Какво е законът на Хъбъл? Константа на Хъбъл. Разширяване на Вселената. Закон на Хъбъл

КОНСТАНТНА НА ХЪБЪЛ

И ЕВОЛЮЦИЯТА НА СТАЦИОНАРНАТА ВСЕЛЕНА

Разглежда се физическият смисъл на параметъра на Хъбъл и произтичащите от него последствия. Показано е, че еволюцията на Вселената може да бъде описана в рамките на стационарен модел, ако параметърът на Хъбъл се преобразува в ускорение на скоростта на разширение на видимата част на Вселената, а гравитационната константа се интерпретира като ускорение от скоростта на нарастване на специфичния обем на пространството на Вселената от момента на разделянето на първичната (и неизвестна за нас) форма на съществуване на материята на материя и пространство. Съответно формулата на Хъбъл ще определи не скоростта, с която даден обект се отдалечава от наблюдателя, а разликата в скоростта на разпространение на електромагнитните вълни между съвременната епоха и времето, когато радиацията, която измерваме, е напуснала този или онзи обект.

През 1929 г. американският адвокат и виден астроном Едуин Хъбъл предположи, че звездите извън нашата галактика се отдалечават от нас с огромна скорост. Това предположение се основава на многобройни измервания на стойностите на червеното отместване в спектрите на цефеидите далеч от нашата галактика и идеите на Кристиан Доплер за пряката връзка между промените в дължините на светлинните вълни и скоростта и вектора на движение на източника на радиация. Откривайки, че червеното изместване на спектралните линии на едни и същи елементи в спектрите на извънгалактични обекти е пропорционално на разстоянието до тези обекти, Хъбъл заключава, че колкото по-далеч е източникът на радиация, толкова по-голяма е скоростта на неговото отстраняване, както и като скоростта на отдалечаване на Земята от обекта, който наблюдаваме. Така възниква идеята за разширяваща се Вселена, според която преди няколко милиарда години в резултат на т. нар. голям взрив (според образното определение на причината за разширяването на един от критиците на тази хипотеза , Фред Хойл и авторът на този примитивен модел на структурата на Вселената, американски гражданин от руски произход, Джордж Гамов) за част от секундата в неизвестна точка в пространството, която все още не съществува и е неизвестно от какво се е образувала цялата материя на Вселената. Оценка на скоростта на разширяване на Вселената е константата на Хъбъл, която определя степента на нарастване на скоростта, с която космическите обекти се отдалечават един от друг, докато разстоянието между тях се увеличава.

Тази статия показва, че константата на Хъбъл, ако се даде обичайното измерение за физически величини, работи не само извън нашата галактика, но и вътре в нея. В този случай обаче не се случва разширяване на Вселената.

Формулата на Хъбъл за разширяващата се Вселена е проста:

Където V– скоростта на отдалечаване на конкретен космически обект от наблюдателя (както и наблюдателя от същия обект) в км/сек, r – разстоянието до обекта, измерено в мегапарсеци, е константата на Хъбъл, която има размерността ( км/с)/Mpc. Прието е, че мегапарсек е равен на 3,26 милиона светлинни години, а една светлинна година е 3,1536 · 107 секунди и съответства на разстоянието, което светлината изминава за една година. Точната числена стойност на константата на Хъбъл, поради липсата на възможност за директно измерване на разстоянията между космическите обекти, е трудна за изчисляване и непрекъснато се усъвършенства. Според последните данни, получени от орбиталния телескоп Хъбъл, числовата стойност на този параметър е приблизително 70 ( км/с)/Mpc, въпреки че различни източници дават различни стойности за този параметър - от 50 до 100 ( км/с)/Mpc. През 2007 г. е планирано да бъде изстреляно новото поколение космически телескоп Планк, който ще направи възможно измерването на параметъра Хъбъл, според плановете на авторите на този проект, с точност около ± 5 ( км/сек)/Mpc.

Физическото значение на константата на Хъбъл може да се тълкува по различни начини. Ако един мегапарсек в размерността на този параметър се превърне в километри от пътя, изминат от светлината, както се практикува във всички учебници и специализирана литература, това ще означава възрастта на Вселената. Ако мегапарсекът е представен в секунди, което не противоречи на присъщото му измерение на времето, тогава получаваме ускорението:

с които нашата Вселена трябва да се разширява. По някаква причина последната версия на тълкуването на физическия смисъл на константата на Хъбъл мълчи в литературата в продължение на много години - от появата на тази концепция. Смятало се е, че разширяването на Вселената става с постоянна скорост. И едва през 1998 г., когато бяха получени нови данни за някои от най-отдалечените от нас квазари, научната общност призна, че Вселената показва определени признаци на ускорено разширяване на пространството.

Да приемем, че нашата Вселена наистина се разширява с известно ускорение. Тогава, знаейки скоростта на разширяване на пространството в момента, можем да оценим възрастта на Вселената. Ако вземем предвид, че пространството има свойството на електромагнитно поле, чиято радиална скорост на разпространение в момента е равна на скоростта на светлината, тогава възрастта на Вселената ще бъде:

което е идентично с реципрочната стойност на параметъра на Хъбъл, ако мегапарсекът време се преобразува в километри от пътя, изминат от светлината при съществуващата скорост. Този парадокс на пръв поглед се обяснява с факта, че в последния случай радиусът на видимата част от Вселената Р, изразено в абсолютни стойности, се оказва два пъти по-голямо от изчислението, което предполага ускореното преминаване на светлинния сигнал:

а) с ускорено преминаване на светлинния сигнал R=½g( з) · T 2 = 6,5999 1022 км;

б) при постоянна скорост на светлината Р = V° С T= 13.1989 1022 км.

Така неволно стигаме до извода, че скоростта на светлината не е крайната скорост на разпространение на електромагнитните вълни, а непрекъснато нараства с ускорението ж(з) = 6,80885 10–8 cm/s 2. И така, с всеки век скоростта на светлината се увеличава с 2,147 м/си след 9 години ще достигне стойността км/сек, което може да бъде убедителен аргумент за ЮНЕСКО да обяви тази година за „Година на светлината“.

След това трябва да дефинираме понятието „разширяване на Вселената“, тъй като в съвременната литература няма недвусмислена дефиниция на последното. От гледна точка на хипотезата за големия взрив той се тълкува като разширяване на материята или разпръскване на галактики (според образното описание на този процес от космолозите) с определена скорост върху нарастваща в диаметър сфера от пространството, в в центъра на който е станал големият взрив. В резултат на това можем само да гадаем за каква скорост на разширяване на Вселената говорим всеки път, когато се използва този термин - скоростта на разширяване на материята върху разширяващата се сфера на пространството след експлозията, където е цялата материя на Вселената предполагаемо концентриран, или скоростта на увеличаване на радиуса на тази сфера от неизвестно къде се намира точката на експлозията, която се счита от съвременната теория за център на тежестта на Вселената?

Очевидно формулата на Хъбъл работи в триизмерното пространство, тъй като ефектът от феномена на червеното отместване е еднакъв във всички посоки на звездното небе. Тълкуването на закона в съвременната литература обаче се оказва съвсем различно - увеличаването на скоростта на движение на материята пропорционално на увеличаването на разстоянието между обектите се разглежда само като резултат от разширяването на въображаемата сфера на пространство, което двуизмерно ограничава представите ни за околния свят. В същото време никой никога не е обяснил какво трябва да бъде извън и вътре в тази сфера според тази теория и какъв е радиусът на тази сфера. Най-нещастната последица от хипотезата за Големия взрив е необходимостта да се признае съществуването на център на тежестта във Вселената, от който зависи нашето бъдеще: ако плътността на Вселената надхвърли определена критична граница (около 10–29 g/cm 3), тогава разширяването на пространството трябва да бъде заменено от неговото компресиране, но ако тази граница не бъде достигната, разширяването ще продължи безкрайно дълго. Има очевиден парадокс - законът на Хъбъл е валиден за всяка произволно избрана точка в пространството и центърът на разширение на това пространство (поне тази част от него, която е достъпна за наблюдение) е едно единствено и неизвестно местоположение на точката на първоначална експлозия.

