Закон хаббла

На пути к открытию

Возвратившись с фронта, ученый обратил свой взор на высокогорную обсерваторию Маунт-Вилсон (штат Калифорния). Его приняли туда на работу. Влюбленный в астрономию, молодой человек проводил немало времени, глядя в объективы огромных телескопов размером в 60 и 100 дюймов. Для того времени — крупнейшие, почти фантастика! Над приборами изобретатели работали почти десятилетие, добиваясь максимально возможного увеличения и четкости изображения.

Напомним, видимая граница Вселенной именуется Метагалактикой. Она исходит к состоянию на момент Большого Взрыва (космологическая сингулярность). Современные положения гласят, что значения физических постоянных однородны (имеется в виду скорость света, элементарный заряд и др.). Считается, что Метагалактика вмещает 80 миллиардов галактик (удивительная цифра звучит еще так: 10 секстиллионов и 1 септильонов звезд). Форма, масса и размер – для Вселенной это совершенно иные, нежели принятые на Земле, понятия.

СМИ ПОН

Подлинная история советского «ограбления века». Дело братьев Калачян

В 1977 году в Армении произошло крупнейшее в истории СССР ограбление Госбанка.

Об ограблении денежных хранилищ Госбанка не думали даже матёрые уголовники. И тем не менее в 1977 году случилось немыслимое — злоумышленники покусились на святая святых советской финансовой системы.

Операция «Архив». Как Советский Союз окончательно избавился от Гитлера

На рубеже 1980–1990-х годов, когда в Восточной Европе произошло обрушение просоветских режимов, а Западная Германия поглотила Восточную, произошло резкое усиление позиций неонацистов.

На фоне ниспровержения социализма крайне правые силы пытались добиться хотя бы частичной реабилитации нацизма.

Непобедимая страна. 15 интересных фактов о Советском Союзе

30 декабря 1922 года на Первом Всесоюзном съезде Советов было утверждено образование Союза Советских Социалистических республик. Советский Союз занимал территорию площадью 22 400 000 квадратных километров, являясь самой большой страной на планете, имел самую протяжённую границу в мире (свыше 60 000 километров) и граничил с 14 государствами.

Великая душа. Жизнь и принципы Махатмы Ганди

Мохандас Карамчанд Ганди родился 2 октября 1869 года в индийском городе Порбандар в состоятельной семье из варны вайшьев. Маленький Мохандас, или Мохан, меньше всего напоминал философа, мыслителя и политика, идеи которого перевернут мир.

Продукт гуманизма. Как сердобольный дантист придумал «электрический стул»

6 августа 1890 года человечество вписало новую страницу в свою историю. Научно-технический прогресс добрался и до такого специфического рода деятельности, как исполнение смертных приговоров. В Соединённых Штатах Америки была проведена первая смертная казнь на «электрическом стуле».

Придуманный из гуманных соображений «электрический стул» оказался одним из самых жестоких способов смертной казни.

Расширение вселенной и правильные движения

Это общее движение галактик Вселенной , принцип которого был предсказан Жоржем Леметром в 1927 году. На это накладываются определенные движения, приобретаемые галактиками из-за их гравитационного взаимодействия со своими соседями. Например, Млечный Путь образует гравитационно связанную систему с галактикой Андромеды, обе из которых имеют очень вытянутую эллиптическую орбиту, которая в настоящее время заставляет галактику Андромеды приближаться к нам. Точно так же Млечный Путь и галактика Андромеды постепенно приближаются к сверхскоплению Девы . Тем не менее за пределами определенного расстояния общее движение расширения перевешивает собственные движения, и все далекие галактики удаляются от нас.

