสองล้านปีแสง

ลักษณะของเนบิวลาก้นหอยได้รับการจัดตั้งขึ้นในที่สุดโดย Edwin Hubble ซึ่งเมื่อปลายปี 1923 ได้ค้นพบ Cepheid แรกใน Andromeda Nebula และอีกไม่นาน Cepheids อีกหลายคน จากการประมาณขนาดและคาบที่ปรากฏ ฮับเบิลพบว่าระยะห่างจาก "เนบิวลา" นี้คือ 900,000 ปีแสง ดังนั้นการเป็นเจ้าของ "เนบิวลา" แบบก้นหอยในโลกของระบบดาวเช่นกาแล็กซี่ของเราจึงถูกสร้างขึ้นในที่สุด

ถ้าเราพูดถึงระยะทางไปยังวัตถุเหล่านี้ ก็ยังคงต้องชี้แจงและแก้ไข อันที่จริงระยะทางจากกาแลคซี M 31 ในแอนโดรเมดาคือ 2.3 ล้านปีแสง

โลกของกาแล็กซีกลับกลายเป็นว่าใหญ่โตอย่างน่าประหลาดใจ แต่ที่น่าประหลาดใจกว่านั้นก็คือความหลากหลายของรูปแบบ

การจำแนกดาราจักรประเภทแรกและค่อนข้างประสบความสำเร็จตามลักษณะที่ปรากฏนั้นได้ดำเนินการไปแล้วโดยฮับเบิลในปี 1925 เขาเสนอให้แอตทริบิวต์กาแลคซีเป็นหนึ่งในสามประเภทต่อไปนี้: 1) วงรี (แสดงด้วยตัวอักษร E), 2) เกลียว (S) และ 3) ผิดปกติ (1 ก.)

ดาราจักรเหล่านั้นจัดเป็นวงรีซึ่งมีรูปวงกลมหรือวงรีปกติและความสว่างจะค่อยๆ ลดลงจากจุดศูนย์กลางไปยังขอบรอบนอก กลุ่มนี้แบ่งออกเป็นแปดประเภทย่อยจาก EO ถึง E7 เมื่อการหดตัวของดาราจักรเพิ่มขึ้น SO lenticular galaxy คล้ายกับระบบรูปไข่สูง แต่มีแกนกลางของดาวฤกษ์ที่ชัดเจน

ดาราจักรชนิดก้นหอย ขึ้นอยู่กับระดับการพัฒนาของก้นหอย แบ่งออกเป็นคลาสย่อย Sa, Sb และ Sc ในดาราจักรประเภท Sa องค์ประกอบหลักคือแกนกลาง ในขณะที่ก้นหอยยังคงแสดงออกอย่างอ่อน การเปลี่ยนผ่านไปยังคลาสย่อยถัดไปเป็นคำแถลงเกี่ยวกับการพัฒนาที่เพิ่มขึ้นของก้นหอยและการลดขนาดที่ชัดเจนของนิวเคลียส

ดาราจักรก้นหอยขนานกับดาราจักรก้นหอยปกติ ยังมีสิ่งที่เรียกว่าระบบก้นหอยกากบาด (SB) ในดาราจักรประเภทนี้ แกนกลางที่สว่างมากจะถูกตัดขวางในเส้นผ่านศูนย์กลางด้วยแถบขวาง จากปลายสะพานนี้ กิ่งก้านเกลียวเริ่มต้นขึ้น และดาราจักรเหล่านี้แบ่งออกเป็นประเภทย่อย SBa, SBb และ SBc ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระดับของการพัฒนาของก้นหอย

ดาราจักรไม่ปกติ (Ir) เป็นวัตถุที่ไม่มีนิวเคลียสที่ชัดเจนและไม่มีสมมาตรในการหมุน ตัวแทนทั่วไปของพวกเขาคือเมฆแมเจลแลน

