ハッブルの法則。科学的発見の歴史と本質

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ハッブルの法則。科学的発見の歴史と本質

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「1744 年にスイスの天文学者デシェゾと 1826 年に独立してオルバースは、次のパラドックスを定式化しました」と T. レゲは彼の著書に書いています。、永遠かつ不変であり、星で一様に満たされ、それらの密度は平均して一定である.簡単な計算の助けを借りて、SzezoとOlbersは、星によって地球に送られる光の総量が無限であるべきであることを示した。夜空は黒くはなりませんが、穏やかに言えば、光があふれています. 彼らのパラドックスを取り除くために、彼らは、宇宙に広大なさまよう不透明な星雲が存在し、最も遠い星を覆い隠していると仮定しました. 実際、これは不可能です.状況から抜け出すために：星からの光を吸収することによって、星雲は思わず熱くなり、星と同じように光を放ちます.

したがって、宇宙論の原理が真実である場合、アリストテレスの永遠で不変の宇宙という考えを受け入れることはできません。ここで、相対性理論の場合と同様に、自然は想像上のアリストテレス的完全性よりも、その発達において対称性を好むようです。

しかし、宇宙の不可侵性に対する最も深刻な打撃は、星の進化の理論ではなく、偉大なアメリカの天文学者エドウィン・ハッブルによって得られた銀河の後退速度の測定結果によって対処されました。

エドウィンハッブル (1889–1953) は、ミズーリ州マーシュフィールドの小さな町で、保険代理店のジョンパウエルハッブルと妻のバージニアリージェームズの間に生まれました。エドウィンは、小さな望遠鏡を自作した母方の祖父の影響で、早くから天文学に興味を持つようになりました。

エドウィンは 1906 年に高校を卒業しました。 XNUMX 歳のとき、ハッブルはシカゴ大学に入学しました。シカゴ大学は、当時、米国で最も優れた教育機関のトップ XNUMX の XNUMX つでした。天文学者F.R. 太陽系の起源に関する有名な理論の著者であるマルトン。彼は、ハッブルのさらなる選択に大きな影響を与えました。

大学を卒業した後、ハッブルはロードス奨学金を得ることができ、教育を続けるために XNUMX 年間イギリスに行きました。しかし、自然科学の代わりに、彼はケンブリッジで法律を学ばなければなりませんでした。

1913 年の夏、エドウィンは祖国に戻りましたが、弁護士になることはありませんでした。ハッブルは科学を目指してシカゴ大学に戻り、ヤーク天文台でフロスト教授の指導の下、博士号取得のための論文を準備した。彼の研究は、空のいくつかの部分にある微かな渦巻星雲の統計的研究であり、特に独創的なものではありませんでした。しかし、その時でさえ、ハッブルは「渦巻きはしばしば数百万光年の距離にある星系である」という意見を共有していた。

当時、天文学では偉大な出来事が近づいていました。ウィルソン山天文台は、科学界の著名な主催者であるD.E. ジョンが所長を務めていました。ヘイルは、最大の望遠鏡である 250 インチ反射鏡 (1917 cm - 約 1918 cm) を試運転する準備をしていました。とりわけ、ハッブルは天文台で働くよう招待を受けました。しかし、1919 年の春、彼が博士論文を完成させていたとき、米国は第一次世界大戦に参戦しました。若い科学者は招待を断り、軍隊に志願した。アメリカ遠征軍の一員として、ハッブル少佐は終戦直前の XNUMX 年秋にヨーロッパに滞在しましたが、戦闘に参加する時間がありませんでした。 XNUMX 年の夏、ハッブルはヘイルの招待を受け入れるために動員を解除し、急いでパサデナへ向かいました。

天文台で、ハッブルは星雲の研究を開始し、最初に天の川帯に見える天体に焦点を当てました。

1900世紀の1975分のXNUMXの最も優れた研究を再現したK.ラングとO.ジンゲリッチ（米国）によるアンソロジー「Book of Primary Sources on Astronomy and Astrophysics, XNUMX-XNUMX」には、XNUMXつのハッブル作品が掲載されている。それらの最初のものは、銀河系外星雲の分類に関する研究です。他の XNUMX つは、これらの星雲の性質の確立と赤方偏移の法則の発見に関連しています。

1923 年、ハッブルは 6822 インチと XNUMX インチの反射鏡でアンドロメダ座の星雲の観測を開始しました。科学者は、大きなアンドロメダ星雲は確かに別の星系であると結論付けました. ハッブルは、MOS XNUMX 星雲とさんかく座星雲で同じ結果を得ました。