Значение в астрономии

Эйнштейн оценивал работу Хаббла достаточно высоко, а закон получил быстрое признание в науке. Именно наблюдения Хабблом (совместно с Хьюмасоном) красных смещений сделало вероятным допущение, что Вселенная не является стационарной. Закон, сформулированный великим учёным, фактически стал указанием, что во Вселенной присутствует некая структура, влияющая на разбегание галактик. Она имеет свойство сглаживать неоднородности космического вещества. Поскольку разбегающиеся галактики не замедляются, как это должно было быть вследствие действия их собственного тяготения, то должна существовать какая-то сила, их расталкивающая. И эта сила получила название тёмной энергии, которая имеет около 70% всей массы/энергии видимой Вселенной.

Сейчас расстояния до удалённых галактик и квазаров оцениваются посредством закона Хаббла. Главное, чтобы он действительно оказался верным для всей Вселенной, безграничной в пространстве и во времени. Ведь мы ещё не знаем свойств тёмного вещества, которое вполне может подкорректировать любые представления и законы.

Разлет

Хаббл использовал 100-дюймовый телескоп обсерватории Маунт-Вилсон для измерений светимости пульсирующих звезд туманности Андромеда, являющейся, как теперь известно, спиральной галактикой, очень похожей на Млечный Путь и на другие галактики, родственные нашей. Эти переменные звезды называются «цефеидами» — по первой из них, открытой в созвездии Цефея, — они и сейчас остаются незаменимыми для выяснения расстояний. У таких звезд светимость и период ее изменения связаны с яркостью, поэтому если вы знаете, как меняется светимость цефеиды, то знаете и какова ее яркость. А зная яркость, можно выяснить, насколько далека от нас эта звезда, потому что с ростом расстояния она тускнеет. Тут все просто: вы видите вдали электрическую лампочку и знаете, что ее мощность составляет 100 Вт, — тогда вам ничего не стоит определить расстояние до нее, сравнив ее яркость с яркостью такой же лампочки, горящей прямо перед вами.

Именно так Хаббл и измерил расстояние от нас до галактики Андромеда. Оно оказалось намного больше установленных Шепли размеров нашего Млечного Пути, а значит, эта галактика должна лежать за его пределами. Это простое наблюдение породило революцию. Оно означало, что вселенная огромна и наполнена другими галактиками, очень похожими на Млечный Путь. Если изгнание Солнца из центра вселенной рассердило Церковь и обидело чувства человечества, то разжалование Млечного Пути в рядовые огромного воинства, состоящего из миллионов других галактик, нанесло человеческому самолюбию удар еще более сильный.

Следом Хаббл занялся составлением таблицы расстояний от нас до других галактик. Он обнаружил также, что идущий от них свет претерпевает пропорциональное расстоянию красное смещение, подобное доплеровскому, наблюдаемому для двигающихся с большой скоростью объектов. То, что все частоты, например частоты атомных переходов водорода, были «краснее», чем ожидалось, означало: все галактики уносятся от нас, как множество машин «скорой помощи», у которых при этом понижается тон сирены. Странно, вообще говоря, что все они стараются оказаться от нас подальше и лишь несколько «локальных» движутся в нашу сторону. И чем дальше вы заглянете, тем большей будет скорость разлета.

Хаббл понял, что галактики не просто удаляются от нас — это обеспечило бы нам во вселенной место слишком привилегированное, — нет, все они разлетаются и друг от друга. И пришел к выводу, что сама вселенная расширяется, увеличиваясь в размерах, как гигантский надуваемый воздушный шарик. Галактики подобны точкам на его поверхности: чем больше воздуха накачивается в шарик, тем дальше они уходят друг от друга.

Мог бы стать Нобелевским лауреатом

Хаббл пытался получить Нобелевскую премию. В конце 1940-х годов даже нанимал рекламного агента (сейчас его назвали бы пиар-менеджер), чтобы тот продвинул дело. Но усилия были напрасными: категории для астрономов не существовало. Эдвин умер в 1953 году, в ходе научных изысканий. В течение нескольких ночей он наблюдал внегалактические объекты.