"ฉันใช้มันมา 30 ปีแล้ว" นักดาราศาสตร์ชื่อดัง Walter Baade เขียนในภายหลัง "และแม้ว่าฉันจะค้นหาวัตถุที่ไม่สามารถเข้ากับระบบฮับเบิลได้อย่างแท้จริง แต่จำนวนของพวกมันกลับไม่มีนัยสำคัญจนฉันสามารถนับได้บน นิ้ว” การจำแนกประเภทฮับเบิลยังคงให้บริการด้านวิทยาศาสตร์ และการดัดแปลงสิ่งมีชีวิตในภายหลังทั้งหมดก็ไม่ส่งผลกระทบกับมัน

เชื่อกันว่าการจำแนกประเภทนี้มีความหมายเชิงวิวัฒนาการมาระยะหนึ่ง กล่าวคือ กาแล็กซี "เคลื่อนที่" ตาม "แผนภาพส้อมเสียง" ของฮับเบิล ซึ่งเปลี่ยนรูปร่างไปตามลำดับ มุมมองนี้ถือว่าผิดแล้ว

ในบรรดากาแล็กซีที่สว่างที่สุดหลายพันกาแล็กซีนั้น มีกาแล็กซีรูปวงรี 17 เปอร์เซ็นต์ กาแล็กซี 80 เปอร์เซ็นต์ และผิดปกติประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์

ในปี 1957 นักดาราศาสตร์โซเวียต B.A. Vorontsov-Velyaminov ค้นพบการมีอยู่ของ "ดาราจักรโต้ตอบ" - ดาราจักรที่เชื่อมต่อกันด้วย "แท่ง", "หาง" เช่นเดียวกับ "รูปแบบแกมมา" เช่น ดาราจักรที่เกลียวหนึ่ง "บิด" ในขณะที่อีกแห่ง "คลาย" ต่อมา มีการค้นพบดาราจักรขนาดเล็กซึ่งมีขนาดเพียง 3,000 ปีแสง และระบบดาวที่แยกตัวออกมาในอวกาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 200 ปีแสง ในลักษณะที่ปรากฏ แทบไม่ต่างจากดวงดาวในกาแล็กซี่ของเรา

แค็ตตาล็อกทั่วไป (NOC) ใหม่ประกอบด้วยรายชื่อดาราจักรประมาณหนึ่งหมื่นกาแล็กซี พร้อมด้วยคุณลักษณะที่สำคัญที่สุด (ความส่องสว่าง รูปร่าง ระยะทาง ฯลฯ) - และนี่เป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ของดาราจักรหมื่นล้านที่จำแนกตามหลักการได้ จากโลก ยักษ์ที่น่าอัศจรรย์ซึ่งสามารถครอบคลุมหนึ่งร้อยหรือสองล้านปีแสงเมื่อมองดูจักรวาลจะเห็นว่าเต็มไปด้วยหมอกของจักรวาลซึ่งกาแลคซีเป็นละออง บางครั้งมีกระจุกกาแลคซีหลายพันแห่งกระจุกตัวอยู่รวมกัน กลุ่มดาวยักษ์กลุ่มหนึ่งอยู่ในกลุ่มดาวราศีกันย์

ผลงานที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งของ Edwin Hubble คือการสังเกตเนบิวลาที่อยู่ในกลุ่มดาวแอนโดรเมดา จากการศึกษาด้วยรีเฟลกเตอร์ขนาด 100 นิ้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถจำแนกเนบิวลาเป็นระบบดาวบางประเภทได้ เช่นเดียวกับเนบิวลาในกลุ่มดาว Triangulum ซึ่งได้รับสถานะของกาแลคซีด้วย การค้นพบของฮับเบิลได้ขยายปริมาณของโลกแห่งวัตถุ ตอนนี้จักรวาลเริ่มดูเหมือนพื้นที่ที่เต็มไปด้วยกาแลคซี - กระจุกดาวยักษ์ พิจารณากฎที่เขาค้นพบ - กฎของฮับเบิล หนึ่งในกฎพื้นฐานที่สุดของจักรวาลวิทยาสมัยใหม่

