Hubble: Evrenin genişlemesinin "inşa eden" kaptanının çalışkan kurucusu kim?
Mekanın kendisi her zaman değişiyor, var olduğumuz dünyadaki en şok edici gerçeklerden biridir. Kütle uzayı bozabilir; hareket kütlesi uzayın özelliklerini etkiler; evrendeki dalgacıklar gibi ışık hızındaki uzay yolculuğunun etkileri. Uzay ve zaman birbirinden bağımsız değildir, evrendeki değişmezlerle (özel görelilikteki dört boyutlu değişmezler, uzay-zaman aralığı) uzay-zaman denilen bir bütün halinde birbirine bağlıdırlar.
1920'lerde evren insanlara çok büyük bir sürpriz yaptı. O zamanlar birçok bilim insanı çok radikal bir görüş ortaya attı: uzayın kendisi genişliyor veya daralıyor olabilir. Bu gerçekçi olmayan bir teori değil, aksine, gözlemsel veriler bu teoriyi güçlü bir şekilde destekliyor: bir galaksi bizden ne kadar uzak olursa, o kadar hızlı gerileyecektir. Bu fenomene yanıt olarak, Einstein'ın genel görelilik teorisi kendi kendine tutarlı bir açıklama yapabilir: Evren genişliyor. 1929'dan beri, bu sonucu tersine çevirebilecek gözlemsel bir gerçek bulamadık.
Şekil 2 Bu resim, evrenin genişlemesi sırasında maddenin (üstte), radyasyonun (orta) ve kozmolojik sabitin (altta) evrimini göstermektedir. Resmin sağ tarafı, karşılık gelen genişleme oranlarının evrimini gösterir.Kozmolojik sabit terime karşılık gelen genişleme oranı, evrenin genişlemesiyle hızla bozulan radyasyon ve madde terimlerine karşılık gelen genişleme oranının aksine sabit bir terimdir. Evrenin hızlı genişlemesine neden olur. E. Siegel / Galaksinin Ötesinde
Uzaktaki bir nesnenin uzaklaşma hızı, gözlemciden uzaklığıyla doğru orantılıdır. Edwin Hubble bu basit yasayı önerdiğinden beri, nesiller boyu Hubble Yasası olarak adlandırıldı. Bugüne kadar, geriye dönük hız ve mesafeyi Hubble sabiti olarak ilişkilendiren sabite atıfta bulunduk.
Ancak bununla ilgili bazı sorunlar var, çünkü Hubble tarihte bu yasaya ilk işaret eden kişi değil. Hubble, 1929'da kırmızıya kayma-mesafe ilişkisini ayrıntılı olarak inceleyen ve ikisini sürekli birbirine bağlayan mükemmel bir makaleyi resmen yayınladı. Ancak Hubble'ın makaleyi yayınlamasından iki yıl önce Belçikalı bilim adamı George Lemaitre, Hubble'ın verilerinin bir kısmına dayanarak Hubble ile aynı işi tamamladı. Lemaitrein çalışmalarını anmak için gökbilimciler şimdi bu yasayı Hubble-Lemai yasası olarak adlandırıyorlar. Ancak evrenin genişlediğini kimin keşfettiği hakkındaki hikaye daha yeni başladı.
Şekil 3 Genel görelilikte kullanılan matematiksel araçlar gerçekten çok karmaşıktır ve genel görelilik denklemini karşılayan birçok olası çözüm vardır. Ancak belirtmek gerekir ki, yalnızca belirli bir çözüm formu evrenin doğasını açıkça tanımlayabildiğinde ve onun öngörüleri gözlemlerimiz ve ölçümlerimizle karşılaştırılabildiğinde, o zaman genel göreliliğin gerçekten fiziksel bir teori haline geldiği söylenebilir. T.Pyle / Caltech / MIT / LIGO Lab
Einstein'ın 1915'teki genel görelilik teorisiyle başlayalım. Genel görelilik, Newton'un hareket yasasını tamamen devirmez, ancak daha genel bir Newton hareketi durumu: Genel görelilik, büyük ölçekli ve küçük kütle (düşük kütle yoğunluğu durumunda) durumunda Newton'un hareket yasasına sadeleştirilebilir. Genel görelilik, Newton yasasının açıklayamadığı deneysel ve gözlemsel verileri başarıyla çözdü. Einstein, Merkür'ün yörüngesinin deviniminden, Newton yasasının başarısız olduğu bir güneş tutulması sırasında yıldız ışığının kavisli yayılmasına kadar başarılı oldu.