Его последняя честолюбивая мечта осталась несбывшейся. Но ученый наверняка бы порадовался тому, что в его честь назван космический телескоп. И поколения братьев по разуму продолжают исследовать огромное и чудесное пространство. Оно до сих пор таит немало загадок. Сколько открытий впереди! И производные постоянные Хаббла, наверняка, помогут кому-то из молодых ученых стать «Коперником №3».

И все-таки она расширяется!

Тем не менее Хаббл подготовил почву для признания расширения Вселенной и модели Леметра. Уже в 1930 году ей воздали должное такие мэтры космологии, как Эддингтон и де Ситтер; немногим позже ученые заметили и по достоинству оценили работы Фридмана. В 1931 году с подачи Эддингтона Леметр перевел на английский свою статью (с небольшими купюрами) для «Ежемесячных известий Королевского астрономического общества». В этом же году Эйнштейн согласился с выводами Леметра, а годом позже совместно с де Ситтером построил модель расширяющейся Вселенной с плоским пространством и искривленным временем. Эта модель из-за своей простоты долгое время была очень популярна среди космологов.

В том же 1931 году Леметр опубликовал краткое (и без всякой математики) описание еще одной модели Вселенной, объединявшей в себе космологию и квантовую механику. В этой модели начальным моментом выступает взрыв первичного атома (Леметр также называл его квантом), породивший и пространство, и время. Поскольку тяготение тормозит расширение новорожденной Вселенной, его скорость уменьшается — не исключено, что почти до нуля. Позднее Леметр ввел в свою модель космологическую постоянную, заставившую Вселенную со временем перейти в устойчивый режим ускоряющегося расширения. Так что он предвосхитил и идею Большого взрыва, и современные космологические модели, учитывающие присутствие темной энергии. А в 1933 году он отождествил космологическую постоянную с плотностью энергии вакуума, о чем до того никто еще не додумался. Просто удивительно, насколько этот ученый, безусловно достойный титула первооткрывателя расширения Вселенной, опередил свое время!

Статья «Как открывали расширение Вселенной» опубликована в журнале «Популярная механика» (№6, Июнь 2012).

Теоретическая интерпретация наблюдений

График, иллюстрирующий независимость закона Хаббла от положения галактики, из которой производится наблюдение. Слева: точка наблюдения — галактика А, справа: точка наблюдения — галактика В

Современное объяснение наблюдений даётся в рамках Вселенной Фридмана.
Допустим есть источник, расположенный в сопутствующей системе на расстоянии r₁ от наблюдателя. Приёмная аппаратура наблюдателя регистрирует фазу приходящей волны. Рассмотрим два интервала между точками с одной и той же фазой:

δt1δt=νν1≡1+z.{\displaystyle {\frac {\delta t_{1}}{\delta t_{0}}}={\frac {\nu _{0}}{\nu _{1}}}\equiv 1+z.}

С другой стороны, для световой волны в выполняется равенство

dt=±a(t)dr1−kr2.{\displaystyle dt=\pm a(t){\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2}}}}.}

Проинтегрировав это уравнение, получим

∫tt1dta(t)=∫rcdr1−kr2.{\displaystyle \int \limits _{t_{0}}^{t_{1}}{\frac {dt}{a(t)}}=\int \limits _{0}^{r_{c}}{\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2}}}}.}

Учитывая что в сопутствующих координатах r не зависит от времени, а также малость длины волны относительно радиуса кривизны Вселенной, получим соотношение

δt1a(t1)=δta(t).{\displaystyle {\frac {\delta t_{1}}{a(t_{1})}}={\frac {\delta t_{0}}{a(t_{0})}}.}

Если теперь его подставить в первоначальное соотношение, то

1+z=a(t)a(t1).{\displaystyle 1+z={\frac {a(t_{0})}{a(t_{1})}}.}

Разложим a(t) в ряд Тейлора с центром в точке a(t₁) и учтём члены только первого порядка:

a(t)=a(t1)+a˙(t1)(t−t1).{\displaystyle a(t)=a(t_{1})+{\dot {a}}(t_{1})(t-t_{1}).}

После приведения членов и домножения на c:

cz=a˙(t1)a(t1)c(t−t1)=HD.{\displaystyle cz={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})}}c(t-t_{1})=HD.}

Соответственно, константа Хаббла

H=a˙(t1)a(t1).{\displaystyle H={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})}}.}

Главные достижения

Хаббл и коллеги у обсерватории Маунт-Вилсон. Куполообразная крыша могла раздвигаться и телескоп мог «наблюдать» за ночным небом.

