Главная > Большие > Закон Хаббла. Постоянная Хаббла. Расширение вселенной. Закон Хаббла Радиус вселенной с помощью закона хаббла

Закон Хаббла. Постоянная Хаббла. Расширение вселенной. Закон Хаббла Радиус вселенной с помощью закона хаббла

Зако́н Ха́ббла (закон всеобщего разбегания галактик) - космологический закон, описывающий расширение Вселенной . В статьях и научной литературе в зависимости от её специализации и даты публикаций он формулируется по-разному.

v = H 0 r , {\displaystyle v=H_{0}r,}

где v {\displaystyle v} - скорость галактики, r {\displaystyle r} - расстояние до неё, а H 0 {\displaystyle H_{0}} - коэффициент пропорциональности, сегодня называемый постоянной Хаббла .

Однако в современных работах наблюдателей эта зависимость принимает вид:

c z = H 0 r , {\displaystyle cz=H_{0}r,} t H = r V = 1 H 0 . {\displaystyle t_{H}={\frac {r}{V}}={\frac {1}{H_{0}}}.}

Эта величина с точностью до численного множителя порядка единицы соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому по стандартной космологической модели Фридмана .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Закон Хаббла

✪ ЧТО СЕЙЧАС ПРОИСХОДИТ СО ВСЕЛЕННОЙ ★ Vera Space

✪ Радиус наблюдаемой Вселенной (поправка)

