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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Hubble-Gesetz. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen „1744 formulierten der Schweizer Astronom de Shezo und unabhängig davon 1826 Olbers das folgende Paradoxon“, schreibt T. Regge in seinem Buch, „das zur Krise der damals naiven kosmologischen Modelle führte: Stellen Sie sich vor, der Raum um die Erde sei unendlich , ewig und unveränderlich und dass es gleichmäßig mit Sternen gefüllt ist und ihre Dichte im Durchschnitt konstant ist. Mit Hilfe einfacher Berechnungen zeigten Szezo und Olbers, dass die Gesamtmenge an Licht, die von Sternen zur Erde gesendet wird, unendlich sein sollte, aufgrund dessen der Nachthimmel wird nicht schwarz sein, sondern, um es milde auszudrücken, lichtdurchflutet.Um ihr Paradoxon loszuwerden, nahmen sie an, dass riesige, wandernde, undurchsichtige Nebel im Weltraum existieren, die die entferntesten Sterne verdecken.Tatsächlich gibt es keine Ausweg aus der Situation: Durch die Absorption von Licht von den Sternen würden sich die Nebel zwangsläufig aufheizen und selbst so Licht aussenden wie die Sterne. Wenn also das kosmologische Prinzip wahr ist, können wir Aristoteles' Idee eines ewigen und unveränderlichen Universums nicht akzeptieren. Die Natur scheint hier, wie im Fall der Relativitätstheorie, Symmetrie in ihrer Entwicklung der imaginären aristotelischen Perfektion vorzuziehen. Der schwerste Schlag gegen die Unantastbarkeit des Universums wurde jedoch nicht von der Theorie der Sternentwicklung versetzt, sondern von den Ergebnissen der Messungen der Rückzugsgeschwindigkeiten von Galaxien, die der große amerikanische Astronom Edwin Hubble erhalten hat. Edwin Hubble (1889–1953) wurde in der kleinen Stadt Marshfield, Missouri, als Sohn des Versicherungsagenten John Powell Hubble und seiner Frau Virginia Lee James geboren. Edwin interessierte sich früh für Astronomie, wahrscheinlich unter dem Einfluss seines Großvaters mütterlicherseits, der sich ein kleines Teleskop baute. Edwin machte 1906 seinen Highschool-Abschluss. Im Alter von XNUMX Jahren trat Hubble in die University of Chicago ein, die damals zu den zehn besten Bildungseinrichtungen der Vereinigten Staaten gehörte. Der Astronom F.R. Multon, Autor der bekannten Theorie zur Entstehung des Sonnensystems. Er hatte großen Einfluss auf die weitere Wahl von Hubble. Nach seinem Universitätsabschluss gelang es Hubble, ein Rhodes-Stipendium zu bekommen und für drei Jahre nach England zu gehen, um seine Ausbildung fortzusetzen. Allerdings musste er statt Naturwissenschaften Jura in Cambridge studieren. Im Sommer 1913 kehrte Edwin in seine Heimat zurück, wurde jedoch nie Anwalt. Hubble strebte nach Wissenschaft und kehrte an die University of Chicago zurück, wo er am Yerk Observatory unter der Leitung von Professor Frost eine Dissertation für einen Doktortitel vorbereitete. Seine Arbeit war eine statistische Untersuchung schwacher Spiralnebel in mehreren Teilen des Himmels und war nicht besonders originell. Aber schon damals vertrat Hubble die Meinung, dass „Spiralen Sternsysteme sind, deren Entfernungen oft Millionen von Lichtjahren betragen“. Zu dieser Zeit stand ein großes Ereignis in der Astronomie bevor – das Mount Wilson Observatory, das vom bemerkenswerten Wissenschaftsorganisator D.E. geleitet wurde. Hale bereitete die Inbetriebnahme des größten Teleskops vor – eines 250-Zoll-Reflektors (1917 cm – ca. Aut.). Hubble erhielt unter anderem eine Einladung, am Observatorium zu arbeiten. Doch im Frühjahr 1918, als er seine Dissertation fertigstellte, traten die Vereinigten Staaten in den Ersten Weltkrieg ein. Der junge