La legge di Hubble. Storia ed essenza della scoperta scientifica

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"Nel 1744, l'astronomo svizzero de Shezo e indipendentemente nel 1826 Olbers formularono il seguente paradosso", scrive T. Regge nel suo libro, "che portò alla crisi dei modelli cosmologici allora ingenui. Immaginate che lo spazio intorno alla Terra sia infinito , eterno e invariabile e che è uniformemente riempito di stelle, e la loro densità è mediamente costante. Con l'aiuto di semplici calcoli, Szezo e Olbers hanno dimostrato che la quantità totale di luce inviata sulla Terra dalle stelle dovrebbe essere infinita, a causa di che il cielo notturno non sarà nero, ma, per usare un eufemismo, inondato di luce. Per sbarazzarsi del loro paradosso, hanno ipotizzato l'esistenza di vaste nebulose opache vaganti nello spazio, che oscurano le stelle più lontane. In effetti, c'è nessuna via d'uscita dalla situazione: assorbendo la luce dalle stelle, le nebulose inevitabilmente si surriscalderebbero ed emetterebbero esse stesse luce così come le stelle.

Quindi, se il principio cosmologico è vero, allora non possiamo accettare l'idea di Aristotele di un universo eterno e immutabile. Qui, come nel caso della relatività, la natura sembra preferire la simmetria nel suo sviluppo, piuttosto che l'immaginaria perfezione aristotelica.

Tuttavia, il colpo più grave all'inviolabilità dell'universo è stato inferto non dalla teoria dell'evoluzione stellare, ma dai risultati delle misurazioni delle velocità di allontanamento delle galassie ottenute dal grande astronomo americano Edwin Hubble.

Edwin Hubble (1889–1953) è nato nella piccola città di Marshfield, Missouri, da John Powell Hubble, un agente assicurativo, e da sua moglie, Virginia Lee James. Edwin si interessò presto all'astronomia, probabilmente sotto l'influenza del nonno materno, che si costruì un piccolo telescopio.

Edwin si diplomò al liceo nel 1906. All'età di sedici anni, Hubble entrò all'Università di Chicago, che allora era una delle prime dieci migliori istituzioni educative negli Stati Uniti. L'astronomo FR ha lavorato lì. Multon, autore della nota teoria dell'origine del sistema solare. Ha avuto una grande influenza sull'ulteriore scelta di Hubble.

Dopo essersi laureato all'università, Hubble è riuscito a ottenere una borsa di studio a Rodi ea trasferirsi in Inghilterra per tre anni per continuare la sua formazione. Tuttavia, invece delle scienze naturali, ha dovuto studiare legge a Cambridge.

Nell'estate del 1913, Edwin tornò in patria, ma non divenne avvocato. Hubble aspirava alla scienza e tornò all'Università di Chicago, dove preparò la sua tesi per il grado di Dottore in Filosofia presso l'Osservatorio Yerke sotto la direzione del professor Frost. Il suo lavoro era uno studio statistico di deboli nebulose a spirale in diverse aree del cielo e non era particolarmente originale. Ma anche allora Hubble condivideva l’opinione che “le spirali sono sistemi stellari a distanze spesso misurate in milioni di anni luce”.

In questo momento, si stava avvicinando un grande evento in astronomia: l'Osservatorio di Mount Wilson, guidato dallo straordinario organizzatore scientifico D.E. Hale, si stava preparando a mettere in servizio il telescopio più grande: un riflettore da cento pollici (250 centimetri - nota dell'autore). Hubble, tra gli altri, ha ricevuto un invito a lavorare all'osservatorio. Tuttavia, nella primavera del 1917, mentre stava terminando la sua tesi, gli Stati Uniti entrarono nella prima guerra mondiale. Il giovane scienziato declinò l'invito e si arruolò volontario nell'esercito. Come parte dell'American Expeditionary Force, il maggiore Hubble arrivò in Europa nell'autunno del 1918, poco prima della fine della guerra, e non ebbe il tempo di prendere parte alle ostilità. Nell'estate del 1919 Hubble fu dimesso e si precipitò a Pasadena per accettare l'invito di Hale.

All'osservatorio, Hubble iniziò a studiare le nebulose, concentrandosi prima sugli oggetti visibili nella banda della Via Lattea.

L’antologia “The Book of Primary Sources on Astronomy and Astrophysicals, 1900–1975” di K. Lang e O. Gingerich (USA), che riproduce le ricerche più importanti per tre quarti del ventesimo secolo, contiene tre opere di Hubble, e il primo è un lavoro sulla classificazione delle nebulose extragalattiche. Gli altri due riguardano l'accertamento della natura di queste nebulose e la scoperta della legge dello spostamento verso il rosso.

Nel 1923 Hubble iniziò ad osservare la nebulosa nella costellazione di Andromeda con riflettori da 6822 e XNUMX pollici. Lo scienziato ha concluso che la grande Nebulosa di Andromeda è davvero un altro sistema stellare. Hubble ha ottenuto gli stessi risultati per la nebulosa MOS XNUMX e la nebulosa Triangulum.

Sebbene diversi astronomi venissero presto a conoscenza della scoperta di Hubble, l'annuncio ufficiale arrivò solo il 1 gennaio 1925, quando G. Russell lesse il rapporto di Hubble alla riunione dell'American Astronomical Society. Il famoso astronomo D. Stebbins scrisse che il rapporto di Hubble "moltificò di cento volte il volume del mondo materiale e risolse definitivamente la lunga disputa sulla natura delle spirali, dimostrando che si tratta di giganteschi agglomerati di stelle, quasi paragonabili per dimensioni alla nostra Galassia. " Ora l'Universo appare agli astronomi come uno spazio pieno di isole stellari: le galassie.