✪ Валерий Рубаков: Как расширяется Вселенная

✪ Почему пульсируют цефеиды

Субтитры

Уже в нескольких видео мы упоминали, что все объекты межзвездного масштаба удаляются от Земли. И мы также говорили, что чем дальше находится объект от Земли, тем быстрее он удаляется. В этом видео я хотел бы привести некоторые числовые параметры этих процессов, чтобы лучше понимать их сущность. Чтобы составить представление, вообразим несколько точек на ранней стадии развития Вселенной. Вот одна, другая, ещё одна и ещё точка. Возьмём девять точек, чтобы сформировать решетку. Итак, это ранняя стадия существования Вселенной. Спустя несколько миллиардов лет - естественно, я не рисую в масштабе – все эти точки удалились друг от друга. Эта точка сместилась туда - перерисую для наглядности весь столбец. Одну секунду. Итак, спустя несколько миллиардов лет Вселенная расширилась. И объекты удалились друг от друга. Сейчас помечу цветом. Эта точка будет фиолетовой. И она переместилась сюда. Зеленая точка удалилась от фиолетовой. А синяя удалилась от фиолетовой в этом направлении. И так далее... Желтая точка, может быть, здесь. Полагаю, вам понятен принцип. Остальные точки будут желтые. И все они удалились друг от друга, так что никакого центра нет. Каждый объект просто удаляется от соседних. Из этого следует, что этот объект не только удалится от этого, но и от этого - причем ещё дальше. Потому что здесь имело место не только расширение. Или, формулируя по-другому, кажущаяся скорость удаления объекта при расширении пропорциональна расстоянию до него. Потому что все точки на пути также подвергаются расширению. Вернемся к этому представлению - процесс можно смоделировать, если считать Вселенную бесконечным плоским листом. Мы как будто берем лист эластичного материала и тянем. Мы его растягиваем. Конечно, мы принимаем, что бесконечность может увеличиваться дальше во всех направлениях. Бесконечный лист растягивается, и увеличивается, хотя не имеет границ. Это можно представить также (как мы делали раньше) - в виде трехмерной поверхности четырехмерной сферы. Или же трехмерной поверхности гиперсферы. Итак, на ранних стадиях сфера выглядела вот так. И эти точки находились, соответственно, фиолетовая здесь, зеленая здесь, сюда добавим синюю точку. И нарисуем остальные желтые. Желтые точки здесь. Все точки находятся на поверхности этой сферы. На поверхности сферы. Ясно, что сейчас я рисую в двух измерениях, потому что представить себе трехмерную поверхность четырехмерной сферы трудно или просто невозможно. Так что мы работаем по аналогии. Если это поверхность шарика, или пузыря, если за миллиарды лет пузырь раздувается - естественно, не в таком масштабе. То получится пузырь большего размера. Эта часть поверхности увеличится. Снова - вот фиолетовая точка. Вот синяя и вот зеленая точки, остальные изображу желтым цветом. Они все удалились друг от друга на поверхности этой сферы. Чтобы показать, что это сфера, я нарисую контуры. Вот так можно показать, что мы на поверхности настоящей, настоящей сферы. Разобравшись с этим, посмотрим, с какой кажущейся скоростью объекты удаляются от нас? Поскольку удаление объектов от нас зависит не только от скорости относительно наблюдателя, но и от исходного удаления от наблюдателя, то есть от нас. Итак, сейчас мы все, что нам нужно запишем. Все объекты, все объекты удаляются друг от друга, удаляются друг от друга, и кажущаяся относительная скорость. Относительная скорость, кажущаяся относительная скорость пропорциональна расстоянию. Пропорциональна расстоянию. И то, что я записал - почему, я собственно, это записал, и есть одна из формулировок закона Хаббла. Закон Хаббла. Он открыл этот закон, наблюдая как изменяется красное смещение объектов с удалением. И они двигались не только быстрее от земли, но также их кажущееся движение друг от друга ускорялось с увеличением расстояния. Так и появился закона Хаббла. Или, иначе говоря, относительно любой точки, относительно земли, воспринимаемая скорость с которой объект движется, будет представлять собой некую константу, умноженную на расстояние от него до наблюдателя. В этом случае наблюдатель - мы. Мы ставим этот ноль – а эта H называется Постоянной Хаббла. Постоянная Хаббла. И это очень непостоянная постоянная. Потому что она зависит от стадии эволюции Вселенной. Поэтому мы ставим этот маленький нолик сюда, чтобы показать – это нынешнее значение постоянной Хаббла. И, говоря о расстоянии, мы имеем в виду актуальное расстояние на текущий момент. Актуальное расстояние на текущий момент. Это имеет большое значение, потому что данное текущее значение постоянно меняется с расширением Вселенной. Поэтому от начала этого видео до конца оно слегка изменится. Но мы можем несколько округлить для рассматриваемого периода, и, когда мы говорим о расстояниях, мы имеем в виду виртуальные жёсткие и мгновенно прикладываемые линейки – естественно, в реальности такое невозможно. Но подобное можно вообразить, что мы и пытаемся делать. Попробуем ввести немного математики - рассчитать реальную скорость удаления. Давайте займемся подсчетами. Итак, нам нужно вычислить реальную скорость удаления. Попробую найти свободное место – сейчас постоянная Хаббла составляет 70,6 плюс/минус 3,1. То есть наблюдается некая разнородность. Имеется погрешность в измерениях, а единица измерения при этом – километры в секунду на мегапарсек. Километры в секунду на мегапарсек. Мегапарсек. При этом не забываем – парсек равен примерно 3,2- 3,3 светового года. Если попробовать это представить себе иначе, предположим, наше местоположение во Вселенной – здесь, и если этот объект удалён на расстояние 1 мегапарсека, то есть на 1 миллион парсеков или 3,26 миллиона световых лет от Земли, повторю – 3,26 миллиона световых лет от Земли, и он, естественно, при наблюдении удаляется от нас, хотя при этом не смещается в пространстве, это содержащее его пространство растягивается так, что объект, по данным красного смещения, удаляется со скоростью 70,6 километров в секунду. 70,6 это огромная скорость - 70,6 километров в секунду, но надо учитывать, что мы рассматриваем масштабы мегапарсеков. Масштабы мегапарсеков. Расстояние до галактики Андромеды менее одного мегапарсека - оно составляет 2,5 миллиона световых лет, то есть около 0,7-0,8 мегапарсека. Так что точка в пространстве, немного более удалённая, чем галактика Андромеда, будет наблюдаться как удаляющаяся со скоростью около 70,6 километра в секунду. Но что будет, если удалиться на вдвое большее расстояние? Если посмотреть на объект, удалённый почти на 7 млн световых лет? То есть на расстоянии в 2 мегапарсека? Если посмотреть на него отсюда, насколько бы он быстро удалялся? Если посмотреть, расстояние составит 2 мегапарсека, то есть вдвое больше. Следует умножить 2 мегапарсека на постоянную. Мегапарсеки сокращаются. То есть 70,6 на 2 - при этом сам объект не движется в пространстве, это пространство расширяется. Так что кажущаяся скорость будет 70,6 на 2 - что составит 141,2 км/с. Здесь может возникнуть вопрос - если можно наблюдать красное смещение объектов, удаляющихся от нас, то как можно определить, что они удаляются также друг от друга? Если посмотреть на красное смещение этого объекта и измерить все это, то будет видно, что он удаляется со скоростью 70,6 километра в секунду. А потом можно посмотреть на другой объект и, на основе его красного смещения, заключить, что он удаляется со скоростью 141,2 километра в секунду, то можно заключить, что эти два объекта удаляются друг от друга со скоростью 70,6 км/с. И это можно применить к различным расстояниям. Надеюсь, это проясняет масштаб расстояний и скоростей. Помните, хоть я и говорил, что это колоссальное расстояние, мегапарсек больше, чем расстояние до галактики Андромеда. Галактика Андромеда – ближайшая к нам крупная галактика. Существуют более мелкие, расположенные ближе, которые являются как бы галактиками-спутниками Млечного Пути. Но галактика в созвездии Андромеды – ближайшая к нам крупная. И мы вообще говорим о сотнях миллиардов галактик только в пределах наблюдаемой Вселенной. Наблюдаемой. Так что при приближении к краю наблюдаемой Вселенной эти скорости, наблюдаемые скорости удаления объектов от нас, становятся весьма существенными. Subtitles by the Amara.org community