Ученый, которому принадлежит слава человека, открывшего космос, не стал лауреатом Нобелевской премии только потому, что в годы его деятельности награда не номинировалась в данной области. Но за время своей непродолжительной научно-исследовательской работы астрофизик был заслуженно удостоен высоких наград: ордена, медали, Селлимановская лекция, Орден Легиона Почета (за баллистические разработки).

Среди главных достижений ученого выделены открытия:

1. Вселенная не ограничена одной галактикой и областью Млечного Пути. Морфологическая система, согласно которой классифицируются галактические образования в зависимости от внешнего вида.
2. Закон Хаббла, описывающий зависимость красного смещения от расстояний. Говоря простым языком, чем краснее галактика, тем дальше от нас она находится.
3. Открытие в 1935 году астероида 1373 Цинциннати.

Цефеида, которую обнаружил Хаббл, находится в галактике под названием Андромеда на расстоянии более двух миллионов световых лет от нашей планеты

В 1990 году на орбиту был выведен телескоп, получивший имя Хаббл. Имя ученого присвоено астероиду 2069, открытому в 1955 году.

Выдающийся ученый не просто открыл масштабы космических просторов, он стал революционером в астрономии. Его классификация галактик относительно внешнего вида известна в научных кругах, как последовательность Хаббла. Его помнят и чтят, как одного из величайших светил науки в области астрофизики.

Закон Хаббла

1. Самый большой объект, который изучает астрономия, — Вселенная. Она уникальна, мы не можем её сравнивать с чем-нибудь. Сейчас доступны для непосредственных наблюдений явления, происходящие в микромире в масштабах до 10-16 м и в макромире в масштабах вплоть до 1026 м. В микромире физика изучает поведение атомов и элементарных частиц. В макромире астрономы изучают планеты, звёзды и галактики.

Изучение галактик привело астрономов к выводу, что Вселенная расширяется. Расширение Вселенной проявляется в наблюдаемом разбегании галактик. В 20-х гг. XX в. американский астроном Хаббл установил, что скорость υ, с которой галактика удаляется от нас, пропорциональна расстоянию r до неё:

В этом состоит закон Хаббла.

Если скорость измерять в км/с, а расстояние до галактики в мегапарсеках (1 Мпк = 106 пк = 3 • 1019 км), то коэффициент пропорциональности — постоянная Хаббла — Н = 72 км/(с • Мпк).

Складывается впечатление, как будто произошёл взрыв и все галактики разлетаются от центра этого взрыва, в котором находится наша Галактика.

Наблюдаемое расширение Вселенной объясняется на основе теории тяготения, разработанной Эйнштейном. Из закона Хаббла легко оценить, когда этот взрыв произошёл и возникла наблюдаемая Вселенная. Для этого путь r, пройденный галактикой, нужно поделить на её скорость υ.

Таким образом, около 13 млрд лет назад всё вещество метагалактики было сосредоточено в небольшом объёме и плотность вещества была настолько высокой, что ни галактик, ни звёзд не существовало. Пока не ясны ни физические процессы, протекавшие до этого сверхплотного состояния вещества, ни причины, вызвавшие расширение Вселенной. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительному уменьшению плотности вещества и на определённом этапе расширения стали формироваться галактики и звёзды.

Эдвин Пауэлл Хаббл (1889—1953) — американский астроном, член Национальной академии наук в Вашингтоне. Основные труды посвящены изучению галактик. Предложил классификацию наблюдаемых туманностей; сумел обнаружить звёзды, из которых состоят некоторые ближайшие к нам галактики, и тем самым доказал, что они представляют собой звёздные системы, подобные нашей Галактике; установил зависимость между красным смещением галактик и расстоянием до них, определил численное значение коэффициента этой зависимости (постоянная Хаббла).