Повече съм впечатлен от идеята за безкрайната структура на Вселената и относително равномерното (или не много равномерно) разпределение на материята в пространството, когато това пространство няма къде да се разширява и няма нужда да се разширява. Ясно е, че в този модел няма център на тежестта на Вселената. В същия модел законът на Хъбъл работи във всяка посока, ако константата на Хъбъл се разбира като ускорение на скоростта на светлината или радиална скорост на разширение видима частна Вселената, т.е. радиусът на частта от Вселената, достъпна за наблюдение спрямо произволно избрана точка в пространството.

В резултат на това възрастта на Вселената, изчислена по-горе, не бележи възникването на материята от нищото с последващото разширяване на тази материя върху някаква разширяваща се сферична сфера на пространството спрямо неизвестно местоположение на точката на големия взрив, а актът на разделяне на първичната (праисторическа и недостъпна за съзерцание) материя в материя и пространство с едновременното придобиване от материята на свойствата на гравитацията, а от пространството - на свойствата на електромагнитното поле. Възрастта на Вселената е радиусът на обема на пространството, който може да се наблюдава от всяка точка на Вселената. Но отвъд 14 милиарда светлинни години няма да видим нищо: отвъд този хоризонт лежи нашето недостъпно минало - първична материя. Това обаче изобщо не означава, че тази материя присъства в момента. В момента светът отвъд този хоризонт изглежда точно както около нас, но ще научим за това едва след няколко милиарда години, когато хоризонтът на видимата част на Вселената се разшири и светлината от нейните покрайнини достигне Земята.

Очевидно е, че с ускореното разпространение на електромагнитните вълни в космоса скоростта на отделяне на светлинните сигнали от космическите обекти, които наблюдаваме, трябва да намалява пропорционално на степента на отдалеченост на тези обекти от Земята. Съответно времето, необходимо на светлинния сигнал да премине от наблюдавания от нас космически обект до Земята, се определя от израза:

като определяме не скоростта, с която даден обект се отдалечава от наблюдателя, а разликата в скоростта на разпространение на електромагнитните вълни между съвременната епоха и времето, когато измерваното от нас излъчване е напуснало този или онзи обект. При тази интерпретация на закона константата на Хъбъл (с първоначално приетото измерение) става индикатор за степента на нарастване на скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в космоса спрямо конкретен космически обект, разположен далеч отвъд границите на нашата галактика.

След това се обръщаме към гравитационната константа Ж= 6,6726·10–8 см 3/ (Ж· с 2). Съизмеримостта на числовата му стойност с константата на Хъбъл (под формата на ускорение на скоростта на светлината) навежда на съвсем определени мисли. Ако това съвпадение не е случайно, то и двата параметъра са от едно естество. Физическото значение на константата на Хъбъл е ясно. Що се отнася до гравитационната константа, тя обикновено се разглежда първоначално като определен коефициент на пропорционалност в емпирично установен закон на природата и нищо повече. Нека се опитаме да придадем на този коефициент конкретно физическо значение. В продължение на горното предположение за разделянето на първичната материя на материя и пространство преди няколко милиарда години, нека приемем, че гравитационната константа, като се вземе предвид нейното измерение, съответства, от една страна, на ускорението на скоростта на нарастване в специфичния обем на пространството в процеса на еволюцията на Вселената, а от друга, до ускоряване на скоростта на намаляване на специфичния обем на веществото, намиращо се в това пространство. Ясно е, че под „материя“ не трябва да разбираме обектите или космическите обекти около нас като такива, а онези елементарни частици, от които те са съставени, т.е. атоми. Последният аспект на проблема е обект на специално изследване и тук не се разглежда.

Исторически законът на Нютон за едно тяло се тълкува като закон, който определя само поведението на материална точка извън това тяло - той определя големината на ускорението на гравитацията в дадена точка в зависимост от масата на тялото ми разстояния Ркъм своя център на тежестта. В този прочит на закона физическият смисъл на гравитационната константа е, че тя е ускорение на скоростта на свиване на специфичния обем пространство (вътре в сферата, описана през дадена точка), като се вземе предвид масата на веществото, разположено в този том. Стойност на ускорението ж, в зависимост от съотношението м/Р 2, в този случай ще се увеличи пропорционално на намаляването на радиуса на въображаемата сфера, тъй като масата на системата остава непроменена.

В космически (вакуумни) условия няма център на тежестта. Следователно, за да прочетете закона на Нютон по отношение на вакуума, можете да изберете всяка точка в пространството като референтна точка и да си представите, че тя е източник на електромагнитно излъчване. Електромагнитните вълни, които се отклоняват от него под формата на въображаеми сфери, ще увеличат радиуса на видимия обем на пространството. Очевидно е, че за да се определи ускорението на радиалната скорост на разширяване на видимата част от пространството, е необходимо да се знае числената стойност на съотношението на масата към квадрата на радиуса на този обем, което трябва да остане постоянно през целия процес , т.е. числената стойност на съотношението м/Р 2 във формулата на Нютон. Ясно е, че само когато м/Р 2 = констускорението на радиалната скорост на нарастване на обема на пространството върху въображаемата повърхност на неговата сфера винаги ще остане постоянно. В този случай, колкото по-далеч отива светлинният сигнал от точката на неговото излъчване, толкова повече се увеличава специфичният обем на пространството (от първоначалната стойност) вътре във въображаемата сфера. По този начин ускорението на скоростта на светлината се определя само от свойство на пространството - константата м/Р 2. Параметърът на Хъбъл дава следната стойност за тази константа:

Сега възниква примамливо предложение - защо да не приемем, че пространството на нашата Вселена м/Р 2 = 1 g/cm 2, ако точната стойност на параметъра на Хъбъл е неизвестна? В този случай ускорението на скоростта на светлината ж= 6,6726·10–8 cm/s 2, и числената стойност на константата на Хъбъл з 0 = 68,599 (км/сек)/Mpc, което е сравнимо с последните оценки на този параметър. Съответно възрастта на Вселената ще бъде години.

Ако „разширяването” на Вселената се осъществява чрез увеличаване на радиуса на нейната видима част и специфичния обем на пространството, което е идентично с намаляване на нейната плътност, то никакво разширение на материята в това пространство не настъпва и няма нужда да се включи хипотезата за взрив, който някога е станал - просто не е съществувал. В противен случай не бихме наблюдавали такова широко разпространено явление в дълбокия космос като сблъсъка (или сливането) на галактики. В допълнение, участието на материята в процеса на разширяване (при условие че това разширение се случва в резултат на първоначалния взрив) предполага признаването на факта, че галактиките, разположени в покрайнините на видимата част на Вселената, се отдалечават от нас на скоростта на светлината, което противоречи на здравия разум. Според мен трябва да се признае, че Вселената, която наблюдаваме, включително материята и пространството, изобщо не се разширява - увеличават се само специфичният обем на пространството и радиусът на видимата част на Вселената, а плътността на пространството се увеличава намаляващи. В този случай енергийната плътност на вакуума (пространството) остава постоянна и не зависи нито от възрастта на Вселената, нито от скоростта на светлината:

В момента радиусът на видимата част от Вселената от всяка точка е (при м/Р 2 = 1 Ж/см 2):

или 4370.216 Mpcв новото си изчисление, т.е. като се вземе предвид ускорението на скоростта на светлината и специфичния обем на вакуума:

Съответно, плътността на вакуума ще бъде равна на реципрочната стойност на специфичния обем – и енергийната плътност на вакуума - По принцип, ако някога стане възможно директното определяне на плътността на космическия вакуум инструментално, тогава ще стане възможно точното определяне на константата на Хъбъл и константата м/Р 2 за пространството на нашата Вселена.