История открытия

В 1913-1914 годах американский астроном Весто Слайфер установил, что Туманность Андромеды и ещё более десятка небесных объектов движутся относительно Солнечной системы с огромными скоростями (порядка 1000 км/с). Это означало, что все они находятся за пределами Галактики (ранее многие астрономы полагали, что туманности представляют собой формирующиеся в нашей Галактике планетные системы). Другой важный результат: все исследованные Слайфером туманности, кроме трёх, удалялись от Солнечной системы. В 1917-1922 годах Слайфер получил дополнительные данные, подтвердившие, что скорость почти всех внегалактических туманностей направлена прочь от Солнца. Артур Эддингтон на основе обсуждавшихся в те годы космологических моделей Общей теории относительности предположил, что этот факт отражает общий природный закон: Вселенная расширяется , и чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость.

Вид закона для расширения Вселенной был установлен экспериментально для галактик бельгийским учёным Жоржем Леметром в 1927 году , а позже - знаменитым Э. Хабблом в 1929 году с помощью 100-дюймового (254 см) телескопа обсерватории Маунт-Вилсон , который позволил разрешить ближайшие галактики на звезды. Среди них были цефеиды , используя зависимость «период-светимость» которых, Хаббл измерил расстояние до них, а также красное смещение галактик, позволяющее определить их радиальную скорость.

Полученный Хабблом коэффициент пропорциональности составлял около 500 км/с на мегапарсек . Современное значение составляет 67,80 ± 0,77 км/с на мегапарсек . Столь существенную разницу обеспечивают два фактора: отсутствие поправки нуль-пункта зависимости «период-светимость» на поглощение (которое тогда ещё не было открыто) и существенный вклад собственных скоростей в общую скорость для местной группы галактик .

Теоретическая интерпретация наблюдений

Современное объяснение наблюдений дается в рамках Вселенной Фридмана. Допустим есть источник, расположенный в сопутствующей системе на расстоянии r 1 от наблюдателя. Приемная аппаратура наблюдателя регистрирует фазу приходящей волны. Рассмотрим два интервала между точками с одной и той же фазой :

δ t 1 δ t 0 = ν 0 ν 1 ≡ 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 принятой метрике выполняется равенство:

d t = ± a (t) d r 1 − k r 2 {\displaystyle dt=\pm a(t){\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2}}}}}

Проинтегрировав это уравнение получим:

∫ t 0 t 1 d t a (t) = ∫ 0 r c d r 1 − k r 2 {\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, и малость длины волны относительно радиуса кривизны Вселенной, получим соотношение:

δ t 1 a (t 1) = δ t 0 a (t 0) {\displaystyle {\frac {\delta t_{1}}{a(t_{1})}}={\frac {\delta t_{0}}{a(t_{0})}}}