Не пыль и газ, а другие галактики

Харлоу Шепли считал, что ширина галактики 300 000 световых лет (приблизительно в десять раз выше допустимого значения). Однако Шепли, как и большинство астрономов того времени, был уверен: Млечный Путь – это и есть вся Вселенная. Несмотря на предположение, впервые сделанное Уильямом Гершелем в XVIII веке, он разделял распространенное мнение, что все туманности для относительно близлежащих объектов – всего лишь пятна пыли и газа в небе.

Сколько горьких, холодных ночей провел Хаббл, сидя у мощного телескопа Хукера, прежде чем смог доказать, что Шепли не прав. В октябре 1923 года Эдвин заметил в М31 туманности (созвездие Андромеды) «вспыхнувший» объект и предположил, что он не относится к Млечному Пути. После тщательного изучения фотопластин, на которых была запечатлена та же площадь, ранее исследованная другими астрономами, в том числе, Шепли, Эдвин понял, что это цефеида.

Оспаривая Аристотеля

Что будет доказано или опровергнуто, как тогда, когда в пух и прах полетела теория о бесконечности, вечности и неизменности пространства вокруг Земли, которую поддерживал сам Аристотель? Он приписывал Вселенной симметрию и совершенство. Космологический принцип подтвердил: все течет, все изменяется.

Есть мнение, что через миллиарды лет небеса будут пусты и темны. Расширение «унесет» галактики за космический горизонт, откуда свет не сможет дойти до нас. Будет ли актуальна постоянная Хаббла для пустой Вселенной? Что станет с наукой космологией? Она исчезнет? Все это предположения.

Оценка постоянной Хаббла и её физический смысл[править | править код]

Наиболее известные оценки и измерения постоянной Хаббла за последние 20 лет

В процессе расширения, если оно происходит равномерно, постоянная Хаббла должна уменьшаться, и индекс «0» при её обозначении указывает на то, что величина Н относится к современной эпохе. Величина, обратная постоянной Хаббла, должна быть в таком случае равна времени, прошедшему с момента начала расширения, то есть возрасту Вселенной.

Значение Н определяется по наблюдениям галактик, расстояния до которых измерены без помощи красного смещения (прежде всего, по ярчайшим звёздам или цефеидам). Большинство независимых оценок Н дают для этого параметра значение 66—78 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек, удаляются от нас со скоростью 6600—7800 км/с. В настоящее время (2019 год) значения, полученные путём вычисления расстояний до галактик по светимости наблюдающихся в них цефеид на космическом телескопе Хаббла, дают оценку 74,03 ± 1,42 (км/c)/Мпк, а значения, полученные с помощью измерения параметров реликтового излучения на космической обсерватории «Планк», показали значение 67,4 ± 0,5 (км/c)/Мпк по состоянию на 2018 год.

Проблема оценки Н осложняется тем, что, помимо космологических скоростей, обусловленных расширением Вселенной, галактики ещё обладают собственными (пекулярными) скоростями, которые могут составлять несколько сотен км/с (для членов массивных скоплений галактик — более 1000 км/с). Это приводит к тому, что закон Хаббла плохо выполняется или совсем не выполняется для объектов, находящихся на расстоянии ближе 10—15 млн св. лет, то есть как раз для тех галактик, расстояния до которых наиболее надёжно определяются без красного смещения.

