Hubble-Lemaitre-Gesetz und kosmische Expansion

Das Hubble-Lemaitre-Gesetz besagt, dass sich entfernte Galaxien mit Geschwindigkeiten proportional zu ihren Entfernungen entfernen, was der grundlegende Beobachtungsbeweis für die Expansion des Universums ist.

Definition

Das Hubble-Lemaitre-Gesetz ist die lineare Proportionalität zwischen der Rezessionsgeschwindigkeit einer entfernten Galaxie und ihrer Entfernung, wobei die Proportionalitätskonstante der Hubble-Parameter ist; die Rezession spiegelt die gleichmäßige Expansion des Raumes wider, die durch einen wachsenden kosmischen Skalenfaktor beschrieben wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die empirische Geschwindigkeits-Entfernungs-Beziehung, die Interpretation der Rotverschiebung von Galaxien als Dehnung des Raumes und nicht als gewöhnliche Doppler-Bewegung, die Definition und Bedeutung des Hubble-Parameters und seine Variation mit der kosmischen Zeit sowie die konzeptuelle Unterscheidung zwischen kosmologischen und Pekuliargeschwindigkeiten.

Core questions

• Was impliziert die lineare Geschwindigkeits-Entfernungs-Beziehung über die Geschichte des Universums?
• Wie unterscheidet sich die kosmologische Rotverschiebung von einer gewöhnlichen Doppler-Verschiebung?
• Warum ist der Hubble-Parameter über die kosmische Zeit hinweg nicht wirklich konstant?

Key concepts

• Hubble-Parameter
• Rezessionsgeschwindigkeit
• Kosmologische Rotverschiebung
• Hubble-Fluss
• Pekuliargeschwindigkeit
• Skalenfaktor

Key theories

Geschwindigkeits-Entfernungs-Proportionalität

Die Rezessionsgeschwindigkeit skaliert linear mit der Entfernung, ein Merkmal einer gleichmäßigen Expansion, bei der jeder Beobachter denselben Hubble-Fluss sieht, was mit einem homogenen und isotropen Universum vereinbar ist.

Kosmologische Rotverschiebung

Die Wellenlängen des Lichts von entfernten Quellen werden proportional zum Wachstum des Skalenfaktors zwischen Emission und Beobachtung gedehnt, sodass die Rotverschiebung direkt misst, wie stark sich das Universum ausgedehnt hat.

Mechanisms

Mit zunehmendem kosmischen Skalenfaktor wächst der Eigenabstand zwischen mitbewegten Objekten proportional dazu, wodurch eine Rezessionsgeschwindigkeit entsteht, die dem Hubble-Parameter multipliziert mit der Entfernung entspricht, und die Wellenlänge des Lichts während des Transits um denselben Faktor gedehnt wird.

Clinical relevance

Das Hubble-Lemaitre-Gesetz machte die Kosmologie zu einer Beobachtungswissenschaft: Es liefert die Rotverschiebungs-Entfernungs-Beziehung, die verwendet wird, um das Universum in drei Dimensionen abzubilden und die Rotverschiebung einer Galaxie in eine Rückblickzeit umzuwandeln, wodurch die Interpretation praktisch aller extragalaktischen Daten verankert wird.

History

Slipher maß in den 1910er Jahren große Rotverschiebungen von Galaxien; Lemaitre leitete und sagte die Geschwindigkeits-Entfernungs-Beziehung 1927 aus einem expandierenden Universumsmodell ab, und Hubble veröffentlichte die Beobachtungsbeziehung 1929, wobei das Gesetz 2018 von der Internationalen Astronomischen Union in Hubble-Lemaitre umbenannt wurde, um Lemaitres früheren Beitrag anzuerkennen.

Debates

Priorität und Benennung

Lemaitres Arbeit von 1927 nahm die Geschwindigkeits-Entfernungs-Beziehung vorweg und schätzte sogar die Expansionsrate vor Hubbles Veröffentlichung von 1929, was zu einer langen Debatte über die Anerkennung führte, die die IAU teilweise durch die Annahme des Doppelnamens Hubble-Lemaitre-Gesetz löste.

Key figures

• Edwin Hubble
• Georges Lemaitre
• Vesto Slipher
• Milton Humason

Seminal works

• hubble1929
• lemaitre1927

Frequently asked questions

Ist die kosmologische Rotverschiebung dasselbe wie eine Doppler-Verschiebung?

Nicht genau: Während kleine Rotverschiebungen als Doppler-Verschiebungen angenähert werden können, entsteht die kosmologische Rotverschiebung durch die Expansion des Raumes, die Licht während des Transits dehnt, und sie wird am präzisesten als direktes Maß dafür interpretiert, wie stark das Universum seit der Emission des Lichts gewachsen ist.

Bedeutet das Hubble-Lemaitre-Gesetz, dass wir im Zentrum des Universums sind?

Nein: In einem sich gleichmäßig ausdehnenden Universum sieht jeder Beobachter alle anderen Galaxien nach demselben Gesetz zurückweichen, sodass die scheinbare Rezession von uns kein Beweis für einen besonderen zentralen Ort ist.