Ако нашите предположения за разпространението на светлината с известно ускорение отговарят на реалността, тогава реалните параметри на светлинната година, като единица за измерване на разстояния (в обичайните размери за физическите величини) до космическите обекти, които наблюдаваме, ще намаляват в пропорционално на степента на разстоянието на последния от наблюдателя. Следователно радиусът на видимата част на Вселената, изчислен по-горе, се оказва два пъти по-малък, отколкото при условие, че скоростта на светлината е постоянна величина. В резултат на това трябва да се признае, че ние наблюдаваме много по-малък обем от заобикалящото ни пространство, отколкото се смяташе досега. Освен това все още не знаем стойността на първоначалния специфичен обем на пространството, от който е започнал процесът на неговото увеличаване и съответно началната скорост на разпространение на електромагнитните вълни. Следователно Вселената, която наблюдаваме, се оказва още по-ограничена в пространството. Може би затова нашите инструменти могат да регистрират обекти, разположени в покрайнините на видимата част на Вселената?

Сега да се върнем към феномена на червеното изместване на спектралните линии на всички елементи в спектрите на далечни звезди, който беше възприет от Едуин Хъбъл в резултат на разширяването на Вселената.

Всъщност в рамките на нашата галактика, въз основа на величината и посоката на изместване на спектралните линии на отделните елементи в спектрите на различни обекти, е възможно да се определи тяхната относителна скорост на движение и да се моделира структурата на цялата галактика като цяло. Освен това ефектът на Доплер ни позволява доста надеждно да оценим скоростите на въртене на Слънцето, най-близките до нас звезди и цели галактики. Въпреки това, на много големи разстояния, изместването на спектралните линии е доминирано от втория компонент на този ефект - увеличаване на дължините на вълните от отдалечени източници на тяхното излъчване, когато това лъчение се приближава до Земята поради общото ускорение на скоростта на светлината. Съответно трябва да се признае, че честотите на достигащите до нас електромагнитни вълни, които се идентифицират от лабораторни, т.е. съвременни аналози, са по-ниски от честотите на последните и тази разлика е по-голяма, колкото по-далеч е източникът на радиация от нас . С други думи, честотите на вибрациите на всички елементи в далечното минало са били по-ниски от честотите на вибрациите на същите елементи в настоящето. Следователно честотата на електромагнитното излъчване, както и скоростта на неговото разпространение, е функция на времето, както и на възрастта на пространството.

Връзки между честотите и скоростите на разпространение на електромагнитните вълни в различни исторически епохи от съществуването на Вселената в зависимост от абсолюта ( ∆λ ) или относително ( z = ∆λ/λ ) стойностите на червеното отместване могат да бъдат получени въз основа на следните съображения.

Електромагнитно излъчване от далечен космически обект с честота

Модерен аналог на източника на радиация има честота на трептене:

и когато комбинираме изрази (5) и (6), получаваме честотата на това излъчване:

което ви позволява да изчислите разстоянието r(В Mpc) към обекта, който наблюдаваме по отношение на стойността на червеното отместване ∆λ или z:

Например най-отдалечените от нас квазари с червено отместване z= 6.56 трябва да е на разстояние 3792.146 Mpcот Земята, а началната скорост на излизащата от тях светлина трябва да бъде 39655.047 км/сек.

В светлината на гореизложеното, реликтовото излъчване, чийто интензитет е еднакъв във всички посоки на звездното небе и фактът на откриване на което се счита за основен аргумент в полза на хипотезата за веднъж случил се голям взрив, може да бъде се разглежда като резултат от излъчването на газова обвивка от примитивна материя, очевидно същият водород, в непосредствена близост до ръба на видимата част на Вселената, където скоростта на светлината е около 97 км/сек, а възрастта на Вселената е около 4,6 милиона години. Тези резултати съответстват на 2 ммдължини на вълните на фоновото лъчение, при условие че източникът на това лъчение е водород. Очевидно е, че с течение на времето дължината на вълната на фоновото лъчение ще нараства пропорционално на увеличаването на скоростта на светлината и радиуса на видимата част на Вселената. По този начин „шумолянето“ на космическото микровълново фоново лъчение, според много сполучливото определение на това явление от американския астроном Стивън Маран, отразява последния етап от образуването на материята в покрайнините на разширяващия се обем на видимата част на Вселената, където тази материя, по неизвестни за нас причини, започва да взаимодейства с пространството и резултатът от това взаимодействие е, който ние откриваме в момента.

В заключение, няколко думи за перспективите на проекта Planck по отношение на по-точното определяне на стойността на константата на Хъбъл с помощта на инструментални методи. Ако ефектът на Доплер се дължи на две причини - относителната скорост на движение и ускореното разпространение на електромагнитните вълни, които предполагаме във времето, тогава тези надежди, очевидно, не могат да бъдат напълно реализирани, тъй като относителните скорости и посоки на векторите на движение на тези източници на радиация, които обикновено се използват в такива експерименти (в астрофизиката те се наричат ​​индикатори за разстояние).

Така при малки разстояния между източника на радиация и наблюдателя, когато V 0 ≈ V c, стойност на изместване на спектралната линия ∆λ 1 от движещ се обект се определя от скоростта на неговото движение Vob:

При значителни разстояния към тази стойност се добавя втори компонент в съответствие с (7):

което се определя от степента на отдалеченост на този обект от наблюдателя. Очевидно е, че колкото по-далеч е източникът на радиация от наблюдателя, толкова по-значителен ще бъде приносът ∆λ 2 до крайната стойност на червеното изместване на спектралните линии:

От това следва, че скоростта на отстраняване на наблюдавания обект, която обикновено се изчислява върху цялата стойност на червено отместване, има по-сложна зависимост:

и може да се определи само като се знае разстоянието до този обект.

Например, когато източникът на радиация е неподвижен спрямо наблюдателя, червеното изместване на зелената линия на водорода ( λ = 4861 Å = 4,861 10–5 см) при 100 Å означава, че началната скорост на светлината, отделяща се от него, е 0,97984 Vc, а времето за преминаване на сигнала е 88.091 Mpc. Ако сме сигурни, че този обект се намира по-близо, да речем, на разстояние 80 Mpc, тогава 90,64 Å в червеното отместване на същата водородна линия трябва да съответства на времето на преминаване на светлинния сигнал до Земята, а 9,36 Å – на разстоянието на наблюдавания обект от нас със скорост 565,62 км/сек. Ако същият обект се намира по-далеч, например на разстояние 90 Mpc, тогава при скоростта на светлината, съответстваща на това разстояние, е 0,9794 Vc, червеното отместване трябва да бъде 102,21 Å. Следователно този обект се приближава към нас със скорост 133,49 км/сек, което се проявява в намаляване на очакваното червено изместване на зелената водородна линия с 2, 21 Å.

Що се отнася до размера на първоначалния специфичен обем на пространството (както и плътността на вакуума), от който е започнал процесът на неговото разширяване, и какъв е механизмът на образуване на материята, отговорите на тези въпроси очевидно трябва да се търсят в гравитационните лещи и най-отдалечените от нас квазари, – с максимални стойности на червено отместване. Възможно е първоначалният специфичен обем на пространството да е свързан с космическо микровълново фоново лъчение, чиято дължина на вълната, ако се разглежда като червено отместване на характерните линии на водорода, определя началната скорост на светлината и съответно първоначалната вакуумна плътност . От тази гледна точка наскоро установеният феномен на анизотропия на космическото микровълново фоново лъчение е от особен интерес, което очевидно показва съществуването в „праисторическата“ ера на Вселената на безкраен брой области, разширяването на специфичния обем на пространството в който започна с различни скорости на разпространение на електромагнитните вълни.