С другой стороны, если подставить в формулу красного смещения z=Ht{\displaystyle z=H_{0}t} время, равное одному периоду колебания фотона T=1ν,{\displaystyle T=1/\nu ,} то получим, что постоянная Хаббла — это величина, на которую уменьшается частота фотона за один период колебания вне зависимости от длины волны, и чтобы определить, насколько уменьшилась частота фотона, надо постоянную Хаббла умножить на число совершённых колебаний: νn=nH.{\displaystyle \nu _{n}=nH_{0}.}

Гравитационное красное смещение

Американский астроном Эдвин Хаббл совершил одно из своих величайших открытий совершенно случайно. В 1929 году, работая на 100-дюймовом хейловском телескопе и измеряя спектральные свойства галактик У. Гершеля, он отметил одну любопытную закономерность.

Сами галактики вроде бы были во многом схожи по строению с нашим Млечным путем, но вот спектры ярчайших звезд из этих далеких галактик, заметно отличались от спектров “местных звезд нашей галактики. Все они были характерно “сдвинуты” в более длинноволновую, или красную сторону спектра. Эффект сразу же получил вполне говорящее название – эффект красного смещения.

Вот так и выглядит красное смещение – с Земли мы видим не реальный спектр далекой звезды, а его же, но сдвинутым в красную сторону

Любопытно было также и то, что в пределах одной галактики, красное смещение звезд было как правило примерно одинаковым, но вот для разных галактик оно заметно отличалось.

Вскоре Э.Хабблу удалось установить закономерность:  величина красного смещения прямо пропорциональна расстоянию до галактики.

Иными словами – чем больше эффект красного смещения, тем дальше от нас находится наблюдаемая галактика. Развивая эту идею, Эдвин Хаббл пришел к тому, что сейчас нам известно как закон Хаббла, выражающийся формулой:

где: c – скорость света, z – величина красного смещения, r – расстояние до галактики, а H – постоянная Хаббла (70 (км/с) · Мпк−1.).

Интересно, что закон Хаббла можно подвергнуть довольно занятной проверке – зная, что все пространство “в начале времен” было сжато в одну точку и оценив величину красного смещения для самых удаленных объектов, можно было бы рассчитать теоретический возраст нашей вселенной (т.н. Хаббловский возраст вселенной).

Хаббловский возраст вселенной в итоге почти точно соответствует “стандартному возрасту” вселенной, рассчитываемому по космологической модели Фридмана.

Детские годы

В американском городке Маршфилд (штат Миссури) у четы Хаббл 20 ноября 1889 года родился мальчик. Родители — Джон Пауэлл Хаббл и Вирджиния Ли Джеймс назвали малыша Эдвином (Edwin Powell Hubble).

С детских лет мальчик демонстрировал отличные способности в легкой атлетике, увлекался многими видами спорта: баскетбол, бейсбол, футбол, любительский бокс. Отец мальчика занимал должность управляющего страховой компанией. В штате Иллинойс, куда по роду службы отца переехала семья, Эдвин поставил рекорд среди старшеклассников в прыжках в высоту.

С детства Эдвина увлекала рыбная ловля. На протяжении всей жизни с упоением Хаббл читал книги писателей-фантастов. Любимыми среди них были Жюль Верн и Генри Райдер

Эдвин Хаббл за работой, 1937 г.

Загадочные цефеиды

Чтобы обосновать теорию, объясняющую расширение Вселенной, потребовались продолжительные глубокие исследования, сложные сопоставления и вычисления. В начале двадцатых годов XX века вчерашний солдат наконец смог классифицировать туманности, наблюдаемые отдельно от Млечного пути. Согласно его открытию, они спиральные, эллиптические и неправильные (три вида).

В ближайшей к нам звездной системе, но не самой близкой спиральной туманности Андромеды, Эдвин разглядел цефеиды (класс пульсирующих звезд). Закон Хаббла стал как никогда близок к своему окончательному формированию. Астроном вычислил расстояние до этих маячков и размеры крупнейшей галактики Местной группы. Согласно его выводам, Андромеда содержит примерно один триллион звезд (в 2,5-5 раз больше Млечного пути).

Как далеко, как быстро?