Daha sonra Einstein, genel görelilik tarafından tahmin edilen statik evrenin istikrarsız olduğunu ve genişlediğini ya da çöktüğünü fark etti. Bu sefer Einstein teorisine inanmadı, evrenin kararlı olması gerektiğini hissetti. Bu sorunu çözmek için Einstein, evrenin istikrarını korumaya çalışmak için genel görelilikte kozmolojik sabiti tanıttı. Bu hareket, Einstein daha sonra tüm fizik kariyeri boyunca yaptığı "en aptalca hata" olarak kabul edildi.
Figür 4 Bir galaksi bizden ne kadar uzak olursa, küçülme oranı genellikle o kadar hızlı olacaktır.Aslında, ilk olarak Srivr tarafından keşfedilmiştir. Ancak bununla o zamanki evren anlayışı arasında bir çelişki var, Hubble'ın gözlemleri tüm bulmacaları çözmek için yeni bir çerçeveye koyana ve herkes evrenin genişlediğini kabul edene kadar değildi. Vesto Slipher, (1917): Proc. Amer. Phil. Soc., 56, 403
Einstein'dan önce bile, Vesto Slipher'in gözlemleri evrenin genişlemesini keşfetmeye yardımcı olmuştu. 1900'lerin başında, Sliver, o zamanlar "girdap bulutsusu" olarak adlandırılan şeyi gözlemlemek için teleskopunda yeni bir cihaz olan bir spektrograf kullanıyordu. Sliver, galaksinin spektrumunun belirli kısımlarını yakalayarak, galaksinin bileşimini anlamak için spektrumdaki belirli atomların karakteristik çizgilerini doğrulayabilir.
Artık atomların geçiş mekanizmasını anladığımıza göre, atomik çizgi sisteminin hareketini ölçerek konağın hareketini anlayabiliriz: eğer bir bütün olarak kırmızıya geçerlerse, o zaman bu atomlar bizden uzaklaşır; eğer bir bütün olarak maviye geçerlerse Sonra bize yaklaşıyorlar. Sliver, gözlemlerini analiz etti ve bu girdap şeklindeki hedeflerin galaksimiz tarafından sınırlandırılamayacak kadar hızlı olduğunu buldu (bunun anlamı, galaksinin bir parçası olmamaları gerektiğidir. O zamanlar, herkes bu kadar çok ve Samanyolu'nun olduğunun farkında değildi. Evrende yaygın olarak çok benzer yapılar var. En temsili olanı, 1920'de Sharpley ile Curtis arasında, M31'in Samanyolu'nun bir parçası olup olmadığı) büyük tartışmadır ve bunların çoğu bizden bile çok uzaktadır. Bazı hedefler diğerlerinden çok daha hızlı uzaklaşır. Sliver'ın sonuçları, bu bulutsu benzeri yapıların bağımsız galaksiler olduğunu ve çoğu galaksinin bizden uzakta olduğunu gösteriyor. Ancak maalesef Sliver bu garip sonuçları bir arada değerlendirmedi, galaksilerin varlığını bulamadı ve evrenin genişlediğine işaret etmedi.
Şekil 5 Genişleyen evrenin olası kaderi. Farklı modellerin geçmişin farklı açıklamaları vardır, bu da evrenin yaşı hakkındaki yargımızı etkileyecektir. Bu modellerden yalnızca biri karanlık enerji dolu evrenimizle eşleşiyor: Bu, 1917'de De Sitter tarafından önerilen karanlık enerji kaynaklı genel görelilik çözümüdür. Kozmik Perspektif / Jeffrey O. Bennett, Megan O. Donahue, Nicholas Schneider ve Mark Voit
Evrenin genişlemesinin keşfine büyük katkı sağlayan bir diğer kişi Willem de Sitter'dir. 1917'de De Sitter, genel göreliliğin evren modeline Einstein'ın kozmolojik sabit terimi tarafından hükmediliyorsa (genel göreliliğin evreni tanımlayan denkleminin üç ana bölümü olduğunu keşfetti: soğuk madde, sıcak madde ve vakum enerjisi. Toz ve radyasyon gibi iyi bilinen şeyler, aslında kozmolojik sabit bir terimdir ve şimdi bu terimin bir karanlık enerji formu olabileceğine inanılıyor), evren genişleyecektir. Bu sonuç, doğrudan, evrenin genişlemesinin uzayın genişlemesi olduğu acımasız gerçeğine işaret eder: uzay sonsuza kadar genişlemeye devam edecek ve daha da kötüsü, nesneler bizden ne kadar uzaklaşırsa, uzay genişledikçe bizden o kadar hızlı uzaklaşırlar.
