จักรวาลไปไกลกว่ากาแลคซีทางช้างเผือก
การมาถึงของเอ็ดวินฮับเบิลที่ Mount Wilson Observatory แคลิฟอร์เนียในปี 1919 ใกล้เคียงกับ เสร็จสมบูรณ์ของ 100 นิ้ว (2.5 ม.) กล้องโทรทรรศน์ Hooker จากนั้นเป็นกล้องที่ใหญ่ที่สุดในโลก ในเวลานั้นมุมมองที่แพร่หลายของจักรวาลคือจักรวาลประกอบด้วย กาแล็กซีทางช้างเผือก ทั้งหมด ใช้กล้องโทรทรรศน์ Hooker ที่ Mt. Wilson , ฮับเบิลระบุ ตัวแปร Cepheid (ชนิดของ ดาว ที่ใช้เป็นเครื่องมือในการกำหนดระยะห่างจากกาแลคซี – ดู เทียนมาตรฐาน ด้วย ) ใน เนบิวลาเกลียว หลายชนิดรวมถึง เนบิวลาแอนโดรเมดา และ สามเหลี่ยม การสังเกตการณ์ของเขาสร้างขึ้นในปี 1924
พิสูจน์ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเนบิวลาเหล่านี้อยู่ห่างไกลเกินกว่าที่จะเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือกและในความเป็นจริงกาแลคซีทั้งหมดที่อยู่นอกของเราเองซึ่งนักวิจัยสงสัยอย่างน้อยก็เร็วที่สุดเท่าที่ 1755 เมื่อ อิมมานูเอลคานท์ ประวัติทั่วไปของธรรมชาติและทฤษฎีแห่งสวรรค์ของ ปรากฏขึ้น ความคิดนี้ได้รับการต่อต้านจากหลายคนในการก่อตั้งดาราศาสตร์ในเวลานั้นโดยเฉพาะโดย มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด – ตาม Harlow Shapley แม้จะมีการคัดค้าน แต่ฮับเบิลซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์อายุสามสิบห้าปีได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยของเขาเป็นครั้งแรกใน The New York Times เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน พ.ศ. 2467 จากนั้นจึงนำเสนอให้กับนักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ ในวันที่ 1 มกราคม การประชุมของ American Astronomical Society ในปี พ.ศ. 2468 ผลลัพธ์ของฮับเบิลสำหรับแอนโดรเมดาไม่ได้รับการตีพิมพ์อย่างเป็นทางการใน Peer-reviewedวารสารทางวิทยาศาสตร์ จนถึงปี 1929
โครงร่างการจำแนกประเภท ของฮับเบิล
การค้นพบของฮับเบิลโดยพื้นฐานแล้วได้เปลี่ยนมุมมองทางวิทยาศาสตร์ของ จักรวาล. ผู้สนับสนุนระบุว่าการค้นพบเนบิวล่านอกกาแลคซีของฮับเบิลช่วยปูทางสำหรับนักดาราศาสตร์ในอนาคต แม้ว่าเพื่อนร่วมงานที่มีชื่อเสียงของเขาบางคนจะเยาะเย้ยผลของเขา แต่ฮับเบิลก็ลงเอยด้วยการเผยแพร่สิ่งที่เขาค้นพบเกี่ยวกับเนบิวล่า ผลงานที่ตีพิมพ์นี้ทำให้เขาได้รับรางวัลชื่อ American Association Prize และห้าร้อยดอลลาร์จาก Burton E. Livingston จาก Committee on Awards
ฮับเบิลยังได้คิดค้นระบบ ที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการจำแนกกาแลคซี จัดกลุ่มตามลักษณะที่ปรากฏในภาพถ่าย เขาจัดเรียงกลุ่มกาแลคซีต่างๆในสิ่งที่เรียกว่าลำดับ ฮับเบิล .