Даже сегодняшние астрономы используют переменные звезды, цефеиды, для того чтобы оценить скорость расширения нашей локальной вселенной. Главная их цель — точное измерение постоянной Хаббла. А для этого нужно знать расстояние до какого-либо объекта и величину его скорости, или красного смещения. Красное смещение несложно измерить по атомным спектрам. Частоту определенного атомного перехода в свете звезды можно сравнить с нею же, но полученной в лаборатории, разница между ними и даст величину красного смещения. Расстояния определять труднее, поскольку для этого необходимо наблюдать за некоторым небесным телом, для которого известна его длина или истинная яркость, «стандартная свеча».

Способов определения астрономических расстояний существует немало. Способ цефеид хорошо работает для ближних галактик, в которых еще можно различить индивидуальные звезды. Однако на расстояниях много больших необходимы другие методы. Они существуют, и все их можно объединить, соорудив гигантскую измерительную линейку, или «шкалу расстояний». Однако, поскольку каждый метод имеет свои особенности, точность этой расширенной шкалы все еще оставляет желать лучшего.

Ныне постоянная Хаббла известна с точностью около 10%, за что следует благодарить главным образом наблюдения за галактиками и космическим микроволновым фоновым излучением, проведенные космическим телескопом «Хаббл». Расширение вселенной началось с породившего ее Большого взрыва — вот с тех пор галактики и разлетаются. Закон Хаббла позволяет установить предельный возраст вселенной. Поскольку она постоянно расширяется, можно проследить этот процесс вспять, к начальной точке. Получается 14 миллиардов лет. По счастью, скорости расширения не достаточно для того, чтобы порвать вселенную на куски. На самом-то деле космос точно сбалансирован, полностью разорваться он не может и содержит массу достаточную, чтобы со временем начать сжиматься в точку.

Формула закона Хаббла-Леметра

Очевидной скорость спада v галактик быть выведены из формулы Доплера и его расстояние d измеряется цефеид, закон Хаббла-Леметр просто написано

vзнак равноЧАСd{\ Displaystyle v = H_ {0} d \;},

где — постоянная Хаббла , буква H , конечно, используется в честь Хаббла. Индекс 0 используется для указания значения константы в настоящее время. На самом деле это не постоянно во времени. Со временем он очень быстро уменьшается. Однако в течение нескольких миллиардов лет масштабный коэффициент d увеличивается быстрее, чем уменьшается H, поэтому расширение ускоряется.
ЧАС{\ displaystyle H_ {0}}

При необходимости мы можем заменить скорость v ее значением, полученным из красного смещения z и скорости света c, чтобы получить

противzзнак равноЧАСd{\ displaystyle cz = H_ {0} d \;}.

Эти два закона действительны только для малых значений скорости, следовательно, для относительно небольших расстояний. Теперь мы знаем, что интерпретация красного смещения с точки зрения эффекта Доплера не является физически правильной, поскольку увеличение расстояния между двумя галактиками со временем происходит не из-за скорости галактик в фиксированном пространстве, а, скорее, из-за протяженности самого пространства. , галактики остаются неподвижными в этом пространстве. Поэтому нам нужно провести другой анализ. Подробности и связанные с этим позже.

Физическая интерпретация закона Хаббла-Леметра

Если ограничиться применением закона Хаббла-Леметра в локальной вселенной (несколько сотен миллионов световых лет), то вполне возможно истолковать закон Хаббла-Леметра как движение галактик в пространстве. Однако, поскольку закон устанавливает кажущуюся скорость удаления, пропорциональную расстоянию, его экстраполяция приводит к выводу, что достаточно далекие галактики удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света , что явно противоречит специальной теории относительности . Фактически, мы должны применять закон Хаббла-Леметра не в рамках специальной теории относительности, а в рамках общей теории относительности . Это оговаривает, среди прочего, что понятие относительной скорости между двумя объектами (например, двумя удаленными галактиками) является чисто локальным понятием: можно измерить разницу в скорости между двумя объектами, только если их траектории «достаточно близки» друг от друга. другой. Конечно, необходимо указать этот последний термин, который в данном случае по существу говорит о том, что понятие относительной скорости имеет значение только в области пространства-времени, которая может быть правильно описана метрикой Минковского . Действительно, можно показать (см. Расширение Вселенной ), что масштаб длины, за пределами которого мы больше не можем локально описать расширяющееся пространство с помощью метрики Минковского, является в точности радиусом Хаббла , то есть расстоянием, за пределами которого кажущиеся скорости удаления являются точно релятивистскими.