Evrenin genişlediğine dair net bir gözlemsel kanıt olmamasına rağmen, De Sitter, genel görelilik tarafından desteklenen evren modelinin genişleyen bir evreni öngörebileceğini kanıtladı. (Belki kulağa daha anlamlı geliyor. De Sitter tarafından tanımlanan genişleyen evren, şu anki evrenimizde karanlık enerji biçiminde somutlaşıyor.)
Şekil 6 Friedmanın ilk denklemi modern fizik sembollerinde ifade edilir.Sol terim Hubble sabitini temsil eder, orta terim uzayın kendi metriğini tanımlar ve denklemin sağ tarafındaki üç terim madde ve enerjiyi içerir. Uzayın farklı formları ve eğrilikleri. Friedman tarafından 1922'de türetilen bu denklem, bugün kozmolojideki en önemli denklemdir.
1922'de Alexander Friedmann sansasyonel bir akademik makale yayınladı: Gerçekçi bir Evren vakası için Genel Göreliliği Çözmek (kabaca anlamıyla, gerçek evrenin koşullarına / koşullarına dayalı genel göreliliği çözmek için). İlk defa, genel göreliliğin biçimsel olarak "çeşitli malzemelerle" dolu bir çözümü var: bu malzemeler madde, radyasyon, uzamsal eğrilik, kozmolojik sabitler veya aklınıza gelebilecek herhangi bir şey olabilir.
Friedman, her durumda, evrenin genişlemesi veya daralması gerektiğini keşfetti: Varsayımsal evren çeşitli "malzemelerle" veya tamamen boş bir evrenle dolu olsa bile, istikrarsız olan statik bir evren olamaz. Sliver'ın gözlemlerini 1920'de Sharpley ve Curtis arasındaki büyük tartışmayla birleştiren hem teori hem de gözlem verileri, evrenin genişlemesini destekliyor.
Şekil 7 Andromeda Bulutsusu'nun 1887'deki Gözlemleri. Andromeda Bulutsusu, aynı zamanda, sarmal kol yapısıyla keşfedilen ilk büyük gökadadır. Bu resmin siyah beyaz olmasının nedeni, tüm renklerin ışığının o sırada tamamen görüntülenmiş olması ve yoğunluk yerine siyah ve beyaz kullanılmasıdır.Ayrı filtreleme yoktu. Her bir renkli fotoğraf üst üste bindirildikten sonra renklendirilecektir. . Bu tanımlanabilir karakteristik yapılar, 130 yıldan fazla bir süredir gözlemlendiklerinden beri hiçbir zaman değişmedi, çünkü Andromeda Galaksisi zaten sessiz bir galaksi ve rastgele değişken yıldızlar ve nova ve süpernova gibi kısa süreli olaylar yeterli değil. Galaksi yapısını sallayın. Isaac Roberts
1923'te Hubble, astronomi tarihinin belki de en önemli gözlemini yapmaya başladı ve Andromeda Bulutsusu'nda yeni yıldızlar olabilecek yıldızlar bulmaya çalıştı. 1887'de Andromeda Bulutsusu'nun gözlemleri, Andromeda Bulutsusu'ndaki girdap yapısını ortaya çıkardı.Hubble, Andromeda'nın bizden uzaklığını ölçmek için buradaki yeni yıldızları bulmaya çalıştı. Bir, iki, üç, dördüncü yeni yıldıza kadar heyecan verici şeyler oldu.