Съвсем очевидно е, че горните идеи за природата на света около нас са хипотеза, основана на предположението за ускорения характер на разпространението на електромагнитното излъчване в космоса. Тези идеи обаче премахват добре известните трудности, свързани с интерпретацията на стойностите на червеното отместване на спектралните линии на отделните елементи в спектрите на много далечни от нас обекти, надвишаващи дължините на вълните на съвременните им аналози, и не изискват използването на доста тромав математически апарат за обяснение на природата на това явление, при което не се губи много.само физически, но и здрав разум. Според същите идеи ние се освобождаваме от факта на съществуване в плоското пространство, непонятно за човешкото мислене, и най-важното от не особено приятното усещане, че нашата Вселена е като тънка черупка на балон, която непрекъснато се разширява тъй като налягането в околното пространство намалява и ние всички летим Бог знае къде с огромна скорост от някаква точка на първоначалната експлозия.

Видимата скорост, с която една галактика се отдалечава от нас, е право пропорционална на нейното разстояние.

Завръщайки се от Първата световна война, Едуин Хъбъл постъпва на работа в астрономическата обсерватория Mount Wilson High-Altitude в Южна Калифорния, която по това време е най-добре оборудваната в света. Използвайки най-новия си рефлекторен телескоп с диаметър на основното огледало 2,5 м, той направи серия от любопитни измервания, които завинаги промениха нашето разбиране за Вселената.

Всъщност Хъбъл възнамеряваше да изследва един дългогодишен астрономически проблем - природата на мъглявините. Тези мистериозни обекти, започващи от 18-ти век, тревожат учените с мистерията на техния произход. До 20-ти век някои от тези мъглявини раждат звезди и се разтварят, но повечето от облаците остават мъгливи - и по-специално по природата си. Тук учените зададоха въпроса: къде всъщност се намират тези мъгляви образувания - в нашата Галактика? или някои от тях представляват други „острови на Вселената“, ако използваме сложния език на онази епоха? Преди пускането в експлоатация на телескопа на планината Уилсън през 1917 г. този въпрос беше чисто теоретичен, тъй като не съществуваха технически средства за измерване на разстоянията до тези мъглявини.

Хъбъл започва изследването си с мъглявината Андромеда, може би най-популярната от незапомнени времена. До 1923 г. той успява да види, че покрайнините на тази мъглявина са клъстери от отделни звезди, някои от които принадлежат към класа Цефеидни променливи(според астрономическата класификация). Чрез наблюдение на променлива цефеида за достатъчно дълъг период от време, астрономите измерват периода на промяна в нейната яркост и след това, използвайки връзката период-светимост, определят количеството светлина, излъчвана от нея.

За да разберем по-добре каква е следващата стъпка, нека дадем тази аналогия. Представете си, че стоите в тъмна нощ и тогава в далечината някой включва електрическа лампа. Тъй като не виждате нищо около себе си, освен тази далечна крушка, е почти невъзможно да определите разстоянието до нея. Може би е много ярко и свети далеч, или може би е слабо и свети наблизо. Как да се определи това? Сега си представете, че по някакъв начин сте успели да разберете мощността на лампата - да речем, 60, 100 или 150 вата. Задачата веднага се опростява, тъй като от видимата осветеност вече можете приблизително да оцените геометричното разстояние до нея. И така: когато измервате периода на промяна в светимостта на цефеида, астрономът е в приблизително същата ситуация като вас, изчислявайки разстоянието до далечна лампа, знаейки нейната яркост (мощност на излъчване).

Първото нещо, което направи Хъбъл, беше да изчисли разстоянието до цефеидите в покрайнините на мъглявината Андромеда и следователно до самата мъглявина: 900 000 светлинни години (по-точно изчисленото разстояние до галактиката Андромеда, както сега се нарича, е 2,3 милиона светлинни години. - Забележка автор) - тоест мъглявината се намира далеч отвъд Млечния път - нашата галактика. След като наблюдава тази и други мъглявини, Хъбъл стига до основно заключение относно структурата на Вселената: тя се състои от колекция от огромни звездни купове - галактики. Именно те ни изглеждат като далечни мъгливи „облаци“ в небето, тъй като ние просто не можем да видим отделни звезди на такова огромно разстояние. Всъщност само това откритие би било достатъчно за Хъбъл да получи световно признание за услугите си към науката.

Ученият обаче не спира дотук и забелязва още един важен аспект в получените данни, който астрономите са наблюдавали и преди, но се затрудняват да го интерпретират. А именно: наблюдаваната дължина на спектралните светлинни вълни, излъчвани от атоми на далечни галактики, е малко по-малка от дължината на спектралните вълни, излъчвани от същите атоми в земните лаборатории. Това означава, че в радиационния спектър на съседни галактики квантът светлина, излъчен от атом, когато електрон скача от орбита на орбита, е изместен по честота към червената част на спектъра в сравнение с подобен квант, излъчен от същия атом на Земята . Хъбъл си позволи да тълкува това наблюдение като проява на ефекта на Доплер, което означава, че всички наблюдавани съседни галактики се изтриватот Земята, тъй като почти всички галактически обекти извън Млечния път имат точно червенспектрално изместване, пропорционално на скоростта на отстраняването им.

Най-важното е, че Хъбъл успя да сравни резултатите от своите измервания на разстоянията до съседните галактики (на базата на наблюдения на променливите цефеиди) с измерванията на техните нива на рецесия (на базата на червеното отместване). И Хъбъл установи, че колкото по-далеч е една галактика от нас, толкова по-бързо се отдалечава. Точно това явление на центростремително „разсейване“ на видимата Вселена с нарастваща скорост, докато се отдалечава от местната точка на наблюдение, се нарича закон на Хъбъл. Математически се формулира много просто:

Където v— скоростта, с която галактиката се отдалечава от нас, r- разстоянието до него и з- т.нар Константа на Хъбъл. Последната се определя експериментално и понастоящем се оценява на приблизително 70 km/(s Mpc) (километри в секунда на мегапарсек; 1 Mpc е приблизително равен на 3,3 милиона светлинни години). Това означава, че галактика на разстояние 10 мегапарсека от нас бяга от нас със скорост 700 km/s, галактика на разстояние 100 Mpc със скорост 7000 km/s и т.н. И въпреки че първоначално Хъбъл дойде към този закон в резултат на наблюдение само на няколко най-близки до нас галактики; нито една от многото нови галактики във видимата Вселена, които са открити оттогава, все по-отдалечени от Млечния път, не излиза от обхвата на този закон.

И така, основното и на пръв поглед невероятно следствие от закона на Хъбъл: Вселената се разширява! Този образ ми се представя най-ясно така: галактиките са стафиди в бързо втасащо тесто с мая. Представете си себе си като микроскопично същество върху една от стафидите, за което тестото изглежда прозрачно: какво ще видите? Докато тестото втасва, всички останали стафиди се отдалечават от вас и колкото по-далеч е стафидата, толкова по-бързо се отдалечава от вас (тъй като между вас и отдалечените стафиди има повече разширяващо се тесто, отколкото между вас и близките стафиди). В същото време ще ви се стори, че вие ​​сте в самия център на разширяващия се универсален тест и в това няма нищо странно - ако бяхте на друга стафида, всичко щеше да ви изглежда абсолютно същото. Така че галактиките се разпръскват по една проста причина: самата тъкан на световното пространство се разширява. Всички наблюдатели (и вие и аз не сме изключение) смятат, че са в центъра на Вселената. Това е най-добре формулирано от мислителя от 15-ти век Николай от Куза: „Всяка точка е центърът на безграничната Вселена.“

Законът на Хъбъл обаче ни казва още нещо за природата на Вселената - и това "нещо" е просто изключително. Вселената имаше начало във времето. И това е много прост извод: достатъчно е да вземем и мислено да „превъртим назад“ конвенционалната филмова картина на разширяването на Вселената, която наблюдаваме - и ще стигнем до момента, когато цялата материя на Вселената е компресирана в плътна бучка прото-материя, затворена в много малък обем в сравнение с настоящия мащаб на Вселената. Идеята за Вселената, родена от свръхплътна купчина свръхгореща материя и оттогава разширяваща се и охлаждаща се, се нарича теория за Големия взрив и днес няма по-успешен космологичен модел за произхода и еволюцията на Вселена. Законът на Хъбъл, между другото, също помага да се оцени възрастта на Вселената (разбира се, много опростено и приблизително). Да приемем, че всички галактики са се отдалечавали от нас с еднаква скорост от самото начало vкоито виждаме днес. Позволявам T— време, изминало от началото на полета им. Това ще бъде възрастта на Вселената и тя се определя от отношенията:

vх T = r,или t = r/V

Но от закона на Хъбъл следва това

r/v = 1/з

Където н— Константа на Хъбъл. Това означава, че чрез измерване на скоростите на рецесия на външни галактики и експериментално определяне н, по този начин получаваме оценка на времето, през което галактиките се разпръскват. Това е предполагаемият живот на Вселената. Опитайте се да запомните: според най-новите оценки възрастта на нашата Вселена е около 15 милиарда години, плюс-минус няколко милиарда години. (За сравнение, възрастта на Земята се оценява на 4,5 милиарда години и животът на нея е възникнал преди около 4 милиарда години.)

