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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Lei de Hubble. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes “Em 1744, o astrônomo suíço de Shezo e independentemente em 1826 Olbers formulou o seguinte paradoxo”, escreve T. Regge em seu livro, “que levou à crise dos então ingênuos modelos cosmológicos. Imagine que o espaço ao redor da Terra é infinito , eterno e invariável e que é preenchido uniformemente com estrelas, e sua densidade é em média constante. que o céu noturno não será negro, mas, para dizer o mínimo, inundado de luz. Para se livrar de seu paradoxo, eles assumiram a existência de vastas nebulosas opacas errantes no espaço, obscurecendo as estrelas mais distantes. não há saída para a situação: ao absorver a luz das estrelas, as nebulosas inevitavelmente se aqueceriam e elas próprias emitiriam luz igual à das estrelas. Portanto, se o princípio cosmológico é verdadeiro, não podemos aceitar a ideia de Aristóteles de um universo eterno e imutável. Aqui, como no caso da relatividade, a natureza parece preferir a simetria em seu desenvolvimento à perfeição imaginária aristotélica. No entanto, o golpe mais sério na inviolabilidade do universo foi desferido não pela teoria da evolução estelar, mas pelos resultados das medições das velocidades de retrocesso das galáxias obtidas pelo grande astrônomo americano Edwin Hubble. Edwin Hubble (1889–1953) nasceu na pequena cidade de Marshfield, Missouri, filho de John Powell Hubble, um agente de seguros, e sua esposa, Virginia Lee James. Edwin se interessou pela astronomia cedo, provavelmente por influência de seu avô materno, que construiu para si um pequeno telescópio. Edwin se formou no colegial em 1906. Aos dezesseis anos, Hubble ingressou na Universidade de Chicago, que era então uma das dez melhores instituições educacionais dos Estados Unidos. O astrônomo F. R. Multon, autor da conhecida teoria da origem do sistema solar. Ele teve uma grande influência na escolha do Hubble. Depois de se formar na universidade, Hubble conseguiu uma bolsa Rhodes e foi para a Inglaterra por três anos para continuar sua educação. No entanto, em vez das ciências naturais, ele teve que estudar direito em Cambridge. No verão de 1913, Edwin retornou à sua terra natal, mas nunca se tornou advogado. Hubble se esforçou pela ciência e retornou à Universidade de Chicago, onde no Observatório Yerk, sob a orientação do professor Frost, preparou uma dissertação de doutorado. Seu trabalho foi um estudo estatístico de tênues nebulosas espirais em diversas partes do céu e não era particularmente original. Mas mesmo então Hubble partilhava a opinião de que “as espirais são sistemas estelares a distâncias frequentemente medidas em milhões de anos-luz”. Naquela época, um grande evento na astronomia se aproximava - o Observatório Mount Wilson, chefiado pelo notável organizador da ciência D.E. Hale estava se preparando para comissionar o maior telescópio - um refletor de cem polegadas (250 cm - Aprox. Aut.). Entre outros, o Hubble recebeu um convite para trabalhar no observatório. No entanto, na primavera de 1917, quando ele estava concluindo sua dissertação, os Estados Unidos entraram na Primeira Guerra Mundial. O jovem cientista recusou o convite e se ofereceu como voluntário para o exército. Como parte da Força Expedicionária Americana, o Major Hubble chegou à Europa no outono de 1918, pouco antes do fim da guerra, e não teve tempo de participar das hostilidades. No verão de 1919, Hubble desmobilizou-se e correu para Pasadena para aceitar o convite de Hale. No observatório, o Hubble começou a estudar nebulosas, concentrando-se primeiro em objetos visíveis na banda da Via Láctea. Na antologia "Livro de Fontes Primárias sobre Astronomia e Astrofísica, 1900-1975" de K. Lang e O. Gingerich (EUA), que reproduziu as pesquisas mais marcantes de três quartos do século XX, são colocadas três obras do Hubble, e o primeiro deles é um trabalho sobre a classificação das nebulosas extragalácticas. Os outros dois referem-se ao estabelecimento da natureza destas nebulosas e à descoberta da lei do desvio para o vermelho. Em 1923, o Hubble começou a observar a nebulosa na constelação de Andrômeda com refletores de 6822 e XNUMX polegadas. O cientista concluiu que a grande Nebulosa de Andrômeda é de fato outro sistema estelar. O Hubble obteve os mesmos resultados para a nebulosa MOC XNUMX e a nebulosa Triangulum. Embora vários astrônomos logo tenham tomado conhecimento da descoberta de Hubble, o anúncio oficial foi feito apenas em 1º de janeiro de 1925, quando G. Ressel leu o relatório de Hubble no congresso da Sociedade Astronômica Americana. O famoso astrônomo D. Stebbins escreveu que o relatório do Hubble "expandiu cem vezes o volume do mundo material e resolveu definitivamente a longa disputa sobre a natureza das espirais, provando que estes são conjuntos gigantescos de estrelas, quase comparáveis em tamanho à nossa própria galáxia. ." Agora o Universo apareceu diante dos astrônomos