Если теперь его подставить в первоначальное соотношение:

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

Разложим a(t) в ряд Тейлора с центром в точке a(t 1) и учтем члены только первого порядка:

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

После приведения членов и домножения на c :

c z = a ˙ (t 1) a (t 1) c (t − t 1) = H D {\displaystyle cz={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})}}c(t-t_{1})=HD}

Соответственно, константа Хаббла:

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

Оценка постоянной Хаббла и её физический смысл

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

Одной из важнейших работ Эдвина Хаббла стало наблюдение за туманностью, находящейся в созвездии Андромеда. Изучая её с помощью стодюймового рефлектора, учёный смог классифицировать туманность как некоторую звёздную систему. Это же касается и туманности в созвездие Треугольник, которая также получила статус галактики. Открытие Хаббла расширило объёмы материального мира. Теперь Вселенная стала выглядеть пространством, наполненным галактиками – гигантскими скоплениями звёзд. Рассмотрим открытый им закон - закон Хаббла, один из самых фундаментальных законов современной космологии.

Постоянная Хаббла равна Н 0 = (67,80 ± 0,77) (км/c)/Мпк

История и суть открытия

Космологический закон, характеризующий расширение Вселенной, известен ныне именно как закон Хаббла. Это главнейший наблюдательный факт в современной космологии. Он помогает в оценке времени расширения Вселенной. Вычисления производятся с учётом коэффициента пропорциональности, называемой постоянной Хаббла. Сам закон получил свой нынешний статус вначале, как результат работ Ж. Леметра, а позже и Э. Хаббла, который для этого использовал свойства . Эти интересные объекты имеют периодические изменения светимости, что делает возможным определить их удаление достаточно надёжно. При помощи зависимости «период-светимость», он измерил расстояния до некоторых цефеид. Ещё он определил их галактик, что позволило вычислить радиальные скорости. Все эти эксперименты были проведены в 1929 году.

Величина коэффициента пропорциональности, которую вывел учёный, составила примерно 500 км/сек на 1 Мпк. Но в наше время параметры коэффициента изменились. Теперь он составляет 67,8 ± 0,77 км/сек на 1 Мпк. Эта нестыковка объясняется тем, что Хаббл не учёл поправки на поглощение, которая в его время ещё не была открыта. Плюс к этому, не были приняты во внимание собственные скорости галактик, вкупе со скоростью, общей для группы галактик. Также следует учитывать, что под расширением Вселенной понимается не простой разлёт галактик в пространстве. Это ещё и динамическое изменение самого пространства.

Постоянная Хаббла

Это составляющая величина закона Хаббла, которая увязывает значения расстояния до объекта, находящегося за пределами нашей галактики, и скорости его удаления. Положения этой постоянной определяют средние значения скоростей галактик. Используя постоянную Хаббла, можно определить, что галактика, расстояние до которой 10 Мпк, удаляется со скоростью 700 км/сек. А галактика, удалённая на 100 Мпк, будет иметь скорость уже в 7000 км/сек. Пока все обнаруженные объекты сверхдальнего космоса вписываются в рамки хаббловского закона.

В моделях, где присутствует расширяющаяся Вселенная, постоянная Хаббла с течением времени изменяет своё значение.

Название оправдано её постоянством во всех точках Вселенной, но только на конкретный момент времени. Некоторые астрономы обыгрывают это изменение, называя постоянную – переменной.

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.

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) . 10 9 лет.

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.

Великим физикам прошлого И. Ньютону и А. Эйнштейну Вселенная представлялась статичной. Советский физик А. Фридман в 1924 г. выступил с теорией «разбегающихся» галактик. Фридман предсказал расширение Вселенной. Это было революционным переворотом в физическом представлении о нашем мире.

Американский астроном Эдвин Хаббл исследовал туманность Андромеды. К 1923 году ему удалось рассмотреть, что ее окраины представляют собой скопления отдельных звезд. Хаббл рассчитал расстояние до туманности. У него оказалось – 900 000 световых лет (более точно рассчитанное на сегодняшний день расстояние составляет 2,3 миллиона световых лет). То есть туманность находится далеко за пределами Млечного Пути – Нашей Галактики. Пронаблюдав эту и другие туманности, Хаббл пришел к выводу о структуре Вселенной.