Вижте също:

Едуин Пауъл Хъбъл, 1889-1953

американски астроном. Роден в Маршфийлд (Мисури, САЩ), той израства в Уитън (Илинойс) - тогава това не е университет, а индустриално предградие на Чикаго. Завършва с отличие университета в Чикаго (където се отличава и със спортните си постижения). Докато все още е в колежа, той работи като асистент в лабораторията на нобеловия лауреат Робърт Миликан (вижте опита на Миликан), а през летните ваканции като геодезист в железопътното строителство. Впоследствие Хъбъл обичаше да си спомня как, заедно с друг работник, те изостанаха от последния влак, който отвеждаше геодезическия им екип обратно към благата на цивилизацията. Три дни се скитали из горите, преди да стигнат до населено място. Те нямаха никакви провизии със себе си, но, по думите на самия Хъбъл, „Беше възможно, разбира се, да убиеш таралеж или птица, но защо? Основното е, че наоколо имаше достатъчно вода.

След като получава бакалавърската си степен през 1910 г., Хъбъл отива в Оксфорд благодарение на стипендия на Роудс. Там той започва да изучава римско и британско право, но по собствените му думи „заменя правото с астрономия“ и се връща в Чикаго, където започва да се готви да защити дисертацията си. Повечето от наблюденията си ученият провежда в обсерваторията Йеркс, разположена северно от Чикаго. Там той е забелязан от Джордж Елъри Хейл (1868-1938) и през 1917 г. кани младежа в новата обсерватория Маунт Уилсън.

Тук обаче се намесиха исторически събития. Съединените щати влизат в Първата световна война и Хъбъл завършва своята докторска дисертация за една нощ. Д., на следващата сутрин я защитил - и веднага се записал доброволец в армията. Неговият ръководител Хейл получи телеграма от Хъбъл със следното съдържание: „Съжалявам, че трябва да откажа поканата да празнувам защитата. Той отиде на война“. Доброволческият отряд пристигна във Франция в самия край на войната и дори не участва във военните действия, но Хъбъл успя да получи шрапнелна рана от заблуден снаряд. Демобилизиран през лятото на 1919 г., ученият веднага се завръща в калифорнийската обсерватория Маунт Уилсън, където скоро открива, че Вселената се състои от разлитащи се галактики, което се нарича закон на Хъбъл.

През 30-те години Хъбъл продължава активно да изучава света отвъд Млечния път, за което скоро получава признание не само в научните среди, но и сред широката общественост. Той се радваше на слава и на снимки от онези години ученият често може да се види да позира в компанията на известни филмови звезди от онази епоха.

Научно-популярната книга на Хъбъл "Кралството на мъглявините" (Царството на мъглявините),който беше публикуван през 1936 г., допълнително увеличи популярността на учения. Честно казано, трябва да се отбележи, че по време на Втората световна война ученият напуска астрофизичните си изследвания и честно работи в приложната балистика като главен изпълнителен директор на свръхзвуковия аеродинамичен тунел в Абърдийн (Мериленд), след което се връща към астрофизиката до края на дните си е председател на съвместния научен съвет на обсерваторията Маунт Уилсън и обсерваторията Паломар. По-конкретно, той е отговорен за водещата идея и техническото развитие на основния дизайн на известния двеста инчов (пет метров) телескоп Хейл, пуснат в експлоатация през 1949 г. в обсерваторията Паломар. Този телескоп остава и до днес върхът на астрометрията, въплътен в материал. И вероятно е справедливо Хъбъл да е първият от съвременните астрофизици, който е погледнал в дълбините на Вселената през окуляра на този прекрасен инструмент.

Ако пренебрегнем астрономията, Едуин Хъбъл като цяло беше човек с уникално широки интереси. Така през 1938 г. той е избран в съвета на попечителите на библиотеката Хънтингтън в Южна Калифорния и нейната художествена галерия (Лос Анджелис, САЩ). Ученият дари на тази библиотека своята уникална колекция от древни книги по история на науката. Любимата форма на развлечение на Хъбъл беше риболовът със спининг въдица - той постигна високи постижения и в това, а рекордните му улови в планинските потоци на Скалистите планини (САЩ) и на река Тест (Англия) все още се смятат за ненадминати... Едуин Хъбъл умира внезапно на 28 септември 1953 г. в резултат на мозъчен кръвоизлив.

) със скоростта на отстраняването му. Обикновено се обозначава с буквата з. Има размерност, обратна на времето ( з= 2,3·10−18 s−1), но обикновено се изразява в km/s на мегапарсек.

Най-надеждната оценка на константата на Хъбъл за 2010 г. е 70,4 +1,3 -1,4 (km/s)/Mpc ; Така в съвременната епоха две галактики, разделени на разстояние от 1 Mpc, се отдалечават средно със скорост ~70 km/s. В моделите на разширяваща се Вселена константата на Хъбъл се променя с времето, но терминът „константа“ е оправдан от факта, че във всеки даден момент от времето, във всички точки на Вселената, константата на Хъбъл е една и съща. Реципрочната на константата на Хъбъл има значението на характерното време на разширение на Вселената в настоящия момент. За стойност на константата на Хъбъл от 70,4 (km/s)/Mpc (или 2,28 10 −18 s −1), продължителността на живота на Вселената е около 4,38 10 17 s или 13,9 10 9 години.

Бележки

Вижте също

Връзки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "константата на Хъбъл" в други речници:

- (обозначение H0), индикатор за скоростта на премахване на галактиките (ЧЕРВЕНО ИЗМЕСТВАНЕ), която се увеличава с увеличаване на разстоянието от нас, според ЗАКОНА НА ХЪБЪЛ. Нулевият индекс означава, че тази стойност определя нивото на разширяване на пространството в... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Законът на Хъбъл (законът за всеобщото отдалечаване на галактиките) е правило на физическата космология, според което червеното отместване на отдалечени обекти е пропорционално на тяхното разстояние от наблюдателя. Следователно, колкото по-далеч е една галактика от нас, толкова по-бърза е тя от... ... Wikipedia

Скорост на премахване v астрономическа обект е пропорционален на разстоянието r до него, т.е. v = Hr, където I е константата на Хъбъл. Законът важи добре за галактики, които не са включени в купове, и за галактически купове като цяло. Открит от Е. Хъбъл през 1929 г. в... ...

