قانون هبل

(تم التحويل من قانون هابل)
علم الكون
WMAP 2008.png
الكون · الانفجار العظيم
عمر الكون
خط زمني للانفجار العظيم
المصير النهائي للكون
 ع  ن  ت
تلسكوب مرصد مونت ويلسون الذي استخدمه إدوين هابل لرصد المجرات، وقاده لصياغة القانون المعروف باسمه.
تطور نشأة الكون حتى الآن (توضيح بمقياس رسم اختياري لتمدد الكون ، الثانية 0 إلى اليسار).

قانون هبل Hubble's law أو قانون لومتر Lemaître's law، هو اسم نظرية في علم الكون الفيزيائي (تم إثباتها بالرصد)، وتنص على أن السرعة التي تبتعد بها مجرة من المجرات عنا تتناسب تناسبا طرديا مع المسافة بينها وبين الأرض. [1] وقد استنبط الفيزيائي والقسيس في نفس الوقت جورج لومتر هذا القانون عن طريق حله ل النظرية النسبية العامة لأينشتاين عام 1927. [2] ثم تبعه إدوين هابل عام 1929 وصاغ مثيلا لهذا القانون عن طريق القياس العملي لسرعة المجرات وسمي القانون باسمه "قانون هابل" حيث أنه يستند إلى قياسات عملية. [3] وذلك بعد عدة سنوات من الرصد وتسجيل القياسات، وقد استنتجت سرعة ابتعاد المجرات عنا عن طريق قياس مقدار الانزياح الأحمر الذي نجده عند قياس أطياف تلك المجرات. [4] وهي تعتبر أول مشاهدة تعتمد على المشاهدة العملية عن طريق التلسكوبات والتي تبين أن الكون يتمدد وهي أحد الإثباتات المعترف بها في وقتنا الحاضر لحدوث الانفجار العظيم منذ نحو 13.7 مليار سنة ونشأة الكون.

تطورت نظرية الانفجار العظيم من ملاحظات واعتبارات نظرية. الملاحظات الأولى كانت واضحة منذ زمن وهي أن السدم اللولبية تبتعد عن الأرض، لكن من سجل هذه الملاحظات لم يذهب بعيدا في تحليل هذه النتائج. في عام 1927 قام الكاهن البلجيكي جورج لومتر باشتقاق معادلات فريدمان-ليمايتري-روبرتسون-ووكر انطلاقا من النظرية النسبية العامة لأينشتاين واستنتج بناء على ظاهرة استمرار السدم الحلزونية في الابتهاد عن مجرتنا، مجرة درب التبانة أن الكون لابد وأن يكون قد بدأ من انفجار ذرة بدئية، وهذا ما دعي لاحقا في الأوساط العلمية ب الانفجار العظيم.

وفي عام 1929، أثبت إدوين هابل نظرية لومتر بإعطاء دليل رصدي للنظرية. اكتشف هابل أن المجرات تبتعد بعيدا من الأرض في جميع الاتجاهات وبسرعة تتناسب طرديا مع بعدها عن الأرض. هذا ما عـُرف لاحقا باسم قانون هابل. حسب المبدأ الكوني فإن الكون لا يملك إتجاها مفضلا ولا مكانا مفضلا لذلك كان استنتاج هابل أن الكون يتمدد بشكل معاكس تماما لتصور أينشتاين الذي كان يعتقد في كون ساكن.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

قيم مرصودة

تاريخ النشر ثابت هبل
(كم/ث)/Mpc
ثابت هبل
(كم/ث)/Mega-lightyear)
الراصد المصدر Remarks / methodology
2013-03-21 67.80 ± 0.77 المهمة پلانك [5][6][7][8][9] The ESA (European Space Agency) Planck Surveyor was launched in May 2009. Over a four-year period, it performed a significantly more detailed investigation of cosmic microwave radiation than earlier investigations using HEMT radiometers and bolometer technology to measure the CMB at a smaller scale than WMAP. On 21 March 2013, the European-led research team behind the Planck cosmology probe released the mission's data including a new CMB all-sky map and their determination of the Hubble Constant.
2012-12-20 69.32 ± 0.80 21.25 ± 0.25 NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) [10]
2010 70.4 +1.3−1.4 WMAP (seven-years of measurements) combined with other measurements. [11] These values arise from fitting a combination of WMAP and other cosmological data to the simplest version of the ΛCDM model. If the data are fit with more general versions, tends to be smaller and more uncertain: typically around 67 ± 4 (km/s)/Mpc although some models allow values near 63 (km/s)/Mpc.[12]
2010 71.0 ± 2.5 WMAP only (seven-years of measurements). [11]
2009-02 70.1 ± 1.3 WMAP (five-years of measurements through 2008) combined with other measurements. [13]
2009-02 71.9 +2.6−2.7 WMAP only (five-years of measurements through 2008) [13]
2006-08 77 ± 15% Chandra X-ray Observatory data analyzed by team at NASA's Marshall Space Flight Center (MSFC) [14]


2007 70.4 +1.5−1.6 WMAP (measurements through 2006) [15]
2003 71 ± 4 WMAP At time of publication, used most precise cosmic microwave background radiation determinations to date.
2001-05 72 ± 8 Hubble space telescope data analyzed by Hubble Key Project led by Dr. Wendy L. Freedman, Carnegie Observatories [16] This project established the most precise optical determination, consistent with a measurement of based upon Sunyaev-Zel'dovich effect observations of many galaxy clusters having a similar accuracy.
prior to 1996 50-90 (est.) [17]
1958 75 (est.) Allan Sandage [18] This was the first good estimate of H0, but it would be decades before a consensus was achieved.