Вселенная состоит из набора огромных звездных скоплений – галактик .

Именно они и представляются нам в небе далекими туманными «облаками», поскольку отдельных звезд на столь огромном удалении мы рассмотреть попросту не можем.

Э. Хаббл подметил важный аспект в полученных данных, который астрономы наблюдали и прежде, но интерпретировать затруднялись. А именно: наблюдаемая длина спектральных световых волн, излучаемых атомами удаленных галактик, несколько больше длины спектральных волн, излучаемых теми же атомами в условиях земных лабораторий. То есть в спектре излучения соседних галактик квант света, излучаемый атомом при скачке электрона с орбиты на орбиту, смещен по частоте в направлении красной части спектра по сравнению с аналогичным квантом, испущенным таким же атомом на Земле. Хаббл взял на себя смелость интерпретировать это наблюдение как проявление эффекта Доплера.

Все наблюдаемые соседние галактики удаляются от Земли, поскольку практически у всех галактических объектов за пределами Млечного Пути наблюдается именно красное спектральное смещение, пропорциональное скорости их удаления.

Самое главное, Хабблу удалось сопоставить результаты своих измерений расстояний до соседних галактик с измерениями скоростей их удаления (по красному смещению).

Математически закон формулируется очень просто:

где v – скорость удаления галактики от нас,

r – расстояние до нее,

H – постоянная Хаббла.

И, хотя изначально Хаббл пришел к этому закону по результатом наблюдения всего нескольких ближайших к нам галактик, ни одна из множества открытых с тех пор новых, все более удаленных от Млечного Пути галактик видимой Вселенной, из-под действия этого закона не выпадает.

Итак, главное следствие закона Хаббла:

Вселенная расширяется.

Расширяется сама ткань мирового пространства. Все наблюдатели (и мы с вами не исключение) считают себя находящимися в центре Вселенной.

4. Теория Большого Взрыва

Из экспериментального факта разбегания галактик был оценен возраст Вселенной. Он оказался равным – около 15 миллиардов лет! Так началась эпоха современной космологии.

Естественно возникает вопрос: а что было в начале? Всего около 20 лет понадобилось ученым, чтобы вновь полностью перевернуть представления о Вселенной.

Ответ предложил выдающийся физик Г. Гамов (1904 – 1968) в 40-ые годы. История нашего мира началась с Большого взрыва. Именно так думает большинство астрофизиков и cегодня.

Большой взрыв – это стремительное падение изначально огромной плотности, температуры и давления вещества, сконцентрированного в очень малом объеме Вселенной. Все вещество мироздания было сжато в плотный комок протоматерии, заключенный в совсем небольшом в сопоставлении с нынешними масштабами Вселенной объеме.

Представление о Вселенной, родившейся из сверхплотного сгустка сверхгорячего вещества и с тех пор расширяющейся и остывающей, получило название теории Большого взрыва.

Более удачной космологической модели происхождения и эволюции Вселенной на сегодня не имеется.

Согласно теории Большого взрыва, ранняя Вселенная состояла из фотонов, электронов и других частиц. Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами. По мере расширения Вселенной, она остывала, и на определенном этапе электроны стали соединяться с ядрами водорода и гелия и образовывать атомы. Это случилось при температуре около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. С этого момента фотоны смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Но нам остались «свидетели» той эпохи – это реликтовые фотоны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно ее заполняет. В результате дальнейшего остывания излучения его температура снизилась и сейчас составляет около 3 К.

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Оно рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Вселенная состоит из набора огромных звездных скоплений – галактик .

Математически закон формулируется очень просто:

где v – скорость удаления галактики от нас,

r – расстояние до нее,

H – постоянная Хаббла.

Итак, главное следствие закона Хаббла:

Вселенная расширяется.

4. Теория Большого Взрыва

Более удачной космологической модели происхождения и эволюции Вселенной на сегодня не имеется.

Если кто-то думает, что слово «разбегаться» имеет сугубо спортивный, в крайнем случае, «антисупружеский» характер, то ошибается. Существуют куда более интересные толкования. К примеру, космологический Закон Хаббла свидетельствует о том, что разбегаются… галактики!

