Постійна хаббла. Розширення всесвіту. Закон хаббла

Якщо хтось думає, що слово «розбігатися» має суто спортивний, в крайньому випадку, «антісупружескій» характер, то помиляється. Існують куди більш цікаві тлумачення. Наприклад, космологічний Закон Хаббла свідчить про те, що розбігаються… галактики!

Три види туманностей

Уявіть: в чорному, величезному безповітряному просторі зоряні системи тихо і повільно віддаляються один від одного: «Прощай! Прощай! Прощай! ». Мабуть, залишимо осторонь «ліричні відступи» і звернемося до наукових відомостей. У 1929 році найвпливовіший астроном XX століття американський вчений Едвін Пауелл Хаббл (1889-1953) прийшов до висновку: відбувається неухильне розширення Всесвіту.

Людина, все своє свідоме життя присвятив розгадки структури космосу, народився в Маршфилд (Штат Міссурі). З дитинства цікавився астрономією, хоча в підсумку став дипломованим юристом. Після закінчення Кембріджського університету Едвін працював в Чикаго, в Йоркській обсерваторії. У Першу світову війну (1914-1918 рр.) Воював. Фронтові роки лише відсунули відкриття в часі. Сьогодні весь вчений світ знає, що таке постійна Хаббла.

На шляху до відкриття

Повернувшись з фронту, вчений звернув свій погляд на високогірну обсерваторію Маунт-Вілсон (штат Каліфорнія). Його взяли туди на роботу. Закоханий в астрономію, молода людина проводив чимало часу, дивлячись в об`єктиви величезних телескопів розміром в 60 і 100 дюймів. Для того часу - найбільші, майже фантастика! Над приладами винахідники працювали майже десятиліття, домагаючись максимально можливого збільшення і чіткості зображення.

Нагадаємо, видима межа Всесвіту іменується Метагалактикою. Вона виходить до стану на момент Великого Вибуху (космологічна сингулярність). Сучасні положення свідчать, що значення фізичних постійних однорідні (мається на увазі швидкість світла, елементарний заряд і ін.). Вважається, що Метагалактика вміщує 80 мільярдів галактик (дивовижна цифра звучить ще так: 10 секстильйонів і 1 септільонов зірок). Форма, маса і розмір - для Всесвіту це зовсім інші, ніж прийняті на Землі, поняття.

загадкові цефеїди

Щоб обгрунтувати теорію, яка пояснює розширення Всесвіту, потрібні були тривалі глибокі дослідження, складні зіставлення і обчислення. На початку двадцятих років XX століття вчорашній солдат нарешті зміг класифікувати туманності, спостережувані окремо від Чумацького шляху. Згідно з його відкриття, вони спіральні, еліптичні й неправильні (три види).

У найближчій до нас зоряній системі, але не навколо спіральної туманності Андромеди, Едвін розгледів цефеїди (клас пульсуючих зірок). Закон Хаббла став як ніколи близький до свого остаточного формування. Астроном обчислив відстань до цих маячків і розміри найбільшої галактики Місцевої групи. За його висновками, Андромеда містить приблизно один трильйон зірок (в 2,5-5 разів більше Чумацького шляху).

Константа

Деякі вчені, пояснюючи природу цефеїд, порівнюють їх з надувними гумовими м`ячами. Вони то збільшуються, то зменшуються, то наближаються, то віддаляються. Променева швидкість при цьому коливається. При стисненні температура «мандрівниць» збільшується (хоча поверхню зменшується). Пульсуючі зірки представляють собою незвичайний маятник, який, рано чи пізно, зупиниться.

Як і інші туманності, Андромеда охарактеризована вченим, як острівна вселенський простір, що нагадує нашу галактику. У 1929 році Едвін виявив: променеві швидкості галактик і їх відстані між собою, лінійно залежні. Було визначено коефіцієнт, який виражається в км / с на мегапарсек (Мпс). Це так звана постійна Хаббла. Розширюється Всесвіт - змінюється константа. Але в конкретний момент у всіх точках системи світобудови вона однакова. У 2016 році - 66,93 ± 0,62 (км / с) / Мпк.

Уявлення про систему світобудови, що продовжує еволюцію, що розширюється, тоді отримали спостережну основу. Процес активно вивчався астрономом до самого початку Другої світової війни. У 1942 році він очолив Відділ зовнішньої балістики на Абердинском випробувальному полігоні (США). Хіба про це мріяв сподвижник, мабуть, самої загадкової науки на світі? Ні, йому хотілося «розшифровувати» закони питаннях куточків далеких галактик! Що стосується політичних поглядів, то астроном відкрито засуджував лідера Третього рейху Адольфа Гітлера. Під кінець свого життя Хаббл уславився потужним противником застосування зброї масового ураження. Але повернемося до туманностям.

