Hubble-Lemaîtres lag och kosmisk expansion

Hubble-Lemaîtres lag anger att avlägsna galaxer avlägsnar sig med hastigheter proportionella mot deras avstånd, vilket är det grundläggande observationella beviset för att universum expanderar.

Definition

Hubble-Lemaîtres lag är den linjära proportionaliteten mellan en avlägsen galaxs recessionshastighet och dess avstånd, där proportionalitetskonstanten är Hubbleparametern; recessionen återspeglar den enhetliga expansionen av rummet som beskrivs av en växande kosmisk skalfaktor.

Scope

Detta ämne behandlar det empiriska sambandet mellan hastighet och avstånd, tolkningen av galaxers rödförskjutning som en sträckning av rummet snarare än vanlig Dopplerrörelse, definitionen och innebörden av Hubbleparametern och dess variation med kosmisk tid, samt den konceptuella skillnaden mellan kosmologiska och egenrörelser.

Core questions

• Vad innebär det linjära sambandet mellan hastighet och avstånd för universums historia?
• Hur skiljer sig kosmologisk rödförskjutning från en vanlig Dopplerförskjutning?
• Varför är Hubbleparametern inte verkligen konstant över kosmisk tid?

Key concepts

• Hubbleparameter
• Recessionshastighet
• Kosmologisk rödförskjutning
• Hubbleflöde
• Egenrörelse
• Skalfaktor

Key theories

Proportionalitet mellan hastighet och avstånd

Recessionshastigheten skalar linjärt med avståndet, ett tecken på enhetlig expansion där varje observatör ser samma Hubbleflöde, vilket är förenligt med ett homogent och isotropt universum.

Kosmologisk rödförskjutning

Våglängderna för ljus från avlägsna källor sträcks ut i proportion till skalfaktorns tillväxt mellan emission och observation, så rödförskjutningen mäter direkt hur mycket universum har expanderat.

Mechanisms

När den kosmiska skalfaktorn ökar, växer det egentliga avståndet mellan samrörliga objekt i proportion till den, vilket ger en recessionshastighet lika med Hubbleparametern gånger avståndet och sträcker ljusets våglängd under transit med samma faktor.

Clinical relevance

Hubble-Lemaîtres lag förvandlade kosmologin till en observationell vetenskap: den tillhandahåller sambandet mellan rödförskjutning och avstånd som används för att kartlägga universum i tre dimensioner och för att omvandla en galaxs rödförskjutning till en tillbakablickstid, vilket förankrar tolkningen av i stort sett all extragalaktisk data.

History

Slipher mätte stora galaxrödförskjutningar på 1910-talet; Lemaître härledde och förutsade sambandet mellan hastighet och avstånd 1927 från en expanderande universummodell, och Hubble publicerade det observationella sambandet 1929, varvid lagen döptes om till Hubble-Lemaître av Internationella astronomiska unionen (IAU) 2018 för att erkänna Lemaîtres tidigare bidrag.

Debates

Prioritet och namngivning

Lemaîtres artikel från 1927 förutsåg sambandet mellan hastighet och avstånd och uppskattade till och med expansionshastigheten före Hubbles publikation 1929, vilket ledde till en lång debatt om erkännande som IAU delvis löste genom att anta det dubbla namnet Hubble-Lemaîtres lag.

Key figures

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

Seminal works

• hubble1929
• lemaitre1927

Frequently asked questions

Är kosmologisk rödförskjutning samma sak som en Dopplerförskjutning?

Inte exakt: medan små rödförskjutningar kan approximeras som Dopplerförskjutningar, uppstår den kosmologiska rödförskjutningen från rymdens expansion som sträcker ljuset under transit, och den tolkas mest exakt som ett direkt mått på hur mycket universum har vuxit sedan ljuset emitterades.

Betyder Hubble-Lemaîtres lag att vi befinner oss i universums centrum?

Nej: i ett enhetligt expanderande universum ser varje observatör alla andra galaxer avlägsna sig enligt samma lag, så den uppenbara recessionen från oss är inte bevis på en speciell central plats.