哈勃定律|哈勃定律的提出，究竟经历了几代人的努力( 二 )
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图为用现代符号表示的第一弗里德曼方程 ， 其中左侧详细说明了哈勃膨胀率和时空的演变 ， 而右侧则包括了所有不同形式的物质和能量以及空间曲率 。 这被称为宇宙学最重要的方程 ， 由弗里德曼1922年提出的模型推导而来(LATEX / PUBLIC DOMAIN) 。
>1922年 ， 物理学家亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）发表了惊人的著作：Solving General Relativity for the case of a Realistic Universe（大致意思是 ， 以真实宇宙的情况/条件求解广义相对论） 。 这是首次对宇宙充满物质这一问题的解释 ， 这些东西可能是物质、射线、空间曲率、宇宙常数或者其他的任何东西 。
弗里德曼发现 ， 在任何情况下宇宙都必须膨胀或收缩 ， 如果宇宙充满物质或者空无所有 ， 那么静态的宇宙是不够稳定的 。 鉴于斯利普的观察和希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）在1920年大辩论中提出的论点 ， 宇宙在膨胀的观点得到支持 。
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图为1877年对仙女座大星云的观测结果 ， 它是第一个被发现具有涡旋臂的临近星系 。 这张图是黑白的仅仅是因为当时的照片没有滤光 ， 而不是将红、绿、蓝合成在一起变成彩色 。 图上可辨认的特征在130年来就算随机出现的变星和短暂事件例如新星、超新星等 ， 都没有发生改变 。 (ISAAC ROBERTS)
但是一切在95年前发生了巨大转变 ， 埃德温·哈勃（Edwin Hubble）做出了也许是天文学史上最重要的观察 。 哈勃在仙女座大星云中寻找恒星爆发 ， 认为这是新星的出现 。 1887年的摄影揭示了仙女座星系的螺旋结构 ， 哈勃试着找出其中的新星来测量仙女座与地球的距离 。 一颗、两颗、三颗 ， 令人兴奋的事情出现了！
他在第一颗的位置找到了第四颗星！如果这两颗星是同一个 ， 那么变化不会有那么大 ， 于是他划掉了代表新星的“N”,然后用红笔写了大大的“VER” 。 基于Henrietta Leavitt之前在变星上的研究 ， 他能够计算出地球与仙女座的距离了 ， 然后发现：仙女座大星云不属于银河系 ， 它是一个独立的星系 。 接着 ， 哈勃把他的结论推广到了所有涡旋状的天体 。
这是解答所有疑惑的关键证据 ， 它证明宇宙是在膨胀的 。
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哈勃在M31仙女座星系中发现了造父变星 ， 为我们提供了银河系以外星系所需的观测证据 ， 这为我们打开了宇宙的大门 ， 意识到宇宙是在膨胀的 。 (E. HUBBLE, NASA, ESA, R. GENDLER, Z. LEVAY AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)
哈勃与其助手米尔顿·休马森（Milton Humason）一起收集了螺旋星系中变星的更多数据 ， 从而使他们确定距这些天体的距离 。 到了20年代 ， 他收集的数据足够使任何一个科学家 ， 只要认真研究所有的证据就能够将星系距离与红移联系起来 。 甚至你我 ， 如果在当时知道这些数据 ， 都能够得出宇宙正在膨胀的结论 。
从历史上看 ， 乔治·勒默特（GeorgesLema?tre）是最早提出这一观点的 ， 但是他文章发表在法国一个很少有人看到的杂志上 。 美国科学家霍华德·罗伯森（Howard Robertson）也在1928得出结论：宇宙正在膨胀并计算原始膨胀率 。但是 ， 哈勃基于大量数据 ， 于1929年发表了他的突破性工作 ， 获得了最大的赞誉 。
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1929年基于哈勃对宇宙膨胀观测 ， 随后进行了更加详细但不确定的观测 。 哈勃的图表清楚地显示出他的红移-距离关系 ， 相对于前人有着极大地数据优势 ， 他的理论前景更加广阔 。 (ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L))
使用了几代人的“哈勃定律”更名为“哈勃-莱默特定律”, 但是我们的重点并不是将理论贡献归功于所逝去的几代人 ， 而是想让人们了解到科学家是如何发现宇宙的规律并且使用它的 。 我倾向于省略所有物理定则中的人名 ， 直接说明红移-距离关系 。 发现宇宙膨胀不是一两个人的奋斗 ， 而是文中所列以及许多科学家的努力成果 。 归根结底 ， 关于宇宙是如何运作的知识是最重要的 ， 这是科学研究的永久性遗产 ， 其他的一切都是对荣耀的虚伪证明 。
作者: starts-with-a-bang- Ethan Siegel
FY: 牧小晨
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