como um espaço cheio de ilhas estelares - galáxias. Já um estabelecimento da verdadeira natureza das nebulosas determinou o lugar de Hubble na história da astronomia. Mas uma conquista ainda mais notável caiu em sua sorte - a descoberta da lei do redshift. Os estudos espectrais de "nebulosas" espirais e elípticas foram iniciados em 1912 com base em tais considerações,1 se elas estão realmente localizadas fora da nossa Galáxia, então elas não participam de sua rotação e, portanto, suas velocidades radiais indicarão o movimento do Sol . Esperava-se que essas velocidades fossem da ordem de 200-300 quilômetros por segundo, ou seja, corresponderiam à velocidade do Sol em torno do centro da Galáxia. Enquanto isso, com algumas exceções, as velocidades radiais das galáxias acabaram sendo muito maiores: elas foram medidas em milhares e dezenas de milhares de quilômetros por segundo. Em meados de janeiro de 1929, em Proceedings of the US National Academy of Sciences, Hubble apresentou uma pequena nota intitulada "Sobre a relação entre distância e velocidade radial de nebulosas extragalácticas". Naquela época, o Hubble já tinha a capacidade de igualar a velocidade de uma galáxia com sua distância para 36 objetos. Descobriu-se que essas duas quantidades estão relacionadas pela condição de proporcionalidade direta: a velocidade é igual à distância multiplicada pela constante de Hubble. Essa expressão é chamada de lei de Hubble. O cientista em 1929 determinou o valor numérico da constante de Hubble em 500 km / (s x Mpc). No entanto, ele cometeu um erro ao estabelecer as distâncias das galáxias. Após repetidas correções e refinamentos dessas distâncias, o valor numérico da constante de Hubble é agora considerado 50 km/(s x Mpc). O Observatório Mount Wilson começou a determinar as velocidades radiais de galáxias cada vez mais distantes. Em 1936, M. Humason publicou dados para cem nebulosas. Uma velocidade recorde de 42 quilômetros por segundo foi registrada a partir de um membro de um aglomerado distante de galáxias na Ursa Maior. Mas este já era o limite do telescópio de cem polegadas. Ferramentas mais poderosas eram necessárias. “Você pode abordar a questão da expansão do espaço do Hubble usando imagens mais familiares e intuitivas”, diz T. Regge. “Por exemplo, imagine soldados alinhados em alguma praça com um intervalo de 1 metro. metros. Independentemente da forma como o comando é executado, a velocidade relativa de dois soldados próximos um do outro será de 2 m/min, e a velocidade relativa de dois soldados a uma distância de 1 metros um do outro será de 100 m/min , se levarmos em conta que a distância entre eles aumentará de 100 para 100 metros. Assim, a velocidade de remoção mútua é proporcional à distância. Observe que após a expansão das fileiras, o princípio cosmológico permanece válido: as "galáxias -soldados" ainda são distribuídos uniformemente e as mesmas proporções entre as diferentes distâncias mútuas. O único inconveniente de nossa comparação é que, na prática, um dos soldados fica sempre imóvel no centro da praça, enquanto os demais se dispersam com velocidades tanto maiores quanto maior for a distância entre eles e o centro. No espaço, porém, não há marcos com os quais se possam fazer medições absolutas de velocidade; Estamos privados de tal oportunidade pela teoria da relatividade: cada um pode comparar seu movimento apenas com o movimento daqueles que caminham ao seu lado e, ao mesmo tempo, parecerá que estão fugindo dele. Vemos, portanto, que a lei de Hubble garante que o princípio cosmológico permaneça inalterado em todos os momentos, e isso nos confirma na opinião de que tanto a lei quanto o próprio princípio são de fato válidos. Outro exemplo de imagem intuitiva é a explosão de uma bomba; neste caso, quanto mais rápido o fragmento voar, mais longe ele voará. Um momento após a própria explosão, vemos que os fragmentos estão distribuídos de acordo com a lei de Hubble, ou seja, suas velocidades são proporcionais às suas distâncias. Aqui, no entanto, o princípio cosmológico é violado, pois se nos afastarmos o suficiente do local da explosão, não veremos fragmentos. É assim que o termo mais famoso da cosmologia moderna "big bang" é sugerido. De acordo com essas ideias, cerca de 20 bilhões de anos atrás, toda a matéria do Universo foi coletada em um ponto, a partir do qual começou a rápida expansão do Universo para tamanhos modernos. A lei de Hubble foi quase imediatamente reconhecida na ciência. O significado da descoberta de Hubble foi muito apreciado Einstein. Em janeiro de 1931, ele escreveu: "As novas observações de Hubble e Humason sobre o desvio para o vermelho... tornam plausível que a estrutura geral do universo não seja estacionária". A descoberta de Hubble finalmente destruiu a ideia que existia desde a época de Aristóteles sobre um Universo estático e inabalável. Atualmente, a lei de Hubble é usada para determinar as distâncias de galáxias e quasares distantes. Autor: Samin D. K.
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