กฎฮับเบิล-เลอแมตร์และการขยายตัวของเอกภพ

กฎฮับเบิล-เลอแมตร์ระบุว่ากาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลเคลื่อนที่ออกไปด้วยความเร็วที่เป็นสัดส่วนกับระยะทาง ซึ่งเป็นหลักฐานเชิงสังเกตการณ์ที่เป็นรากฐานว่าเอกภพกำลังขยายตัว

Definition

กฎฮับเบิล-เลอแมตร์คือความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างความเร็วถอยห่างของกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลกับระยะทาง โดยมีค่าคงที่สัดส่วนคือพารามิเตอร์ฮับเบิล การถอยห่างนี้สะท้อนถึงการขยายตัวอย่างสม่ำเสมอของอวกาศที่อธิบายโดยปัจจัยมาตราส่วนจักรวาลที่เพิ่มขึ้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ระหว่างความเร็ว-ระยะทาง การตีความการเลื่อนแดงของกาแล็กซีว่าเป็นการยืดออกของอวกาศมากกว่าการเคลื่อนที่แบบดอปเปลอร์ทั่วไป คำจำกัดความและความหมายของพารามิเตอร์ฮับเบิลและการเปลี่ยนแปลงตามเวลาของเอกภพ และความแตกต่างเชิงแนวคิดระหว่างความเร็วเชิงจักรวาลวิทยาและความเร็วเฉพาะ

Core questions

• ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างความเร็ว-ระยะทางบอกอะไรเกี่ยวกับประวัติของเอกภพ?
• การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยาแตกต่างจากการเลื่อนดอปเปลอร์ทั่วไปอย่างไร?
• เหตุใดพารามิเตอร์ฮับเบิลจึงไม่คงที่ตลอดเวลาของเอกภพ?

Key concepts

• พารามิเตอร์ฮับเบิล
• ความเร็วถอยห่าง
• การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยา
• การไหลของฮับเบิล
• ความเร็วเฉพาะ
• ปัจจัยมาตราส่วน

Key theories

สัดส่วนความเร็ว-ระยะทาง

ความเร็วถอยห่างเป็นสัดส่วนเชิงเส้นตรงกับระยะทาง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการขยายตัวอย่างสม่ำเสมอที่ผู้สังเกตการณ์ทุกคนเห็นการไหลของฮับเบิลแบบเดียวกัน สอดคล้องกับเอกภพที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีสมมาตรทุกทิศทาง

การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยา

ความยาวคลื่นของแสงจากแหล่งกำเนิดที่อยู่ห่างไกลจะถูกยืดออกตามสัดส่วนของการเติบโตของปัจจัยมาตราส่วนระหว่างการปล่อยและการสังเกต ดังนั้นการเลื่อนแดงจึงวัดโดยตรงว่าเอกภพขยายตัวไปมากน้อยเพียงใด

Mechanisms

เมื่อปัจจัยมาตราส่วนจักรวาลเพิ่มขึ้น ระยะทางที่แท้จริงระหว่างวัตถุที่เคลื่อนที่ร่วมกันจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน ทำให้เกิดความเร็วถอยห่างเท่ากับพารามิเตอร์ฮับเบิลคูณด้วยระยะทาง และยืดความยาวคลื่นของแสงที่เดินทางด้วยปัจจัยเดียวกัน

Clinical relevance

กฎฮับเบิล-เลอแมตร์ได้เปลี่ยนจักรวาลวิทยาให้เป็นวิทยาศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ โดยให้ความสัมพันธ์ระหว่างการเลื่อนแดง-ระยะทางที่ใช้ในการทำแผนที่เอกภพในสามมิติ และแปลงการเลื่อนแดงของกาแล็กซีให้เป็นเวลาย้อนหลัง ซึ่งเป็นรากฐานในการตีความข้อมูลนอกกาแล็กซีเกือบทั้งหมด

History

สไลเฟอร์ได้วัดการเลื่อนแดงของกาแล็กซีขนาดใหญ่ในช่วงทศวรรษ 1910; เลอแมตร์ได้มาจากและทำนายความสัมพันธ์ความเร็ว-ระยะทางในปี 1927 จากแบบจำลองเอกภพที่กำลังขยายตัว และฮับเบิลได้ตีพิมพ์ความสัมพันธ์เชิงสังเกตการณ์ในปี 1929 โดยกฎนี้ได้รับการเปลี่ยนชื่อเป็นฮับเบิล-เลอแมตร์โดยสหพันธ์ดาราศาสตร์สากลในปี 2018 เพื่อยกย่องการมีส่วนร่วมก่อนหน้าของเลอแมตร์

Debates

ลำดับความสำคัญและการตั้งชื่อ

บทความของเลอแมตร์ในปี 1927 ได้คาดการณ์ความสัมพันธ์ความเร็ว-ระยะทางและประมาณอัตราการขยายตัวก่อนการตีพิมพ์ของฮับเบิลในปี 1929 ซึ่งนำไปสู่การถกเถียงกันมานานเกี่ยวกับเครดิตที่ IAU ได้แก้ไขบางส่วนโดยการนำชื่อคู่ ฮับเบิล-เลอแมตร์มาใช้

Key figures

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

Seminal works

• hubble1929
• lemaitre1927

Frequently asked questions

การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยาเหมือนกับการเลื่อนดอปเปลอร์หรือไม่?

ไม่เชิงทีเดียว: แม้ว่าการเลื่อนแดงเล็กน้อยสามารถประมาณได้ว่าเป็นการเลื่อนดอปเปลอร์ แต่การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยาเกิดจากการขยายตัวของอวกาศที่ยืดแสงระหว่างการเดินทาง และตีความได้อย่างแม่นยำที่สุดว่าเป็นการวัดโดยตรงว่าเอกภพเติบโตไปมากน้อยเพียงใดนับตั้งแต่แสงถูกปล่อยออกมา

กฎฮับเบิล-เลอแมตร์หมายความว่าเราอยู่ที่ศูนย์กลางของเอกภพหรือไม่?

ไม่: ในเอกภพที่ขยายตัวอย่างสม่ำเสมอ ผู้สังเกตการณ์ทุกคนจะเห็นกาแล็กซีอื่นๆ ทั้งหมดถอยห่างออกไปตามกฎเดียวกัน ดังนั้นการถอยห่างที่ปรากฏจากเราจึงไม่ใช่หลักฐานของตำแหน่งศูนย์กลางที่พิเศษ