Dördüncü yıldız, ilk yıldızla aynı konuma sahiptir! Yeni bir yıldız olsaydı, bu kadar hızlı bir parlaklık değişimi olmazdı Bu bir Cepheid değişken yıldızdır.Hubble hemen onun için yeni yıldız işareti "N" yi geçti ve yanında büyük harflerle kırmızı bir kalem kullandı. Hubble, Henrietta Leavitt'in değişken yıldızlar üzerine yaptığı önceki çalışmasına dayanarak Andromeda Bulutsusu'nun bizden uzaklığını hesaplayabiliyordu ve Andromeda Bulutsusu'nun Samanyolu'ndaki her şeyden çok daha uzakta olduğunu buldu. , Bağımsız bir galaksidir. Sonra Hubble, sonuçlarını dönen tüm gök cisimlerine genişletti.
Hubble'ın keşfi, tüm bulmacaları çözmenin en önemli kanıtıdır ve evrenin genişlediğini resmen kanıtladı.
Şekil 8 Hubble tarafından keşfedilen M31 Andromeda galaksisinde bir Cepheid değişken yıldız. Bu Sefeid değişken yıldız, galaksi dışı galaksinin gözlemsel kanıtıdır ve aynı zamanda insanın evren anlayışını yeni bir boyuta taşır: evren genişliyor. E. Hubble, NASA, ESA, R. Gendler, Z. Levay ve Hubble Miras Ekibi
Hubble ve yardımcısı Milton Humason (Milton Humason), bu sarmal gökadaların mesafesini ölçmek için sarmal gökadalarda daha değişken yıldız verileri topladı. 1920'lerin sonlarında, kendi gözlemsel verilerine ek olarak, Hubble da benzer işler yapan bilim adamlarından veri elde etti.Yakında, Hubble ve ekibi yeterli galaksi verisine kavuştu. Hubble, çeşitli tarafların gözlemlerini birleştirerek, galaksi mesafesi ile kırmızıya kayma arasındaki ilişkiyi keşfetti; bu, evrenin kendisinin genişlediğini gösteren yeterli kanıt.
Ancak tarihte, bu çalışmayı ilk tamamlayan Lemaitre idi, ancak makalesi daha az tanınan bir Fransız dergisinde yayınlandı ve o sırada eserini neredeyse hiç kimse görmedi. Amerikalı bilim adamı Howard Robertson, evrenin genişlediğine ve kabaca genişleme oranını hesapladığına işaret ederek 1928'de sonuçlarını bağımsız olarak yayınladı. Ancak Hubble'ın daha fazla verisi var. 1929'da Hubble çığır açan çalışmalarını yayınladı ve ödüllerin çoğunu kazandı.
Şekil 91929'daki Hubble gözleminin orijinal verileri ve sonraki çalışmaların daha doğru gözlem verileri, ancak takibi hala belirsizdir. Hubbleın verileri, kırmızıya kayma-mesafe ilişkisinin seleflerine ve rakiplerine kıyasla aşılmaz bir avantaja sahip olduğunu açıkça gösteriyor: Hubble tarafından verilen ilişki, daha uzak ve daha doğru olan modern gözlemlerle neredeyse tamamen eşleşiyor. Robert P. Kirshner (Sağ), Edwin Hubble (Sol)
Son zamanlarda, onlarca yıldır çağrıda bulunduğumuz "Hubble Yasası" resmi olarak "Hubble-Le May Yasası" olarak yeniden adlandırıldı. Bu olayın amacı, Lemaitre'nin çalışmasını özel olarak tanımak değil, halkın bilim adamlarının evrenin işleyişini yöneten yasaları ve yasaların kendilerini nasıl keşfettiğini anlayabileceğini ummaktır. Şahsen, tüm fizik kanunlarında insanların isimlerini çıkarmayı gerçekten seviyorum.Bu, kırmızıya kayma-mesafe ilişkisi gibi, bu kanunların ne söylediğini anlamayı kolaylaştırıyor. Evrenin genişlemesini keşfetmenin tarihsel sürecinde, çığır açan keşifler getiren bir veya iki kişinin işi değildi.Bu makalede listelenen bilim adamları ve adı geçmeyen birçok bilim insanı keşif sürecinde olağanüstü başarılar elde ettiler. Temel katkı. Son olarak, doğayı keşfetme sürecinde birkaç kelime daha, en önemli şey insanların evrenin nasıl çalıştığına dair temel bilgileridir ve bu, bilimsel araştırmanın nihai ürünüdür. Geriye kalan her şey, insanoğlunun zaferi boşuna elde etmedeki zayıflığını ancak kanıtlayabilir.
Referans
1. WJ Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. Kiki'nin yulaf lapası
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden baskı için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
