Космология - Расширяющаяся Вселенная
Cosmologyэто исследование Вселенной. В те времена существовало несколько школ мысли о происхождении Вселенной. Многие ученые верили вSteady State Theory. Согласно этой теории, Вселенная всегда была одинаковой, у нее не было начала.
Хотя была группа людей, веривших в Big Bang Theory. Эта теория предсказывает начало Вселенной. Были свидетельства горячего оставленного излучения Большого взрыва, что снова подтверждает эту модель. Теория большого взрыва предсказывает изобилие легких элементов во Вселенной. Таким образом, следуя известной модели Большого взрыва, мы можем утверждать, что у Вселенной было начало. Мы живем в расширяющейся Вселенной.
Красное смещение Хаббла
В начале 1900-х годов современный телескоп, Mt Wilson100-дюймовый телескоп был тогда самым большим телескопом. Хаббл был одним из выдающихся ученых, работавших с этим телескопом. Он обнаружил, что за пределами Млечного Пути есть галактики.Extragalactic Astronomyвсего 100 лет. Маунт Уилсон был самым большим телескопом, пока не была построена обсерватория Палмера с 200-дюймовым телескопом.
HubbleХьюмасон помогал ему не только в наблюдении галактик за пределами Млечного Пути. Они приступили к измерению спектров ближайших галактик. Затем они наблюдали, что галактический спектр находится в видимом диапазоне длин волн с непрерывным излучением. На вершине континуума были линии излучения и поглощения. По этим линиям мы можем оценить, движется ли галактика от нас или к нам.
Когда мы получаем спектр, мы предполагаем, что самая сильная линия исходит от H-α. Из литературы самая сильная линия должна встречаться в6563 Å, но если линия встречается где-то около 7000Å, мы можем легко сказать, что это красное смещение.
От Special Theory of Relativity,
$$ 1 + z = \ sqrt {\ frac {1+ \ frac {v} {c}} {1- \ frac {v} {c}}} $$
где Z - красное смещение, безразмерное число, а v - скорость разбегания.
$$ \ frac {\ lambda_ {obs}} {\ lambda_ {rest}} = 1 + z $$
Хаббл и Хьюмасон в списке 22 Galaxiesв своей статье. Почти у всех этих галактик было красное смещение. Они построили график зависимости скорости (км / с) от расстояния (Мпк). Они наблюдали линейный тренд, и Хаббл сформулировал свой знаменитый закон следующим образом.
$$ v_r = H_o d $$
Это Hubble Redshift Distance Relationship. Нижний индексrуказывает, что расширение происходит в радиальном направлении. В то время как $ v_r $ - это скорость удаления, $ H_o $ - параметр Хаббла,dэто расстояние галактики от нас. Они пришли к выводу, что далекие галактики удаляются от нас быстрее, если скорость расширения Вселенной одинакова.
Расширение
Все уходит от нас. Галактики не стационарны, всегда есть какая-то гармоника расширения. Единицы измерения параметра Хаббла - км с −1 Мпк −1 . Если уйти на расстояние -1 Мпк, галактики будут двигаться со скоростью 200 км / сек. Параметр Хаббла дает нам скорость расширения. Согласно Хабблу и Хьюмасону, значение $ H_o $ составляет 200 км / сек / Мпк.
Данные показали, что все галактики удаляются от нас. Таким образом, очевидно, что мы находимся в центре Вселенной. Но Хаббл не совершал этой ошибки, по его словам, в какой бы галактике мы ни жили, мы обнаружим, что все остальные галактики удаляются от нас. Таким образом, можно сделать вывод, что пространство между галактиками расширяется и центра Вселенной нет.
Расширение происходит везде. Однако есть силы, выступающие против расширения. Химические связи, гравитационная сила и другие силы притяжения удерживают объекты вместе. Раньше все объекты были близко друг к другу. Если рассматривать Большой взрыв как импульсную силу, эти объекты настроены удаляться друг от друга.
Шкала времени
В локальных масштабах кинематика определяется гравитацией. В исходном законе Хаббла было несколько галактик, у которых было синее смещение. Это можно объяснить совокупным гравитационным потенциалом галактик. Гравитация отделила вещи от закона Хаббла. К нам приближается Галактика Андромеды. Гравитация пытается замедлить работу. Изначально расширение замедлялось, теперь оно ускоряется.
Был Cosmic Jerkиз-за этого. Было сделано несколько оценок параметра Хаббла. За 90 лет она выросла с 500 км / сек / Мпк до 69 км / сек / Мпк. Разница в стоимости была из-за заниженной оценки расстояния. ВCepheid Stars использовались в качестве калибраторов расстояний, однако существуют разные типы цефеидных звезд и этот факт не учитывался при оценке параметра Хаббла.
Время Хаббла
Постоянная Хаббла дает нам реалистичную оценку возраста Вселенной. $ H_o $ даст возраст Вселенной при условии, что галактики движутся с одинаковой скоростью. Обратное к $ H_o $ дает нам время Хаббла.
$$ t_H = \ frac {1} {H_o} $$
Замена текущей стоимости $ H_o, t_H $ = 14миллиард лет. Скорость расширения была постоянной на протяжении всего начала Вселенной. Даже если это не так, $ H_o $ дает полезный предел возраста вселенной. Предполагая постоянную скорость расширения, когда мы строим график между расстоянием и временем, наклон графика определяется скоростью.
В этом случае время Хаббла равно фактическому времени. Однако, если Вселенная расширялась быстрее в прошлом и медленнее в настоящем, время Хаббла дает верхний предел возраста Вселенной. Если раньше Вселенная расширялась медленно, а теперь ускоряется, то время Хаббла даст нижний предел возраста Вселенной.
$ t_H = t_ {age} $ - если скорость расширения постоянна.
$ t_H> t_ {age} $ - если вселенная расширялась быстрее в прошлом и медленнее в настоящем.
$ t_H <t_ {age} $ - если вселенная расширялась медленнее в прошлом и быстрее в настоящем.
Рассмотрим группу из 10 галактик, которые находятся на 200 Мпк от другой группы галактик. Галактики внутри скопления никогда не заключают, что Вселенная расширяется, потому что кинематика внутри локальной группы определяется гравитацией.
Что следует помнить
Космология - это исследование прошлого, настоящего и будущего нашей Вселенной.
Нашей Вселенной около 14 миллиардов лет.
Вселенная постоянно расширяется.
Параметр Хаббла - это мера возраста Вселенной.
Текущая стоимость Ho составляет 69 км / сек / Мпк.