ค่าคงที่ฮับเบิลคือ ชม 0 = (67.80 ± 0.77) (กม./วินาที)/Mpc

ประวัติและสาระสำคัญของการค้นพบ

กฎจักรวาลวิทยาที่กำหนดลักษณะการขยายตัวของเอกภพ บัดนี้เป็นที่รู้จักอย่างชัดแจ้งในชื่อกฎฮับเบิล นี่คือข้อเท็จจริงเชิงสังเกตที่สำคัญที่สุดในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่ ช่วยในการประมาณเวลาการขยายตัวของจักรวาล การคำนวณคำนึงถึงสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิล กฎหมายได้รับสถานะปัจจุบันในตอนแรกอันเป็นผลมาจากงานของ J. Lemaitre และต่อมา E. Hubble ซึ่งใช้คุณสมบัตินี้ วัตถุที่น่าสนใจเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างเป็นระยะ ซึ่งทำให้สามารถระบุระยะห่างของวัตถุได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยใช้ความสัมพันธ์แบบคาบ-ความส่องสว่าง เขาวัดระยะทางไปยังเซเฟอิดส์บางตัวเขายังระบุกาแลคซีของพวกมัน ซึ่งทำให้สามารถคำนวณความเร็วในแนวรัศมีได้ การทดลองทั้งหมดนี้ดำเนินการในปี พ.ศ. 2472

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งนักวิทยาศาสตร์อนุมานได้คือประมาณ 500 กม. / s ต่อ 1 Mpc แต่ในสมัยของเรา พารามิเตอร์ของสัมประสิทธิ์ได้เปลี่ยนไปแล้ว ตอนนี้อยู่ที่ 67.8 ± 0.77 กม./วินาที ต่อ 1 Mpc ความไม่สอดคล้องนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าฮับเบิลไม่ได้คำนึงถึงการแก้ไขการสูญพันธุ์ซึ่งยังไม่ได้ถูกค้นพบในสมัยของเขา นอกจากนี้ ความเร็วที่เหมาะสมของกาแลคซี่ ควบคู่ไปกับความเร็วที่เหมือนกันในกลุ่มกาแลคซี่ ไม่ได้นำมาพิจารณาด้วย ควรคำนึงด้วยว่าการขยายตัวของจักรวาลไม่ใช่การขยายตัวของกาแล็กซีในอวกาศอย่างง่าย นอกจากนี้ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกในพื้นที่นั้นเอง

ค่าคงที่ฮับเบิล

นี่เป็นองค์ประกอบของกฎหมายฮับเบิลซึ่งเชื่อมโยงค่าของระยะทางกับวัตถุที่อยู่นอกดาราจักรของเราและความเร็วในการกำจัด ตำแหน่งของค่าคงที่นี้กำหนดค่าเฉลี่ยของความเร็วของกาแลคซี่ เมื่อใช้ค่าคงที่ฮับเบิล จะสามารถระบุได้ว่ากาแลคซีที่มีระยะทาง 10 Mpc กำลังถอยห่างออกไปด้วยความเร็ว 700 กม./วินาที และกาแลคซี่ที่อยู่ห่างออกไป 100 Mpc จะมีความเร็ว 7000 กม./วินาที จนถึงตอนนี้ วัตถุทั้งหมดที่ค้นพบในห้วงอวกาศลึกพิเศษนั้นสอดคล้องกับกรอบของกฎหมายฮับเบิล

ในแบบจำลองที่มีเอกภพที่กำลังขยายตัว ค่าคงที่ฮับเบิลจะเปลี่ยนค่าของมันเมื่อเวลาผ่านไป

ชื่อนี้ได้รับการพิสูจน์โดยความคงตัวในทุกจุดในจักรวาล แต่เฉพาะในช่วงเวลาหนึ่งเท่านั้น นักดาราศาสตร์บางคนเล่นกับการเปลี่ยนแปลงนี้โดยเรียกค่าคงที่ว่าตัวแปร