Великий Едвін

Багато астрономічні константи згодом коригуються, з`являються нові відкриття. Але всі вони не йдуть в порівняння з Законом розширення Всесвіту. Знаменитого астронома XX століття Хаббла (з часів Коперника рівних йому не було!) Ставлять в один ряд із засновником експериментальної фізики Галілео Галілеєм і автором новаторського висновку про існування зоряних систем Вільямом Гершелем.

Ще до того, як був відкритий закон Хаббла, його автор став членом Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, пізніше академій в різних країнах, має безліч нагород. Багато хто, напевно, чули про те, що понад десять років тому виведений на орбіту і успішно діє космічний телескоп «Хаббл». Це ім`я носить кратер на Місяці, одна з малих планет, що обертаються між орбітами Марса і Юпітера (астероїд).

Буде не зовсім справедливо стверджувати, що астроном тільки і мріяв про увічнення свого імені, але є непрямі свідчення того, що Едвін любив привернути увагу. Збереглися фото, де він весело позує поруч з кінозірками. Трохи нижче ми розповімо про його спроби «зафіксувати» досягнення на лауреатському рівні, ще й таким чином увійти в історію космології.

Метод Генрієтти Левітт

Знаменитий британський астрофізик Стівен Хокінг в своїй книзі «Коротка історія часу» писав, що «відкриття того, що Всесвіт розширюється, стало найбільшою інтелектуальною революцією XX століття». Хаббл був досить щасливий, щоб опинитися в потрібному місці в потрібний час. Обсерваторія Маунт-Вільсон була центром наглядової роботи, що лежить в основі нової астрофізики (пізніше отримала назву космології). Найпотужніший на Землі телескоп Хукера тоді тільки став до ладу діючих.

Відео: Закон Хаббла

Але постійна Хаббла навряд чи була відкрита лише на підставі везіння. Були потрібні терпіння, завзятість, уміння перемагати наукових суперників. Так американський астроном Харлоу Шеплі пропонував свою модель Галактики. Його вже знали, як вченого, яке визначило розміри Чумацького Шляху. Він широко застосовував методику визначення відстаней по цефеидам, використовуючи методику, складену в 1908 році Генриеттой Суон Лівітт. Вона встановлювала відстань до об`єкта, спираючись на стандартні варіації світла від яскравих зірок (змінні цефеїди).

Чи не пил і газ, а інші галактики

Харлоу Шеплі вважав, що ширина галактики 300 000 світлових років (приблизно в десять разів вище допустимого значення). Однак Шеплі, як і більшість астрономів того часу, був упевнений: Чумацький Шлях - це і є весь Всесвіт. Незважаючи на припущення, вперше зроблене Вільямом Гершелем в XVIII столітті, він поділяв поширену думку, що все туманності для щодо прилеглих об`єктів - всього лише плями пилу і газу в небі.

Скільки гірких, холодних ночей провів Хаббл, сидячи у потужного телескопа Хукера, перш ніж зміг довести, що Шеплі не правий. У жовтні 1923 року Едвін зауважив в М31 туманності (сузір`я Андромеди) «спалахнув» об`єкт і припустив, що він не належить до Чумацького Шляху. Після ретельного вивчення фотопластин, на яких була зображена та ж площа, раніше досліджена іншими астрономами, в тому числі, Шеплі, Едвін зрозумів, що це цефеида.

Відео: Видима Всесвіт. 98,7 тисяч галактик

виявлено Космос

Хаббл використовував метод Шеплі для вимірювання відстані до змінної зірки. Виявилося, що воно обчислюється мільйонами світлових років від Землі, що знаходиться далеко за межами Чумацького Шляху. Сама галактика містить мільйони зірок. Відома Всесвіт різко розширилася в той же день і - в деякому сенсі - був виявлений сам Космос!

газета "Нью-Йорк Таймс" писала: "Виявлені спіральні туманності є зоряними системами. Доктор Hubbel (так в оригіналі) підтверджує думку, що вони схожі на "острівні всесвіти", Схожі на нашу власну". Відкриття мало велике значення для астрономічного світу, але найбільший момент Хаббла був ще попереду.