Wissenschaftler lehnte die Einladung ab und meldete sich freiwillig zur Armee. Als Teil der American Expeditionary Force landete Major Hubble im Herbst 1919, kurz vor Kriegsende, in Europa und hatte keine Zeit, an den Feindseligkeiten teilzunehmen. Im Sommer XNUMX demobilisierte Hubble und eilte nach Pasadena, um Hales Einladung anzunehmen. Am Observatorium begann Hubble mit der Untersuchung von Nebeln und konzentrierte sich zunächst auf Objekte, die im Band der Milchstraße sichtbar waren. In der Anthologie „Book of Primary Sources on Astronomy and Astrophysics, 1900-1975“ von K. Lang und O. Gingerich (USA), die die herausragendsten Forschungsarbeiten für drei Viertel des XNUMX. Jahrhunderts wiedergibt, werden drei Hubble-Werke aufgeführt, und das erste davon ist ein Werk zur Klassifizierung extragalaktischer Nebel. Die anderen beiden beziehen sich auf die Aufklärung der Natur dieser Nebel und die Entdeckung des Gesetzes der Rotverschiebung. 1923 begann Hubble mit der Beobachtung des Nebels im Sternbild Andromeda mit 6822- und XNUMX-Zoll-Reflektoren. Der Wissenschaftler kam zu dem Schluss, dass der große Andromeda-Nebel tatsächlich ein weiteres Sternensystem ist. Hubble erhielt die gleichen Ergebnisse für den Nebel MOS XNUMX und den Triangulum-Nebel. Obwohl eine Reihe von Astronomen bald auf Hubbles Entdeckung aufmerksam wurden, erfolgte die offizielle Ankündigung erst am 1. Januar 1925, als G. Ressel Hubbles Bericht auf dem Kongress der American Astronomical Society las. Der berühmte Astronom D. Stebbins schrieb, dass der Hubble-Bericht „das Volumen der materiellen Welt um das Hundertfache vergrößerte und den langen Streit über die Natur von Spiralen endgültig beilegte, indem er bewies, dass es sich um gigantische Sternengruppen handelt, deren Größe fast mit unserer eigenen Galaxie vergleichbar ist.“ Nun erschien den Astronomen das Universum als ein Raum voller Sterninseln – Galaxien. Bereits eine Feststellung der wahren Natur der Nebel bestimmte den Platz von Hubble in der Geschichte der Astronomie. Aber eine noch herausragendere Leistung fiel ihm zu - die Entdeckung des Gesetzes der Rotverschiebung. Spektralstudien von spiralförmigen und elliptischen "Nebeln" wurden 1912 auf der Grundlage solcher Überlegungen begonnen1, wenn sie sich wirklich außerhalb unserer Galaxie befinden, dann nehmen sie nicht an ihrer Rotation teil und ihre Radialgeschwindigkeiten zeigen daher die Bewegung der Sonne an. Es wurde erwartet, dass diese Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 200-300 Kilometern pro Sekunde liegen würden, d. h. sie würden der Geschwindigkeit der Sonne um das Zentrum der Galaxis entsprechen. Inzwischen fielen die Radialgeschwindigkeiten von Galaxien bis auf wenige Ausnahmen viel höher aus: Sie wurden in Tausenden und Zehntausenden von Kilometern pro Sekunde gemessen. Mitte Januar 1929 präsentierte Hubble in den Proceedings of the US National Academy of Sciences eine kurze Notiz mit dem Titel „On the relation between the distance and the radial speed of extragalactic nebulae“. Damals hatte Hubble bereits die Fähigkeit, die Geschwindigkeit einer Galaxie mit ihrer Entfernung für 36 Objekte in Einklang zu bringen. Es stellte sich heraus, dass diese beiden Größen durch die Bedingung der direkten Proportionalität miteinander verbunden sind: Die Geschwindigkeit ist gleich der Entfernung multipliziert mit der Hubble-Konstante. Dieser Ausdruck wird Hubble-Gesetz genannt. Der Wissenschaftler hat 1929 den Zahlenwert der Hubble-Konstante auf 500 km/(s x Mpc) bestimmt. Allerdings machte er einen Fehler bei der Bestimmung der Entfernungen zu Galaxien. Nach wiederholten Korrekturen und Verfeinerungen dieser Entfernungen