すぐに多くの天文学者がハッブルの発見に気づきましたが、正式に発表されたのは 1 年 1925 月 XNUMX 日、G. レッセルがアメリカ天文学協会の大会でハッブルの報告書を読んだときでした。有名な天文学者 D. ステビンズは、ハッブル報告は「物質世界の体積を XNUMX 倍に拡大し、渦巻の性質に関する長い論争を確実に解決し、これらが私たちの銀河系とほぼ匹敵する巨大な星の集合であることを証明した」と書いています。。」今、宇宙は星の島、つまり銀河で満たされた空間として天文学者たちの前に現れました。

星雲の真の性質の XNUMX つの確立は、天文学の歴史におけるハッブルの場所を決定しました。しかし、さらに優れた成果が彼の手に落ちました。赤方偏移の法則の発見です。

渦巻銀河と楕円銀河のスペクトル研究は、そのような考察に基づいて1912年に開始されました1。それらが実際に銀河の外側にある場合、それらはその回転に関与しないため、視線速度は太陽の動きを示します。これらの速度は毎秒200〜300キロメートルのオーダーであると予想されました。つまり、銀河中心の周りの太陽の速度に対応します。

一方、いくつかの例外を除いて、銀河の視線速度ははるかに速いことが判明しました。それらは毎秒数千および数万キロメートルで測定されました。

1929 年 36 月中旬、米国国立科学アカデミーの議事録で、ハッブルは「銀河系外星雲の距離と視線速度の関係について」と題する短いメモを発表しました。その時点で、ハッブルはすでに銀河の速度を XNUMX 個の天体の距離と一致させる能力を持っていました。これらの XNUMX つの量は正比例の条件によって関連付けられていることが判明しました: 速度は距離にハッブル定数を掛けた値に等しくなります。

この表現はハッブルの法則と呼ばれます。 1929年の科学者は、500 km /（s x Mpc）でのハッブル定数の数値を決定しました。しかし、彼は銀河までの距離を確立するのに誤りを犯しました。これらの距離の修正と改良を繰り返した後、ハッブル定数の数値は50 km /（s x Mpc）と見なされます。

ウィルソン山天文台は、遠く離れた銀河の視線速度を決定し始めました。 1936 年までに、M. フマソンは 42 個の星雲のデータを公開しました。おおぐま座の遠い銀河団のメンバーから、秒速 000 キロメートルという記録的な速度が記録されました。しかし、これはすでに XNUMX インチ望遠鏡の限界でした。より強力なツールが必要でした。

「より身近で直感的な画像を使用して、ハッブル宇宙の膨張の問題に取り組むことができます。たとえば、兵士が1メートルの間隔で正方形に並んでいると想像してください。この間隔は2に増加します。コマンドの実行方法に関係なく、隣り合って立っている1人の兵士の相対速度は100 m / min、100メートルの距離に立っている100人の兵士の相対速度は200 m/minになります。、それらの間の距離がXNUMXメートルからXNUMXメートルに増加することを考慮に入れると、相互除去の速度は距離に比例します。列の膨張後も、宇宙原理は有効なままであることに注意してください。 -兵士」は依然として均等に分布しており、異なる相互距離間で同じ比率です。

私たちの比較の唯一の欠点は、実際には、兵士のXNUMX人が常に正方形の中心に静止しているのに対し、残りの兵士はより速い速度で散乱し、兵士から中心までの距離が長くなることです。ただし、宇宙では、速度の絶対測定を行うことができるマイルストーンはありません。私たちは相対性理論によってそのような機会を奪われています。誰もが彼の動きを彼の隣を歩いている人々の動きとのみ比較することができ、同時に彼らは彼から逃げているように見えます。

したがって、ハッブルの法則は、宇宙原理が常に不変であることを保証していることがわかり、これにより、法則と原理自体の両方が実際に有効であるという意見が確認されます。

直感的なイメージのもう 20 つの例は、爆弾の爆発です。この場合、フラグメントが速く飛ぶほど、遠くまで飛びます。爆発自体の直後に、破片がハッブルの法則に従って分布していることがわかります。つまり、破片の速度は距離に比例します。ただし、ここでは宇宙論の原則が破られています。爆発現場から十分に離れた場所に移動すると、破片が見えなくなるからです。このように、現代宇宙論で最も有名な用語「ビッグバン」が提唱されています。これらの考えによれば、約XNUMX億年前、宇宙のすべての物質が一点に集められ、そこから宇宙が現代のサイズに急速に拡大し始めました.

ハッブルの法則は、ほとんどすぐに科学で認識されました。ハッブルの発見の意義は高く評価されたアインシュタイン. 1931 年 XNUMX 月、彼は次のように書いています。

ハッブルの発見は、静的で揺るぎない宇宙についてのアリストテレスの時代から存在していた考えを最終的に破壊しました。現在、遠方の銀河やクエーサーまでの距離を決定するためにハッブルの法則が使用されています。

著者: サミン D.K.

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