ніякої статичності

Як ми говорили, перемога до «Копернику №2» прийшла в 1929 році, коли він класифікував всі відомі туманності і виміряв їх швидкості від спектрів випромінюваного світла. Його вражаюча знахідка, що всі галактики відступають від нас зі швидкостями, що збільшуються пропорційно їх віддаленості від Чумацького Шляху, потрясла світ. Закон Хаббла скасував традиційне уявлення про статичної Всесвіту і показав, що сама вона сповнена динаміки. Сам Ейнштейн схиляв голову перед настільки надзвичайною спостережливістю.

Автор теорії відносності підкоригував власні рівняння, якими обґрунтовував розширення Всесвіту. Тепер Хаббл показав, що Ейнштейн був правий. Хаббловском час - величина, зворотна постійної Хаббла (t_H = 1 / H). Це характерний час розширення Всесвіту на поточний момент.

Відео: Темна матерія і темна енергія, антиматерія. HD якість. Всесвіт

Вибухнули і розлетілися

Якщо постійна в 2016 році дорівнює 66,93 ± 0,62 (км / с) / Мпк, то розширення в даний час характеризується наступними цифрами: (4,61 ± 0,05)·-10¹⁷ з або (14,610 ± 0,016)·-10⁹ років. І знову трохи гумору. Оптимісти кажуть: це добре, що галактики «розбігаються». Якщо уявити, що вони зближуються, рано чи пізно настав би Великий вибух. Але саме з нього почалося зародження Всесвіту.

Галактики «рвонули» (почали рух) в різні боки одночасно. Якби швидкість видалення була пропорційною відстані - теорія вибуху безглузда. Ще одна похідна константа - Хаббловском відстань - твір часу на швидкість світла: D_H = ct_H = C / H. У поточний момент - (1,382 ± 0,015)·-10²⁶ м або (14,610 ± 0,016)·-10⁹ світлових років.

І знову про надувному кулі. Є думка, що навіть астрономи не завжди правильно трактують розширення Всесвіту. Частина знавців вважає, що вона роздувається, немов гумова куля, не відаючи ніяких фізичних обмежень. Самі галактики при цьому не тільки віддаляються від нас, але і хаотично «метушаться» всередині нерухомих скупчень. Інші запевняють, що далекі галактики «спливають» осколками Великого вибуху, але роблять це поважно.

Міг би стати Нобелівським лауреатом

Хаббл намагався отримати Нобелівську премію. В кінці 1940-х років навіть наймав рекламного агента (зараз його назвали б піар-менеджер), щоб той просунув справу. Але зусилля були марними: категорії для астрономів не існувало. Едвін помер в 1953 році, в ході наукових досліджень. Протягом декількох ночей він спостерігав позагалактичні об`єкти.

Його остання честолюбна мрія залишилася нездійсненої. Але вчений напевно б порадів тому, що в його честь названий космічний телескоп. І покоління братів по розуму продовжують досліджувати величезний і чудове простір. Воно досі таїть чимало загадок. Скільки відкриттів попереду! І похідні постійні Хаббла, напевно, допоможуть комусь із молодих вчених стати «Коперником №3».

заперечуючи Аристотеля

Що буде доведено або спростовано, як тоді, коли в пух і прах полетіла теорія про нескінченність, вічність і незмінність простору навколо Землі, яку підтримував сам Аристотель? Він приписував Всесвіту симетрію і досконалість. Космологічний принцип підтвердив: все тече, все змінюється.

Є думка, що через мільярди років небеса будуть порожні й темні. Розширення «понесе» галактики за космічний горизонт, звідки світло не зможе дійти до нас. Чи буде актуальна постійна Хаббла для порожнього Всесвіту? Що стане з наукою космологією? Вона зникне? Все це припущення.

Відео: Байки. Разін і постійна Планка

червоне зміщення

Поки ж телескоп «Хаббл» зробив знімок, який свідчить: до вселенської порожнечі нам поки далеко. У професійному середовищі в ходу думку, що є цінним відкриття Едвіна Хаббла, але не його закон. Однак саме він був майже відразу визнаний в наукових колах того часу. Спостереження «червоного зсуву» не просто завоювало право на існування, воно актуально і в XXI столітті.

І сьогодні, визначаючи відстань до галактик, спираються на супероткритіе вченого. Оптимісти стверджують: навіть якщо наша галактика залишиться єдиною, «нудьгувати» нам не доведеться. Існуватимуть мільярди карликових зірок і планет. А значить, поруч з нами як і раніше будуть «паралельні світи», які потрібно буде досліджувати.