- (на името на американския астроном Е. Хъбъл) (H), коефициентът на пропорционалност между скоростите на отстраняване на извънгалактични частици. обекти, причинени от космологични. разширяване на видимата Вселена и разстояния r(t) =r0 R(t) до тях (L така наречената скала... ... Физическа енциклопедия

- (обозначен с H) коефициент в закона на Хъбъл, който изразява линейната зависимост между скоростта v на космологичното разширение (разширяване) на галактическите купове в зависимост от разстоянието r до тях: v = Hr, където H ? 50 100 km/(s.Mpc) … Голям енциклопедичен речник

Пропорционалност на скоростта на отстраняване на извънгалактични частици. обект на неговото разстояние r: където H е константата на Хъбъл. X. z. работи добре за галактики, които не са включени в клъстери, и за галактически клъстери като цяло. Открит от Е. П. Хъбъл през 1929 г. ... Физическа енциклопедия

- (обозначава се с H), коефициент в закона на Хъбъл, който изразява линейната връзка между скоростта v на космологична рецесия („разширяване“) на галактическите купове в зависимост от разстоянието r до тях: v = Hr, където H; 50 100 km/(s Mpc). * * * HUBBLA CONSTANT HUBBLA... ... енциклопедичен речник

- (обозначен с I), коеф. в закона на Хъбъл, изразяващ линейната връзка между скорост v космологична. разсейване (разширение) на галактически купове с разстояние r до тях: v = Hr, където H 50 100 km/(s*Mpc). Име на име Е. Хъбъл... Естествени науки. енциклопедичен речник

- (H) коефициент, изразяващ линейната зависимост между скоростта v на космологичната рецесия на галактическите купове в зависимост от разстоянието r до тях: v = Hr (закон на Хъбъл), където H = 100 km/s Mpc. Кръстен на американския астроном Е. П. Хъбъл (1889... ... Астрономически речник

Константата на Хъбъл е коефициент, включен в закона на Хъбъл, който свързва разстоянието до извънгалактичен обект (галактика, квазар) със скоростта на неговото отдалечаване. Има размерност, обратна на времето (H=2,3×10 18 s 1), но обикновено се изразява в km/s... ... Wikipedia

„През 1744 г. швейцарският астроном де Чезо и независимо през 1826 г. Олберс формулират следния парадокс“, пише Т. Реге в книгата си, „което доведе до криза в тогавашните наивни космологични модели. Нека си представим, че пространството около Земята е безкрайно, вечно и неизменно и че е равномерно изпълнено със звезди, а тяхната плътност е средно постоянна. С помощта на прости изчисления Шезот и Олберс показаха, че общото количество светлина, изпратено към Земята от звездите, трябва да бъде безкрайно, поради което нощното небе няма да е черно, а меко казано обляно от светлина. За да се отърват от своя парадокс, те предложиха съществуването на огромни блуждаещи непрозрачни мъглявини в космоса, закриващи най-далечните звезди. Всъщност изход от ситуацията няма: след като са погълнали светлина от звездите, мъглявините неизбежно ще се нагреят и ще излъчват светлина по същия начин, както звездите.

Така че, ако космологичният принцип е верен, тогава не можем да приемем идеята на Аристотел за вечна и непроменлива Вселена. Тук, както и в случая с относителността, природата изглежда предпочита симетрията в своето развитие, а не въображаемото аристотелово съвършенство.

Но най-сериозният удар върху неприкосновеността на Вселената беше нанесен не от теорията за еволюцията на звездите, а от резултатите от измерванията на скоростите на отстраняване на галактиките, получени от великия американски астроном Едуин Хъбъл.

Хъбъл (1889–1953) е роден в малкото градче Маршфийлд, Мисури, в семейството на застрахователния агент Джон Пауъл Хъбъл и съпругата му Вирджиния Лий Джеймс. Едуин започва да се интересува от астрономия рано, вероятно под влиянието на дядо си по майчина линия, който си построява малък телескоп.

През 1906 г. Едуин завършва училище. На шестнадесет години Хъбъл постъпва в Чикагския университет, който тогава е една от десетте най-добри образователни институции в Съединените щати. Там е работил астрономът Ф.Р. Мултън, автор на известната теория за произхода на Слънчевата система. Той имаше голямо влияние върху последващия избор на Хъбъл.

След като завършва университета, Хъбъл успява да получи стипендия на Роудс и да отиде в Англия за три години, за да продължи образованието си. Въпреки това, вместо природни науки, той трябваше да учи право в Кеймбридж.

През лятото на 1913 г. Едуин се завръща в родината си, но не става адвокат. Хъбъл се стреми към науката и се завръща в Чикагския университет, където подготвя дисертацията си за докторска степен по философия в обсерваторията Йерк под ръководството на професор Фрост. Работата му беше статистическо изследване на слаби спираловидни мъглявини в няколко области на небето и не беше особено оригинална. Но дори и тогава Хъбъл споделя мнението, че „спиралите са звездни системи на разстояния, често измервани в милиони светлинни години“.

По това време наближава голямо събитие в астрономията - обсерваторията Маунт Уилсън, която се ръководи от забележителния организатор на науката Д.Е. Хейл, се готви да пусне в експлоатация най-големия телескоп - стоинчов рефлектор (250-сантиметров - бележка на автора). Хъбъл, наред с други, получава покана да работи в обсерваторията. Въпреки това през пролетта на 1917 г., докато завършва дисертацията си, Съединените щати влизат в Първата световна война. Младият учен отклонява поканата и отива доброволец в армията. Като част от американските експедиционни сили майор Хъбъл пристигна в Европа през есента на 1918 г., малко преди края на войната, и нямаше време да участва във военните действия. През лятото на 1919 г. Хъбъл е уволнен и бърза за Пасадена, за да приеме поканата на Хейл.

В обсерваторията Хъбъл започва да изучава мъглявини, фокусирайки се първо върху обекти, видими в лентата на Млечния път.

Антологията „The Book of Primary Sources on Astronomy and Astrophysics, 1900–1975” от K. Lang и O. Gingerich (САЩ), която възпроизвежда най-забележителните изследвания за три четвърти от двадесети век, съдържа три произведения на Хъбъл и първата от тях е работа върху класификацията на извънгалактични мъглявини. Другите две са свързани с установяването на природата на тези мъглявини и откриването на закона за червеното отместване.

През 1923 г. Хъбъл започва да наблюдава мъглявината в съзвездието Андромеда, използвайки шестдесет и сто инчови рефлектори. Ученият заключава, че голямата мъглявина Андромеда наистина е друга звездна система. Хъбъл получи същите резултати за мъглявината MOS 6822 и мъглявината Триъгълник.

Въпреки че много астрономи скоро разбраха за откритието на Хъбъл, официалното съобщение дойде едва на 1 януари 1925 г., когато Г. Ръсел прочете доклада на Хъбъл на срещата на Американското астрономическо общество. Известният астроном Д. Стебинс пише, че докладът на Хъбъл „разширява обема на материалния свят стократно и окончателно разрешава дългия спор за природата на спиралите, доказвайки, че те са гигантски колекции от звезди, почти сравними по размер с нашата галактика. ” Сега Вселената изглежда за астрономите като пространство, изпълнено със звездни острови - галактики.

Само установяването на истинската природа на мъглявините определя мястото на Хъбъл в историята на астрономията. Но той имаше и още по-забележително постижение - откриването на закона за червеното отместване.

Спектралните изследвания на спирални и елиптични „мъглявини” са започнали през 1912 г. въз основа на такива съображения1, ако те наистина се намират извън нашата Галактика, тогава те не участват в нейното въртене и следователно техните радиални скорости ще показват движението на Слънцето. Очакваше се тези скорости да са от порядъка на 200–300 километра в секунда, т.е. да съответстват на скоростта на Слънцето около центъра на Галактиката.

Междувременно, с малки изключения, радиалните скорости на галактиките се оказаха много по-големи: те се измерваха в хиляди и десетки хиляди километри в секунда.

В средата на януари 1929 г., в докладите на Националната академия на науките на Съединените щати, Хъбъл представя кратка бележка, озаглавена „За връзката между разстоянието и радиалната скорост на извънгалактическите мъглявини“. По това време Хъбъл вече успя да сравни скоростта на една галактика с нейното разстояние за 36 обекта. Оказа се, че тези две величини са свързани с условието за пряка пропорционалност: скоростта е равна на разстоянието, умножено по константата на Хъбъл.

Този израз се нарича закон на Хъбъл. Ученият определя числената стойност на константата на Хъбъл през 1929 г. на 500 km/(c x Mpc). Той обаче направи грешка при установяването на разстоянията до галактиките. След множество корекции и уточнения на тези разстояния, числената стойност на константата на Хъбъл сега се приема за равна на 50 km/(c x Mpc).