Таким образом, интерпретация в терминах движения в пространстве, описываемая специальной теорией относительности, становится совершенно неверной в тот момент, когда возникает парадокс скорости удаления, превышающей скорость света. Этот парадокс разрешается в рамках общей теории относительности, которая позволяет интерпретировать закон Хаббла-Леметра не как движение в пространстве, а как расширение самого пространства. В этом контексте постулат о невозможности превышения скорости света, часто (и неправильно), используемый в специальной теории относительности, переформулируется более точно, утверждая, что никакой сигнал не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света, причем скорости локально измеряются с помощью наблюдатели в регионах, где пространство может быть описано специальной теорией относительности (т. е. в мелком масштабе).

Примечания

1. ↑ 12

   А.В. Засов.,К.А. Постнов. Общая Астрофизика. — Фрязино: Век 2, 2006. — С. 421-432. — 496 с. — ISBN 5-85099-169-7.

2. Стивен Вайнберг. Космология. — Москва: УРСС, 2013. — С. 21-81. — 608 с. — ISBN 978-5-453-00040-1.
3. Хаббла закон / Новиков И. Д. // Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. — 2-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1986. — С. 709. — 783 с. — 70 000 экз.
4. Хаббла закон (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах)
5. Edwin Hubble in translation trouble : Nature News
6. ↑ 12 P. A. R. Adeet al . (Planck Collaboration) (22 March 2013). «Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results».Astronomy and Astrophysics1303 : 5062. arXiv:1303.5062. DOI:10.1051/0004-6361/201321529. Bibcode: 2013arXiv1303.5062P. Проверено 2014-06-14.
7. Ю. Н. Ефремов. Постоянная Хаббла. Архивировано 11 августа 2011 года.

Выводы из закона

Определив, что туманность Андромеды – галактика, состоящая из отдельных звёзд, Хаббл обратил внимание на смещение в спектральных линиях излучений соседних галактик. Смещение было сдвинуто в красную сторону, и учёный охарактеризовал это, как проявление эффекта Доплера

У него получилось, что галактики, по отношению к Земле, удаляются. Дальнейшие исследования помогли понять, что галактики тем быстрее убегают, чем дальше от нас они находятся. Именно этот факт и определил, что закон Хаббла – центростремительное разбегание Вселенной со скоростями, нарастающими по мере удаления от наблюдателя. Кроме того, что Вселенная расширяется, закон определяет, что она ещё имела своё начало во времени. Для понимания данного постулата, нужно попытаться происходящее расширение визуально запустить обратно. В таком случае можно дойти до начальной точки. В этой точке – маленьком комке протоматерии – и был сосредоточен весь объём нынешней Вселенной.

Это допущение, что наша реальность родилась из маленького комочка, получила название теории Большого взрыва. Пока эта теория считается наиболее удачной моделью происхождения Вселенной и её эволюции.

Закон Хаббла также способен пролить свет и на возраст нашего мира. Если удаление всех галактик происходило изначально с той же скоростью, которая наблюдается и ныне, то время, прошедшее с начала разлёта, и есть само значение возраста. При современном значении постоянной Хаббла (67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк), возраст нашей Вселенной оценён в (13,798 ± 0,037) . 109 лет.

Похожие записи:

Реликтовое излучение Совместимость львов и весов: союз, заключенный на небесах Близнецы и рыбы совместимость в дружбе Онлайн гадание «на любовь» с картами ангелов дорин верче Гороскоп на 2021 год для знака дева Характеристика и совместимость кролика (кота) в гороскопе животных по годам рождения