Prawo Hubble'a

Edwin Hubble w 1929 roku, mierząc promieniowanie odległych galaktyk zauważył, że linie w widmach galaktyk są przesunięte w kierunku czerwieni. Nie zauważył przesunięcia w druga stronę. Odkrycie to stało się jednym z fundamentalnych odkryć astronomicznych, które dało podstawy całej współczesnej kosmologii.

Zgodnie ze zjawiskiem Dopplera dla fal elektromagnetycznych długość fali mierzonej zależy od prędkości źródła emitującego to promieniowanie zgodnie ze wzorem:

\(\lambda = \lambda_0(1\pm\frac{v}{c})\)

gdzie:

\(λ\) - długość fali mierzona,
\(λ_0\) - długość fali emitowanej przez źródło promieniowania,
\(c\) - prędkość światła,
\(v\) - prędkość radialna źródła fali.

Znak plus stosujemy w przypadku, gdy źródło oddala się od obserwatora, minus - gdy się do niego zbliża. Długość fali jest więc większa, gdy jej źródło oddala się od nas i mniejsza, gdy się zbliża.

Zauważmy, że powyższy wzór umożliwia wyznaczenie prędkości oddalania się od nas galaktyk.

Wniosek z pomiarów był zaskakujący. Wszystkie galaktyki we Wszechświecie oddalają się od nas! Wszechświat cały czas rozszerza się. Skoro Wszechświat rozszerza się, to kiedyś prawdopodobnie był skupiony w jednym punkcie.

Co więcej, Hubble ustalił, że stosunek prędkości radialnej \(\vec{v}=\frac{d\vec{r}}{dt}\) do promienia \(\vec{r}\) jest stałą - nie ulega zmianie.

Sformułowano prawo, nazywane dzisiaj prawem Hubble'a:

Prędkości radialne oddalających się obiektów są proporcjonalne do ich odległości \(\vec{r}\).

\(\vec{v}=H\vec{r}\)

\(H\) oznacza stałą Hubble'a.

Stała ta ma szacunkową wartość: \(H=69 \frac{km}{s}\cdot \frac{1}{Mpc}\approx 2,3·10^{-18} s^{-1}\). Jej wyznaczenie nie jest łatwym zadaniem.

Wnioski

Z prawa Hubble'a wynika, że

Wszechświat powstał w wyniku tak zwanego Wielkiego Wybuchu. Cały czas rozszerza się jak nadmuchiwany balonik.
Na podstawie tego prawa można także oszacować wiek wszechświata (odwrotność stałej Hubble'a) oraz jego rozmiary, a także odległość badanej galaktyki od Ziemi.
Wielki Wybuch miał miejsce około 13,7 mld lat temu.

Ciekawostki

Hubble w 1929 roku wyznaczył wiek Wszechświata na 1,5 mld lat, co stało w jawnej sprzeczności ze znanym wówczas wiekiem Ziemi, szacowany na ponad 3 mld lat. Dziś wiemy, że Wszechświat jest dużo starszy.

W artykule "Czy jesteśmy w centrum Wszechświata?" znajduje się ciekawa symulacja rozszerzającego się wszechświata.

Czy jesteśmy w centrum Wszechświata?