Обсерваторията Маунт Уилсън започна да определя радиалните скорости на все по-отдалечени галактики. До 1936 г. М. Хюмасън публикува данни за сто мъглявини. Рекордна скорост от 42 000 километра в секунда беше регистрирана от член на далечния клъстер от галактики Голямата мечка. Но това вече беше границата на възможностите на стоинчов телескоп. Бяха необходими по-мощни инструменти.

„Можем да подходим към въпроса за разширяването на пространството с Хъбъл, като използваме по-познати, интуитивни изображения“, казва Т. Редж. - Например, представете си войници, подредени на някакъв квадрат с интервал от 1 метър. След това нека се даде команда за раздалечаване на редовете за една минута, така че този интервал да се увеличи до 2 метра. Независимо как се изпълнява командата, относителната скорост на двама войници, стоящи един до друг, ще бъде равна на 1 m/min, а относителната скорост на двама войници, стоящи на разстояние 100 метра един от друг, ще бъде 100 m/ min, като се има предвид, че разстоянието между тях се увеличава от 100 на 200 метра. По този начин скоростта на взаимно отстраняване е пропорционална на разстоянието. Обърнете внимание, че след разширяване на серията космологичният принцип остава валиден: „войнишките галактики“ все още са разпределени равномерно и същите пропорции между различните взаимни разстояния остават.

Единственият недостатък на нашето сравнение е, че на практика един от войниците винаги стои неподвижно в центъра на квадрата, докато останалите се разпръскват със скорости, които се увеличават с по-голямото разстояние от тях до центъра. В космоса няма крайъгълни камъни, спрямо които да се правят абсолютни измервания на скоростта; От такава възможност ни лишава теорията на относителността: всеки може да сравни своето движение само с движението на вървящите до него и в същото време ще му се струва, че те бягат от него.

Следователно виждаме, че законът на Хъбъл гарантира неизменността на космологичния принцип по всяко време и това потвърждава нашето мнение, че и законът, и самият принцип са наистина валидни.

Друг пример за интуитивен образ би бил експлодираща бомба; в този случай, колкото по-бързо лети фрагментът, толкова по-далеч ще лети. Миг след самата експлозия виждаме, че фрагментите се разпределят по закона на Хъбъл, тоест скоростта им е пропорционална на разстоянията до тях. Тук обаче космологичният принцип е нарушен, тъй като ако се отдалечим достатъчно от мястото на експлозията, няма да видим никакви фрагменти. Това изображение подсказва най-известния термин в съвременната космология, „голям взрив“. Според тези идеи преди около 20 милиарда години цялата материя на Вселената е била събрана в една точка, от която е започнало бързото разширяване на Вселената до сегашния й размер.“

Законът на Хъбъл беше почти веднага признат в науката. Значението на откритието на Хъбъл беше високо оценено от Айнщайн. През януари 1931 г. той пише: "Новите наблюдения на Хъбъл и Хюмасън по отношение на червеното изместване... правят вероятно общата структура на Вселената да не е стационарна."

Откритието на Хъбъл окончателно унищожи идеята за статична, непоклатима Вселена, която съществуваше от времето на Аристотел. В момента законът на Хъбъл се използва за определяне на разстоянията до далечни галактики и квазари.

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ГАЛАКТИКИТЕ

Историята на "откриването" на света на галактиките е много поучителна. Преди повече от двеста години Хершел построи първия модел на галактиката, намалявайки размера й петнадесет пъти. Изучавайки множество мъглявини, разнообразието от чиито форми той пръв открива, Хершел стига до извода, че някои от тях са далечни звездни системи „като нашата звездна система“. Той пише: „Не смятам за необходимо да повтарям, че небесата се състоят от области, в които слънцата са събрани в системи.“ И още нещо: „... тези мъглявини могат да се нарекат и млечните пътища - с малка буква, за разлика от нашата система.“

В крайна сметка обаче самият Хершел заема различна позиция по отношение на природата на мъглявините. И това не беше случайно. В крайна сметка той успя да докаже, че повечето от откритите и наблюдавани от него мъглявини се състоят не от звезди, а от газ. Той стигна до много песимистично заключение: „Всичко извън нашата собствена система е покрито в мрака на неизвестното.“

Английският астроном Агнес Кларк пише в книгата си „Звездната система“ през 1890 г.: „Сигурно може да се каже, че нито един компетентен учен, който разполага с всички налични доказателства, не би бил на мнение, че дори една мъглявина е звездна система, сравнима по размер с Млечен път. Практически е установено, че всички обекти, наблюдавани в небето (както звезди, така и мъглявини), принадлежат към едно огромно звено”...

Причината за тази гледна точка беше, че дълго време астрономите не можеха да определят разстоянията до тези звездни системи. Така от измерванията, направени през 1907 г., изглежда следва, че разстоянието до мъглявината Андромеда не надвишава 19 светлинни години. Четири години по-късно астрономите заключиха, че разстоянието е около 1600 светлинни години. И в двата случая се създаде впечатлението, че споменатата мъглявина действително се намира в нашата Галактика.

През двадесетте години на миналия век между астрономите Шепли и Къртис избухва ожесточен спор за природата на Галактиката и други обекти, видими с телескопи. Сред тези обекти е известната мъглявина Андромеда (M31), която се вижда с просто око само като звезда от четвърта величина, но се разгръща във величествена спирала, когато се гледа през голям телескоп. По това време в някои от тези мъглявини бяха открити изблици на нови звезди. Къртис предположи, че при максимална яркост споменатите звезди излъчват същото количество енергия като новите звезди на нашата Галактика. Така той установи, че разстоянието до мъглявината Андромеда е 500 000 светлинни години. Това даде основание на Къртис да твърди, че спиралните мъглявини са далечни звездни вселени като Млечния път. Шапли не беше съгласен с това заключение и разсъжденията му също бяха съвсем логични.

Според Шапли цялата Вселена се състои от една наша галактика, а спиралните мъглявини като M31 са по-малки обекти, разпръснати в тази галактика, като стафиди в торта.

Да предположим, каза той, че мъглявината Андромеда е със същия размер като нашата Галактика (300 000 светлинни години по негова оценка). След това, знаейки нейните ъглови размери, откриваме, че разстоянието до тази мъглявина е 10 милиона светлинни години! Но тогава не е ясно защо новите звезди, наблюдавани в мъглявината Андромеда, са по-ярки, отколкото в нашата Галактика. Ако яркостта на новите в тази „мъглявина“ и в нашата Галактика е една и съща, тогава следва, че мъглявината Андромеда е 20 пъти по-малка от нашата Галактика.

Къртис, напротив, вярваше, че M31 е независима островна галактика, не по-ниска по достойнство от нашата Галактика и отдалечена от нея с няколкостотин хиляди светлинни години. Създаването на големи телескопи и напредъкът на астрофизиката доведоха до признанието, че Къртис е прав. Измерванията, направени от Шепли, се оказват погрешни. Той силно подцени разстоянието до М31. Къртис обаче също греши: вече е известно, че разстоянието до M31 е повече от два милиона светлинни години.

Естеството на спиралните мъглявини е окончателно установено от Едуин Хъбъл, който в края на 1923 г. открива първите и скоро още няколко цефеиди в мъглявината Андромеда. След като оцени техните видими величини и периоди, Хъбъл установи, че разстоянието до тази „мъглявина“ е 900 000 светлинни години. Така окончателно се установява принадлежността на спиралните „мъглявини“ към света на звездните системи като нашата Галактика.

Ако говорим за разстоянията до тези обекти, те все още трябваше да бъдат изяснени и преразгледани. Така че всъщност разстоянието до галактиката M 31 в Андромеда е 2,3 милиона светлинни години.

Светът на галактиките се оказа изненадващо огромен. Но още по-изненадващо е разнообразието на неговите форми.