ข้อสรุปจากกฎหมาย

เมื่อพิจารณาแล้วว่าเนบิวลาแอนโดรเมดาเป็นดาราจักรที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์แต่ละดวง ฮับเบิลจึงดึงความสนใจไปที่การเปลี่ยนแปลงของเส้นสเปกตรัมของรังสีจากกาแลคซีข้างเคียง การเปลี่ยนแปลงถูกเลื่อนไปที่ด้านสีแดง และนักวิทยาศาสตร์อธิบายว่านี่เป็นปรากฏการณ์ของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ปรากฎว่ากาแลคซีซึ่งสัมพันธ์กับโลกกำลังเคลื่อนตัวออกไป การวิจัยเพิ่มเติมช่วยให้เข้าใจว่าดาราจักรยิ่งวิ่งหนีจากเราเร็วขึ้น ความจริงข้อนี้กำหนดว่ากฎของฮับเบิลคือการถดถอยสู่ศูนย์กลางของจักรวาลด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่างจากผู้สังเกต นอกเหนือจากความจริงที่ว่าจักรวาลกำลังขยายตัว กฎหมายกำหนดว่าจักรวาลยังมีจุดเริ่มต้นในเวลา เพื่อให้เข้าใจถึงสัจธรรมนี้ คุณต้องพยายามเริ่มการขยายอย่างต่อเนื่องโดยมองย้อนกลับไป ในกรณีนี้ คุณสามารถไปถึงจุดเริ่มต้นได้ ณ จุดนี้ - ก้อนโปรโตแมทเทอร์ขนาดเล็ก - ปริมาณทั้งหมดของจักรวาลปัจจุบันกระจุกตัวอยู่

กฎของฮับเบิลยังสามารถให้ความกระจ่างแก่โลกของเราอีกด้วย หากการขจัดดาราจักรทั้งหมดเริ่มแรกเกิดขึ้นในอัตราเดียวกับที่สังเกตได้ในขณะนี้ เวลานั้นที่ผ่านไปตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการขยายตัวก็จะเป็นค่าของอายุ ที่ค่าปัจจุบันของค่าคงที่ฮับเบิล (67.8 ± 0.77 กม./วินาทีต่อ 1 Mpc) อายุของจักรวาลของเราประมาณที่ (13.798 ± 0.037) อายุ 10 9 ปี

ความสำคัญในทางดาราศาสตร์

Einstein ชื่นชมงานของฮับเบิลค่อนข้างสูงและกฎหมายได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วในด้านวิทยาศาสตร์ ข้อสังเกตของฮับเบิล (ร่วมกับ Humason) เกี่ยวกับการเปลี่ยนสีแดงทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะสันนิษฐานว่าจักรวาลไม่นิ่ง กฎหมายที่คิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้กลายมาเป็นข้อบ่งชี้ว่ามีโครงสร้างบางอย่างในจักรวาลที่ส่งผลต่อการถดถอยของดาราจักร มีคุณสมบัติในการขจัดความไม่เท่าเทียมกันของสสารจักรวาล เนื่องจากดาราจักรที่กำลังถอยกลับไม่ได้ทำให้ดาราจักรช้าลงอย่างที่ควรจะเป็นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาราจักรเอง มันจึงต้องมีแรงบางอย่างผลักพวกมันออกจากกัน และแรงนี้เรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งมีมวลประมาณ 70% ของมวล/พลังงานทั้งหมดของเอกภพที่มองเห็นได้

ขณะนี้ระยะทางไปยังกาแลคซีและควาซาร์ที่อยู่ห่างไกลกันนั้นประมาณโดยใช้กฎของฮับเบิล สิ่งสำคัญคือมันกลายเป็นจริงสำหรับทั้งจักรวาล ไร้ขอบเขตในอวกาศและเวลา อย่างไรก็ตาม เรายังไม่ทราบคุณสมบัติของสสารมืดซึ่งอาจแก้ไขแนวคิดและกฎหมายต่างๆ ได้เป็นอย่างดี