Định luật Hubble-Lemaître và sự giãn nở của Vũ trụ

Định luật Hubble-Lemaître phát biểu rằng các thiên hà xa xôi di chuyển ra xa với vận tốc tỷ lệ thuận với khoảng cách của chúng, đây là bằng chứng quan sát nền tảng cho thấy vũ trụ đang giãn nở.

Definition

Định luật Hubble-Lemaître là mối quan hệ tỷ lệ tuyến tính giữa vận tốc lùi xa của một thiên hà xa xôi và khoảng cách của nó, với hằng số tỷ lệ là tham số Hubble; sự lùi xa này phản ánh sự giãn nở đồng đều của không gian được mô tả bởi một yếu tố tỷ lệ vũ trụ đang tăng lên.

Scope

Chủ đề này bao gồm mối quan hệ vận tốc-khoảng cách thực nghiệm, cách giải thích dịch chuyển đỏ của thiên hà như sự giãn nở của không gian chứ không phải chuyển động Doppler thông thường, định nghĩa và ý nghĩa của tham số Hubble và sự biến đổi của nó theo thời gian vũ trụ, cũng như sự phân biệt khái niệm giữa vận tốc vũ trụ học và vận tốc riêng.

Core questions

• Mối quan hệ vận tốc-khoảng cách tuyến tính ngụ ý điều gì về lịch sử của vũ trụ?
• Dịch chuyển đỏ vũ trụ học khác với dịch chuyển Doppler thông thường như thế nào?
• Tại sao tham số Hubble không thực sự không đổi theo thời gian vũ trụ?

Key concepts

• Tham số Hubble
• Vận tốc lùi xa
• Dịch chuyển đỏ vũ trụ học
• Dòng Hubble
• Vận tốc riêng
• Yếu tố tỷ lệ

Key theories

Tỷ lệ vận tốc-khoảng cách

Vận tốc lùi xa tỷ lệ tuyến tính với khoảng cách, một dấu hiệu của sự giãn nở đồng đều trong đó mọi người quan sát đều thấy cùng một dòng Hubble, phù hợp với một vũ trụ đồng nhất và đẳng hướng.

Dịch chuyển đỏ vũ trụ học

Bước sóng ánh sáng từ các nguồn xa được kéo giãn tỷ lệ thuận với sự tăng trưởng của yếu tố tỷ lệ giữa thời điểm phát xạ và quan sát, do đó dịch chuyển đỏ trực tiếp đo lường mức độ vũ trụ đã giãn nở.

Mechanisms

Khi yếu tố tỷ lệ vũ trụ tăng lên, khoảng cách thích hợp giữa các vật thể đồng chuyển động tăng tỷ lệ thuận với nó, tạo ra vận tốc lùi xa bằng tham số Hubble nhân với khoảng cách và làm giãn bước sóng ánh sáng đang truyền đi theo cùng một yếu tố.

Clinical relevance

Định luật Hubble-Lemaître đã biến vũ trụ học thành một khoa học quan sát: nó cung cấp mối quan hệ dịch chuyển đỏ-khoảng cách được sử dụng để lập bản đồ vũ trụ trong ba chiều và để chuyển đổi dịch chuyển đỏ của một thiên hà thành thời gian nhìn lại, làm nền tảng cho việc giải thích hầu hết tất cả dữ liệu ngoài thiên hà.

History

Slipher đã đo các dịch chuyển đỏ lớn của thiên hà vào những năm 1910; Lemaître đã suy ra và dự đoán mối quan hệ vận tốc-khoảng cách vào năm 1927 từ một mô hình vũ trụ giãn nở, và Hubble đã công bố mối quan hệ quan sát vào năm 1929, với định luật được Liên minh Thiên văn Quốc tế đổi tên thành Hubble-Lemaître vào năm 2018 để ghi nhận đóng góp trước đó của Lemaître.

Debates

Ưu tiên và đặt tên

Bài báo năm 1927 của Lemaître đã dự đoán mối quan hệ vận tốc-khoảng cách và thậm chí ước tính tốc độ giãn nở trước khi Hubble công bố vào năm 1929, dẫn đến một cuộc tranh luận kéo dài về công lao mà IAU đã giải quyết một phần bằng cách thông qua tên kép định luật Hubble-Lemaître.

Key figures

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

Seminal works

• hubble1929
• lemaitre1927

Frequently asked questions

Dịch chuyển đỏ vũ trụ học có giống với dịch chuyển Doppler không?

Không hoàn toàn: trong khi các dịch chuyển đỏ nhỏ có thể được xấp xỉ như dịch chuyển Doppler, dịch chuyển đỏ vũ trụ học phát sinh từ sự giãn nở của không gian làm kéo giãn ánh sáng đang truyền đi, và nó được giải thích chính xác nhất như một thước đo trực tiếp về mức độ vũ trụ đã phát triển kể từ khi ánh sáng được phát ra.

Định luật Hubble-Lemaître có nghĩa là chúng ta đang ở trung tâm của vũ trụ không?

Không: trong một vũ trụ giãn nở đồng đều, mọi người quan sát đều thấy tất cả các thiên hà khác lùi xa theo cùng một định luật, vì vậy sự lùi xa rõ ràng từ chúng ta không phải là bằng chứng về một vị trí trung tâm đặc biệt.