Già un accertamento della vera natura delle nebulose ha determinato il posto di Hubble nella storia dell'astronomia. Ma un risultato ancora più eccezionale è toccato a lui: la scoperta della legge del redshift.

Gli studi spettrali di "nebulose" a spirale ed ellittiche furono iniziati nel 1912 sulla base di tali considerazioni,1 se si trovano realmente al di fuori della nostra Galassia, allora non partecipano alla sua rotazione e quindi le loro velocità radiali indicheranno il moto del Sole . Ci si aspettava che queste velocità fossero dell'ordine di 200-300 chilometri al secondo, cioè corrispondevano alla velocità del Sole attorno al centro della Galassia.

Nel frattempo, con poche eccezioni, le velocità radiali delle galassie si sono rivelate molto più elevate: sono state misurate in migliaia e decine di migliaia di chilometri al secondo.

A metà gennaio 1929, in Proceedings of the US National Academy of Sciences, Hubble presentò una breve nota intitolata "Sulla relazione tra distanza e velocità radiale delle nebulose extragalattiche". A quel tempo, Hubble aveva già la capacità di eguagliare la velocità di una galassia con la sua distanza per 36 oggetti. Si è scoperto che queste due quantità sono legate dalla condizione di proporzionalità diretta: la velocità è uguale alla distanza moltiplicata per la costante di Hubble.

Questa espressione è chiamata legge di Hubble. Lo scienziato nel 1929 determinò il valore numerico della costante di Hubble a 500 km / (s x Mpc). Tuttavia, ha commesso un errore nello stabilire le distanze delle galassie. Dopo ripetute correzioni e perfezionamenti di queste distanze, il valore numerico della costante di Hubble è ora considerato 50 km/(s x Mpc).

L'Osservatorio del Monte Wilson iniziò a determinare le velocità radiali di galassie sempre più lontane. Nel 1936, M. Humason pubblicò i dati per cento nebulose. Una velocità record di 42 chilometri al secondo è stata registrata da un membro di un lontano ammasso di galassie nell'Orsa Maggiore. Ma questo era già il limite del telescopio da 000 pollici. Erano necessari strumenti più potenti.

"Puoi affrontare il problema dell'espansione dello spazio di Hubble utilizzando immagini più familiari e intuitive", afferma T. Regge. "Ad esempio, immagina soldati allineati su una piazza con un intervallo di 1 metro. in modo che questo intervallo aumenti a 2 metri. In qualunque modo venga eseguito il comando, la velocità relativa di due soldati in piedi uno accanto all'altro sarà di 1 m/min e la velocità relativa di due soldati in piedi a una distanza di 100 metri l'uno dall'altro sarà di 100 m/min , se teniamo conto che la distanza tra loro aumenterà da 100 a 200 metri. Pertanto, la velocità di rimozione reciproca è proporzionale alla distanza. Si noti che dopo l'espansione delle righe, resta valido il principio cosmologico: le "galassie -soldati" sono ancora distribuiti uniformemente e le stesse proporzioni tra diverse distanze reciproche.

L'unico inconveniente del nostro confronto è che in pratica uno dei soldati sta sempre immobile al centro della piazza, mentre gli altri si disperdono a velocità tanto maggiori quanto maggiore è la distanza tra loro e il centro. Nello spazio, tuttavia, non ci sono pietre miliari rispetto alle quali si possano effettuare misurazioni assolute della velocità; Questa opportunità ci viene privata dalla teoria della relatività: ognuno può confrontare il suo movimento solo con il movimento di coloro che gli camminano accanto, e allo stesso tempo gli sembrerà che stiano scappando da lui.

Vediamo, quindi, che la legge di Hubble assicura che il principio cosmologico rimanga invariato in ogni momento, e questo ci conferma nell'opinione che sia la legge che il principio stesso siano effettivamente validi.

Un altro esempio di immagine intuitiva è l'esplosione di una bomba; in questo caso, più velocemente vola il frammento, più lontano volerà. Un attimo dopo l'esplosione stessa, vediamo che i frammenti sono distribuiti secondo la legge di Hubble, cioè le loro velocità sono proporzionali alle loro distanze. Qui, però, il principio cosmologico è violato, perché se ci allontaniamo abbastanza dal luogo dell'esplosione, non vedremo alcun frammento. In questo modo viene suggerito il termine più famoso nella cosmologia moderna "big bang". Secondo queste idee, circa 20 miliardi di anni fa, tutta la materia dell'Universo è stata raccolta in un punto, da cui è iniziata la rapida espansione dell'Universo alle dimensioni moderne.

La legge di Hubble fu quasi immediatamente riconosciuta nella scienza. Il significato della scoperta di Hubble è stato molto apprezzato Einstein. Nel gennaio 1931 scrisse: "Le nuove osservazioni di Hubble e Humason sul redshift ... rendono plausibile che la struttura generale dell'universo non sia stazionaria".

La scoperta di Hubble alla fine distrusse l'idea che esisteva dai tempi di Aristotele su un Universo statico e incrollabile. Attualmente, la legge di Hubble viene utilizzata per determinare le distanze di galassie e quasar distanti.

Autore: Samin D.K.

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