Три вида туманностей

Представьте: в черном, огромном безвоздушном пространстве звездные системы тихо и медленно удаляются друг от друга: «Прощай! Прощай! Прощай!». Пожалуй, оставим в стороне «лирические отступления» и обратимся к научным сведениям. В 1929 году самый влиятельный астроном XX века американский ученый Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953) пришел к выводу: происходит неуклонное расширение Вселенной.

Человек, всю свою сознательную жизнь посвятивший разгадке структуры космоса, родился в Маршфилде С младых ногтей интересовался астрономией, хотя в итоге стал дипломированным юристом. После окончания Кембриджского университета Эдвин работал в Чикаго, в Йоркской обсерватории. В Первую мировую войну (1914-1918 гг.) воевал. Фронтовые годы лишь отодвинули открытие во времени. Сегодня весь ученый мир знает, что такое постоянная 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.

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 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 Согласно его выводам, Андромеда содержит примерно один триллион звезд (в 2,5-5 раз больше Млечного пути).

Константа

Некоторые ученые, объясняя природу цефеидов, сравнивают их с надувными резиновыми мячами. Они то увеличиваются, то уменьшаются, то приближаются, то отдаляются. Лучевая скорость при этом колеблется. При сжатии температура «путешественниц» увеличивается (хотя поверхность уменьшается). Пульсирующие звезды представляют собой необычный маятник, который, рано или поздно, остановится.

Как и остальные туманности, Андромеда охарактеризована ученым, как островное вселенское пространство, напоминающее нашу галактику. В 1929 году Эдвин обнаружил: лучевые скорости галактик и их расстояния взаимосвязаны, линейно зависимы. Был определен коэффициент, выражаемый в км/с на мегапарсек так называемая постоянная Хаббла. Расширяется Вселенная - меняется константа. Но в конкретный момент во всех точках системы мироздания она одинакова. В 2016 году - 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпк.

Представления о системе мироздания, продолжающей эволюцию, расширяющейся, тогда получили наблюдательную основу. Процесс активно изучался астрономом до самого начала Второй мировой войны. В 1942 году он возглавил Отдел внешней баллистики на Абердинском испытательном полигоне (США). Разве об этом мечтал сподвижник, пожалуй, самой загадочной науки на свете? Нет, ему хотелось «расшифровывать» законы потаенных уголков далеких галактик! Что касается политических взглядов, то астроном открыто осуждал лидера Третьего рейха Адольфа Гитлера. На исходе своей жизни Хаббл прослыл мощным противником применения оружия массового поражения. Но вернемся к туманностям.

Великий Эдвин

Многие астрономические константы со временем корректируются, появляются новые открытия. Но все они не идут в сравнение с Законом расширения Вселенной. Знаменитого астронома XX века Хаббла (со времен Коперника равных ему не было!) ставят в один ряд с основателем экспериментальной физики Галилео Галилеем и автором новаторского вывода о существовании звездных систем Уильямом Гершелем.

Еще до того, как был открыт закон Хаббла, его автор стал членом Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, позже академий в разных странах, имеет множество наград. Многие, наверное, слышали про то, что свыше десяти лет назад выведен на орбиту и успешно действует космический телескоп «Хаббл». Это имя носит одна из малых планет, вращающихся между орбитами Марса и Юпитера (астероид).

Будет не совсем справедливо утверждать, что астроном только и мечтал об увековечивании своего имени, но есть косвенные свидетельства того, что Эдвин любил привлечь внимание. Сохранились фото, где он весело позирует рядом с кинозвездами. Чуть ниже мы расскажем о его попытках «зафиксировать» достижение на лауреатском уровне, еще и таким образом войти в историю космологии.

Метод Генриетты Ливитт

Знаменитый британский астрофизик в своей книге «Краткая история времени» писал, что «открытие того, что Вселенная расширяется, стало величайшей интеллектуальной революцией XX века». Хаббл был достаточно удачлив, чтобы оказаться в нужном месте в нужное время. Обсерватория Маунт-Вильсон являлась центром наблюдательной работы, лежащей в основе новой астрофизики (позже получившей название космологии). Самый мощный на Земле телескоп Хукера тогда только вступил в строй действующих.