เรดชิฟท์เพิ่มขึ้นตามระยะทาง
ฮับเบิลทำการประมาณระยะทางไปยังเนบิวลานอกกาแลคซี 24 แห่งโดยใช้วิธีการต่างๆ . ในปีพ. ศ. 2472 ฮับเบิลได้ตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางเหล่านี้กับ ความเร็วในแนวรัศมี ตามที่พิจารณาจาก redshifts ระยะทางโดยประมาณของเขาเป็นที่ทราบกันดีว่าทุกคนมีขนาดเล็กเกินไปโดยมากถึง 7 ปัจจัยเนื่องจากปัจจัยต่างๆเช่นความจริงที่ว่ามีตัวแปรเซเฟอิด 2 ชนิดหรือทำให้เมฆก๊าซสว่างกับดาวสว่าง อย่างไรก็ตามระยะทางของเขามีสัดส่วนมากหรือน้อยกับระยะทางจริงและรวมระยะทางของเขากับการวัดการเปลี่ยนสีแดงของกาแลคซีโดย Vesto Slipher และโดยผู้ช่วยของเขา Milton L. Humason เขาพบความสัมพันธ์เชิงเส้นอย่างคร่าวๆระหว่างระยะทางของกาแลคซีกับความเร็วในแนวรัศมี (แก้ไขสำหรับการเคลื่อนที่ของแสงอาทิตย์) ซึ่งเป็นการค้นพบที่ต่อมาเป็นที่รู้จักในชื่อ กฎของฮับเบิล .
ซึ่งหมายความว่ายิ่งระยะห่างระหว่างกาแลคซีสองแห่งใดมากขึ้น ความเร็วในการแยกญาติก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หากตีความเช่นนั้นการวัดของฮับเบิลใน 46 ดาราจักรนำไปสู่ค่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ที่ 500 กม. / วินาที / Mpc ซึ่งสูงกว่าค่าที่ยอมรับในปัจจุบันที่ 74 กม. / วินาที / Mpc (วิธีการระยะห่างระหว่างจักรวาล ) หรือ 68 กม. / วินาที / Mpc (วิธี CMB ) เนื่องจากข้อผิดพลาดในการสอบเทียบระยะทาง
แต่สาเหตุของการเปลี่ยนสีแดงยังไม่ชัดเจน Georges Lemaître นักบวชและนักฟิสิกส์คาทอลิกชาวเบลเยี่ยมทำนายโดยอาศัยเหตุผลทางทฤษฎีตามสมการของไอน์สไตน์สำหรับ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความ redshift – ความสัมพันธ์ระยะห่างและเผยแพร่การสนับสนุนเชิงสังเกตสำหรับ สองปีก่อนการค้นพบกฎของฮับเบิล อย่างไรก็ตามนักจักรวาลวิทยาและนักดาราศาสตร์หลายคน (รวมทั้งตัวฮับเบิลเอง) ไม่รู้จักงานของLemaître; ฮับเบิลยังคงสงสัยเกี่ยวกับการตีความของLemaîtreมาตลอดชีวิตของเขา แม้ว่าเขาจะใช้คำว่า “ความเร็ว” ในกระดาษของเขา (และ “ความเร็วตามแนวรัศมี” ในบทนำ) แต่ต่อมาเขาก็แสดงความสงสัยเกี่ยวกับการตีความสิ่งเหล่านี้ว่าเป็นความเร็วจริง ในปี 1931 เขาเขียนจดหมายถึงนักจักรวาลวิทยาชาวดัตช์ Willem de Sitter เพื่อแสดงความคิดเห็นของเขาเกี่ยวกับการตีความทางทฤษฎีของความสัมพันธ์ระยะห่างของการเปลี่ยนสีแดง:
“Mr. Humason และฉันรู้สึกซาบซึ้งในน้ำใจของคุณ ของเอกสารเกี่ยวกับความเร็วและระยะทางของเนบิวล่าเราใช้คำว่าความเร็ว ‘ชัดเจน’ เพื่อเน้นลักษณะเชิงประจักษ์ของความสัมพันธ์เรารู้สึกว่าการตีความควรให้คุณและคนอื่น ๆ เพียงไม่กี่คนที่มีความสามารถในการอภิปรายเรื่องนี้ กับผู้มีอำนาจ “
ทุกวันนี้” ความเร็วปรากฏ “ที่เป็นปัญหามักถูกคิดว่าเป็นการเพิ่มขึ้นของ ระยะทางที่เหมาะสม ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการขยายตัว ของจักรวาล แสงที่เดินทางผ่านตัวชี้วัดที่ขยายตัวจะพบกับการเปลี่ยนสีแดงแบบฮับเบิลซึ่งเป็นกลไกที่แตกต่างจาก เอฟเฟกต์ดอปเลอร์ อยู่บ้าง (แม้ว่ากลไกทั้งสองจะกลายเป็นคำอธิบายที่เท่ากันซึ่งเกี่ยวข้องโดย การแปลงพิกัด สำหรับกาแลคซี ).
ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ฮับเบิลมีส่วนร่วมในการกำหนดการกระจายของกาแลคซีและ ความโค้งเชิงพื้นที่ ข้อมูลเหล่านี้ดูเหมือนจะบ่งชี้ว่าเอกภพ แบน และเป็นเนื้อเดียวกัน แต่มีความเบี่ยงเบนจากความเรียบที่การเปลี่ยนสีแดงขนาดใหญ่ อ้างอิงจาก อัลลันแซนเดจ ,
“ฮับเบิลเชื่อว่าข้อมูลการนับของเขาให้ผลลัพธ์ที่สมเหตุสมผลมากขึ้นเกี่ยวกับความโค้งเชิงพื้นที่หากการแก้ไขการเปลี่ยนสีแดงเกิดขึ้นโดยถือว่าไม่มีการถดถอยในตอนท้ายของงานเขียนของเขาเขายังคงรักษาตำแหน่งนี้ไว้โดยชอบ ( หรืออย่างน้อยที่สุดก็ยังคงเปิดอยู่) แบบจำลองที่ไม่มีการขยายตัวที่แท้จริงดังนั้นการเปลี่ยนสีแดงจึง “แสดงถึงหลักการของธรรมชาติที่ไม่เป็นที่รู้จักจนถึงปัจจุบันนี้”
มีปัญหาเกี่ยวกับระเบียบวิธีในเทคนิคการสำรวจของฮับเบิลที่แสดงให้เห็นถึงความเบี่ยงเบนจากความเรียบที่มาก redshifts โดยเฉพาะเทคนิคนี้ไม่ได้อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงความส่องสว่างของกาแลคซีเนื่องจาก วิวัฒนาการของกาแลคซี ก่อนหน้านี้ในปี 1917 Albert Einstein พบว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่พัฒนาขึ้นใหม่ของเขา ระบุว่าเอกภพต้องขยายตัวหรือหดตัวไม่สามารถเชื่อได้ว่าสมการของตัวเองกำลังบอกอะไรเขาไอน์สไตน์ได้แนะนำ ค่าคงที่ของจักรวาล (a “ปัจจัยฟัดจ์ “) ให้กับ สมการเพื่อหลีกเลี่ยง “ปัญหา” นี้ เมื่อไอน์สไตน์เรียนรู้เกี่ยวกับการเปลี่ยนสีแดงของฮับเบิลเขาก็รู้ทันทีว่าการขยายตัวที่คาดการณ์โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะต้องเกิดขึ้นจริงและในชีวิตต่อมาเขากล่าวว่าการเปลี่ยนสมการของเขาเป็น “ความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดในชีวิต [ของเขา]” ในความเป็นจริงดูเหมือนว่าไอน์สไตน์เคยไปเยี่ยมฮับเบิลและพยายามโน้มน้าวเขาว่าจักรวาลกำลังขยายตัว