wird der Zahlenwert der Hubble-Konstante nun mit 50 km/(s x Mpc) angenommen. Das Mount-Wilson-Observatorium begann damit, die Radialgeschwindigkeiten immer weiter entfernter Galaxien zu bestimmen. Bis 1936 veröffentlichte M. Humason Daten für hundert Nebel. Eine Rekordgeschwindigkeit von 42 Kilometern pro Sekunde wurde von einem Mitglied des fernen Galaxienhaufens Ursa Major gemessen. Aber das war schon die Grenze des 000-Zoll-Teleskops. Es wurden leistungsfähigere Werkzeuge benötigt. „Sie können sich dem Problem der Hubble-Ausdehnung des Weltraums mit vertrauteren, intuitiveren Bildern nähern“, sagt T. Regge, „stellen Sie sich zum Beispiel Soldaten vor, die auf einem Quadrat mit einem Abstand von 1 Meter aufgereiht sind, sodass dieser Abstand auf 2 ansteigt Meter. Unabhängig davon, wie der Befehl ausgeführt wird, beträgt die Relativgeschwindigkeit von zwei Soldaten, die nebeneinander stehen, 1 m/min und die Relativgeschwindigkeit von zwei Soldaten, die in einem Abstand von 100 Metern voneinander stehen, 100 m/min , wenn wir berücksichtigen, dass der Abstand zwischen ihnen von 100 auf 200 Meter zunimmt. Daher ist die Geschwindigkeit der gegenseitigen Entfernung proportional zum Abstand. Beachten Sie, dass nach der Erweiterung der Reihen das kosmologische Prinzip gültig bleibt: die "Galaxien -Soldaten" sind immer noch gleichmäßig verteilt, und die gleichen Proportionen zwischen verschiedenen gegenseitigen Abständen. Einziges Manko unseres Vergleichs ist, dass in der Praxis immer einer der Soldaten bewegungslos in der Mitte des Platzes steht, während die übrigen mit umso größerer Geschwindigkeit zerstreut werden, je weiter sie von der Mitte entfernt sind. Im Weltraum gibt es jedoch keine Meilensteine, an denen absolute Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden könnten; Eine solche Möglichkeit wird uns durch die Relativitätstheorie vorenthalten: Jeder kann seine Bewegung nur mit der Bewegung der neben ihm Gehenden vergleichen, und gleichzeitig wird es ihm so vorkommen, als würden sie vor ihm davonlaufen. Wir sehen also, dass das Gesetz von Hubble sicherstellt, dass das kosmologische Prinzip jederzeit unverändert bleibt, und dies bestätigt uns in der Meinung, dass sowohl das Gesetz als auch das Prinzip selbst tatsächlich gültig sind. Ein weiteres Beispiel für ein intuitives Bild ist die Explosion einer Bombe; In diesem Fall fliegt das Fragment umso weiter, je schneller es fliegt. Einen Moment nach der Explosion selbst sehen wir, dass die Fragmente gemäß dem Hubble-Gesetz verteilt sind, das heißt, ihre Geschwindigkeiten sind proportional zu ihren Entfernungen. Hier wird jedoch das kosmologische Prinzip verletzt, denn wenn wir uns weit genug vom Explosionsort entfernen, werden wir keine Fragmente sehen. So wird der berühmteste Begriff der modernen Kosmologie „Urknall“ suggeriert. Nach diesen Vorstellungen wurde vor etwa 20 Milliarden Jahren die gesamte Materie des Universums an einem Punkt gesammelt, von dem aus die rasche Expansion des Universums zu modernen Größen begann. Hubbles Gesetz wurde fast sofort in der Wissenschaft anerkannt. Die Bedeutung von Hubbles Entdeckung wurde sehr geschätzt Einstein. Im Januar 1931 schrieb er: "Die neuen Beobachtungen von Hubble und Humason über die Rotverschiebung ... machen es plausibel, dass die allgemeine Struktur des Universums nicht stationär ist." Hubbles Entdeckung zerstörte schließlich die seit Aristoteles Zeiten bestehende Vorstellung von einem statischen, unerschütterlichen Universum. Derzeit wird das Hubble-Gesetz verwendet, um die Entfernungen zu entfernten Galaxien und Quasaren zu bestimmen. Autor: Samin D. K.
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