Но постоянная Хаббла вряд ли была открыта лишь на основании везения. Требовались терпение, упорство, умение побеждать научных соперников. Так американский астроном Харлоу Шепли предлагал свою модель Галактики. Его уже знали, как ученого, определившего размеры Млечного Пути. Он широко применял методику определения расстояний по цефеидам, используя методику, составленную в 1908 году Генриеттой Суон Ливитт. Она устанавливала расстояние до объекта, опираясь на стандартные вариации света от ярких звезд (переменные цефеиды).

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.

Обнаружен Космос

Хаббл использовал метод Шепли для измерения расстояния до переменной звезды. Оказалось, что оно исчисляется миллионами световых лет от Земли, что находится далеко за пределами Млечного Пути. Сама галактика содержит миллионы звезд. Известная Вселенная резко расширилась в тот же день и - в некотором смысле - был обнаружен сам Космос!

Газета "Нью-Йорк Таймс" писала: "Обнаруженные спиральные туманности являются звездными системами. Доктор Hubbel (так в оригинале) подтверждает мнение, что они похожи на "островные вселенные", похожие на нашу собственную". Открытие имело большое значение для астрономического мира, но величайший момент Хаббла был еще впереди.

Никакой статичности

Как мы говорили, победа к «Копернику №2» пришла в 1929 году, когда он классифицировал все известные туманности и измерил их скорости от спектров излучаемого света. Его поразительная находка, что все галактики отступают от нас со скоростями, увеличивающимися пропорционально их удаленности от Млечного Пути, потрясла мир. Закон Хаббла отменил традиционное представление о статической Вселенной и показал, что сама она полна динамики. Сам Эйнштейн склонял голову перед столь потрясающей наблюдательностью.

Автор теории относительности подкорректировал собственные уравнения, которыми обосновывал расширение Вселенной. Теперь Хаббл показал, что Эйнштейн был прав. Хаббловское время - величина, обратная постоянной Хаббла (t H = 1/H). Это характерное время расширения Вселенной на текущий момент.

Взорвались и разлетелись

Если постоянная в 2016 году равна 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпк, то расширение в настоящее время характеризуется следующими цифрами: (4,61 ± 0,05)·10 17 с или (14,610 ± 0,016)·10 9 лет. И снова немного юмора. Оптимисты говорят: это хорошо, что галактики «разбегаются». Если представить, что они сближаются, рано или поздно наступил бы Большой взрыв. Но именно с него началось зарождение Вселенной.

Галактики «рванули» (начали движение) в разные стороны одновременно. Если бы скорость удаления не была пропорциональной расстоянию - теория взрыва бессмысленна. Еще одна производная константа - хаббловское расстояние - произведение времени на скорость света: D H = ct H = c/H. В текущий момент - (1,382 ± 0,015)·10 26 м или (14,610 ± 0,016)·10 9 световых лет.

И снова о надувном шаре. Есть мнение, что даже астрономы не всегда правильно трактуют расширение Вселенной. Часть знатоков считает, что она раздувается, словно резиновый шар, не ведая никаких физических ограничений. Сами галактики при этом не только удаляются от нас, но и хаотично «суетятся» внутри неподвижных скоплений. Иные уверяют, что дальние галактики «уплывают» осколками Большого взрыва, но делают это степенно.

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».

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.

Красное смещение

Пока же телескоп «Хаббл» сделал снимок, который свидетельствует: до вселенской пустоты нам пока далеко. В профессиональной среде в ходу мнение, что ценно открытие Эдвина Хаббла, но не его закон. Однако именно он был почти сразу признан в научных кругах того времени. Наблюдения «красного смещения» не просто завоевало право на существование, оно актуально и в XXI веке.

И сегодня, определяя расстояние до галактик, опираются на супероткрытие ученого. Оптимисты утверждают: даже если наша галактика останется единственной, «скучать» нам не придется. Будут существовать миллиарды карликовых звезд и планет. А значит, рядом с нами по-прежнему будут «параллельные миры», которые нужно будет исследовать.

25.03.2024

Большие

Самое интересное:

Совместимость козерогов и близнецов в любви и браке Гороскоп козерог и близнецы совместимость любовь

Видеть сне человека в белой одежде

Каким иконам Пресвятой Богородице о чём молятся в тех или иных ситуациях?