Първата и доста успешна класификация на галактиките според външния им вид е направена от Хъбъл през 1925 г. Той предложи галактиките да бъдат класифицирани в един от следните три типа: 1) елиптични (обозначени с буквата E), 2) спирални (S) и 3) неправилни (1 g).

Елиптичните галактики са тези, които изглеждат като правилни кръгове или елипси и чиято яркост постепенно намалява от центъра към периферията. Тази група е разделена на осем подтипа от EO до E7, тъй като видимата компресия на галактиката се увеличава. SO лещовидните галактики наподобяват силно сплескани елиптични системи, но имат ясно дефинирано централно звездообразно ядро.

Спиралните галактики, в зависимост от степента на развитие на спиралите, се разделят на подкласове Sa, Sb и Sc. В галактиките тип Sa основният компонент е ядрото, докато спиралите са все още слабо изразени. Преходът към следващия подклас е изявление на факта за нарастващо развитие на спиралите и намаляване на видимия размер на ядрото.

Паралелно с нормалните спирални галактики съществуват и така наречените кръстосани спирални системи (SB). В галактики от този тип много ярко централно ядро ​​е пресечено по диаметъра от напречна ивица. От краищата на този мост започват спиралните разклонения, като в зависимост от степента на развитие на спиралите тези галактики се разделят на подтипове SBa, SBb и SBc.

Неправилните галактики (Ir) са обекти, които нямат ясно дефинирано ядро ​​и не проявяват ротационна симетрия. Техни типични представители са Магелановите облаци.

„Използвах го в продължение на 30 години“, пише по-късно известният астроном Уолтър Бааде, „и въпреки че упорито търсих обекти, които наистина не могат да бъдат включени в системата на Хъбъл, броят им се оказа толкова незначителен, че мога да ги разчитам моите пръсти.” Класификацията на Хъбъл продължава да служи на науката и всички последващи модификации на създанието не са я засегнали.

Известно време се смяташе, че тази класификация има еволюционен смисъл, тоест, че галактиките се „движат“ по диаграмата на „камертона“ на Хъбъл, като последователно променят формата си. Сега тази гледна точка се счита за погрешна.

Сред няколкото хиляди най-ярки галактики 17 процента са елиптични, 80 процента са спирални и около 3 процента са неправилни.

През 1957 г. съветският астроном Б.А. Воронцов-Вельяминов открива съществуването на „взаимодействащи си галактики” – галактики, свързани с „мостове”, „опашки”, както и „гама-форми”, т.е. галактики, в които едната спирала се „усуква”, а другата се „развива”. По-късно бяха открити компактни галактики с размери само около 3000 светлинни години и изолирани звездни системи с диаметър само 200 светлинни години. На външен вид те практически не се различават от звездите на нашата Галактика.

Новият общ каталог (NCC) съдържа списък от около десет хиляди галактики заедно с техните най-важни характеристики (осветеност, форма, разстояние и т.н.) - и това е само малка част от десетте милиарда галактики, които по принцип са видими от Земята. Един приказен гигант, способен да обхване с поглед сто или два милиона светлинни години, гледайки Вселената, би видял, че тя е изпълнена с космическа мъгла, чиито капчици са галактики. От време на време има клъстери, състоящи се от хиляди галактики, събрани заедно. Един такъв гигантски куп се намира в съзвездието Дева.

За великите физици от миналото, И. Нютон и А. Айнщайн, Вселената изглеждаше статична. Съветският физик А. Фридман през 1924 г. излезе с теорията за "разсейването" на галактиките. Фридман предсказа разширяването на Вселената. Това беше революционна революция във физическото разбиране на нашия свят.

Американският астроном Едуин Хъбъл изследва мъглявината Андромеда. До 1923 г. той успя да види, че покрайнините му са клъстери от отделни звезди. Хъбъл изчислява разстоянието до мъглявината. Оказа се, че е 900 000 светлинни години (по-точно изчисленото разстояние днес е 2,3 милиона светлинни години). Тоест, мъглявината се намира далеч отвъд Млечния път – нашата галактика. След като наблюдава тази и други мъглявини, Хъбъл стига до заключение за структурата на Вселената.

Вселената се състои от колекция от огромни звездни купове - галактики.

Именно те ни изглеждат като далечни мъгливи „облаци“ в небето, тъй като ние просто не можем да видим отделни звезди на такова огромно разстояние.

Е. Хъбъл забелязва важен аспект в получените данни, който астрономите са наблюдавали и преди, но го затрудняват да интерпретират. А именно: наблюдаваната дължина на спектралните светлинни вълни, излъчвани от атоми на далечни галактики, е малко по-голяма от дължината на спектралните вълни, излъчвани от същите атоми в земните лаборатории. Това означава, че в радиационния спектър на съседни галактики квантът светлина, излъчен от атом, когато електрон скача от орбита на орбита, е изместен по честота към червената част на спектъра в сравнение с подобен квант, излъчен от същия атом на Земята . Хъбъл си позволи да тълкува това наблюдение като проява на ефекта на Доплер.

Всички наблюдавани съседни галактики се отдалечават от Земята, тъй като почти всички галактически обекти извън Млечния път показват червено спектрално изместване, пропорционално на скоростта на тяхното отдалечаване.

Най-важното е, че Хъбъл успя да сравни резултатите от своите измервания на разстоянията до съседните галактики с измерванията на техните нива на рецесия (на базата на червеното отместване).

Математически законът е формулиран много просто:

където v е скоростта, с която галактиката се отдалечава от нас,

r е разстоянието до него,

H е константата на Хъбъл.

И въпреки че Хъбъл първоначално стигна до този закон в резултат на наблюдение само на няколко най-близки до нас галактики, нито една от многото нови галактики във видимата Вселена, които бяха открити оттогава, все по-отдалечени от Млечния път, не попада извън обхват на този закон.

И така, основното следствие от закона на Хъбъл:

Вселената се разширява.

Самата тъкан на световното пространство се разширява. Всички наблюдатели (и вие и аз не сме изключение) смятат, че са в центъра на Вселената.

4. Теория за Големия взрив

От експерименталния факт за рецесията на галактиките е изчислена възрастта на Вселената. Оказа се равно – около 15 милиарда години! Така започна ерата на съвременната космология.

Естествено възниква въпросът: какво се случи в началото? На учените бяха необходими само около 20 години, за да революционизират напълно разбирането си за Вселената.

Отговорът е предложен от изключителния физик Г. Гамов (1904 - 1968) през 40-те години. Историята на нашия свят започва с Големия взрив. Точно това мислят повечето астрофизици днес.

Големият взрив е бърз спад в първоначално огромната плътност, температура и налягане на материята, концентрирана в много малък обем на Вселената. Цялата материя на Вселената беше компресирана в плътна бучка прото-материя, съдържаща се в много малък обем в сравнение с настоящия мащаб на Вселената.

Идеята за Вселената, родена от супер плътна бучка супер гореща материя и откакто се разширява и охлажда, се нарича теория за Големия взрив.

Днес няма по-успешен космологичен модел за произхода и еволюцията на Вселената.

Според теорията за Големия взрив ранната Вселена се е състояла от фотони, електрони и други частици. Фотоните постоянно взаимодействат с други частици. Докато Вселената се разширява, тя се охлажда и на определен етап електроните започват да се комбинират с ядрата на водорода и хелия и да образуват атоми. Това се случи при температура от около 3000 K и приблизителна възраст на Вселената от 400 000 години. От този момент нататък фотоните могат да се движат свободно в пространството, практически без да взаимодействат с материята. Но все още имаме „свидетели“ на онази епоха - реликтни фотони. Смята се, че космическото микровълново фоново лъчение се е запазило от началните етапи на съществуването на Вселената и я изпълва равномерно. В резултат на по-нататъшното охлаждане на радиацията, температурата му се понижи и сега е около 3 К.

Съществуването на космическо микровълново фоново лъчение е предсказано теоретично в рамките на теорията за Големия взрив. Смята се за едно от основните потвърждения на теорията за Големия взрив.