الاكتشاف

معادلات فريدمان

شكل الكون

نجوم المتغير السيفاوي خارج درب التبانة

الجمع بين الانيزاح الأحمر وقياسات المسافة

Fit of redshift velocities to Hubble's law; patterned after William C. Keel (2007). The Road to Galaxy Formation. Berlin: Springer published in association with Praxis Pub., Chichester, UK. ISBN 3-540-72534-2.Various estimates for the Hubble constant exist. The HST Key H0 Group fitted type Ia supernovae for redshifts between 0.01 and 0.1 to find that H0 = 71 ± 2(statistical) ± 6 (systematic) km s−1Mpc−1,[19] while Sandage et al. find H0 = 62.3 ± 1.3 (statistical) ± 5 (systematic) km s−1Mpc−1.[20]


مخطط هبل

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الثابت الكوني المُهمل


التفسير

A variety of possible recessional velocity vs. redshift functions including the simple linear relation v = cz; a variety of possible shapes from theories related to general relativity; and a curve that does not permit speeds faster than light in accordance with special relativity. All curves are linear at low redshifts. See Davis and Lineweaver.[21]


سرعة الانزياح الأحمر والسرعة المتراجعة

سرعة الانزياح الأحمر



السرعة المتراجعة



We now define the Hubble constant as

واكتشاف قانون هبل:



or


القدرة على رصد المتغيرات

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

السرعة الزائدة مقابل السرعة النسبية

قانون هبل المثالي

المصير النهائي وعمر الكون

The age and ultimate fate of the universe can be determined by measuring the Hubble constant today and extrapolating with the observed value of the deceleration parameter, uniquely characterized by values of density parameters (ΩM for matter and ΩΛ for dark energy). A "closed universe" with ΩM > 1 and ΩΛ = 0 comes to an end in a Big Crunch and is considerably younger than its Hubble age. An "open universe" with ΩM ≤ 1 and ΩΛ = 0 expands forever and has an age that is closer to its Hubble age. For the accelerating universe with nonzero ΩΛ that we inhabit, the age of the universe is coincidentally very close to the Hubble age.




مفارقة أولبرز


متغير أبعاد هبل

تحديد ثابت هبل

Value of the Hubble Constant including measurement uncertainty above measurement method

تقدر أحدث القياسات (مارس 2010) ثابت هابل التي حصل عليها تلسكوب هابل الفضائي بواسطة مسبار ويلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية (تقدير ديسمبر 2012 (http://arxiv.org/pdf/1212.5225.pdf) ) بـ 3و69 (km/s)/(Mpc ), أي نحو 3و69 كيلومتر في الثانية لكل مليون فرسخ فلكي. (الفرسخ الفلكي = 3,26 سنة ضوئية).

إلا أنه توجد أيضا بعض القياسات الأخرى:

يهتم العلماء منذ سنين طويلة بالحصول على ثابت هابل بدقة. وهم لذلك يستخدمون أجهزة مختلفة لقياسه، منها تلسكوب هابل الفضائي، ومسبار ويلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية WMAP وأيضا قياسات تلسكوب شاندرا الفضائي للأشعة السينية.

يستغل تلسكوب هابل قياس ضوء المتغيرات القيفاوية (هي نجوم نباضة وتتميز بتناسب بين دورة ضوئها (الدورية) وقدر سطوعها)، كما تستغل المستعرات العظمى من نوع a1 كي تشكل "شمعات عيارية".

كما توجد طريقة جديدة لرصد المجرات وهي ظاهرة عدسة الجاذبية، وهي طريقة تمكن من قياس تغيرات سطوع المجرات عند عبرور ضوئها أحد عدسات الجاذبية. فعند عبور ضوء مجرة تقع خلف مجرة بالنسبة للمشاهد فإن مسارات ضوء المجرة الخلفية تتأثر بمجال الجاذبية للمجرة الوسطية بحيث تظهر للمشاهد كما لو كانت عدة مجرات وليست مجرة واحدة. فعند تغير سطوع المجرة المصدرة للضوء فإن هذا يغير أيضا من الصور التي يحصل عليها المشاهد. ومن معرفة هذا التغير في درجة السطوع يمكن حساب المافة بيننا وبين المجرة المصدرة للضوء. وبمعرفة بعدها وكذلك مقدار الانزياح الأحمر والذي يعطي سرعة اتعاد المجرة عنا يمكن تعيين معدل تمدد الكون.

أما الطريقة الثالثة وهي قياسات مسبار ويلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية فهي تختص بقياس توزيع الحرارة للموجات الكهرومغناطيسية في نطاق الميكروويف. ويمثل إشعاع الخلفية الميكروني الكوني جزءا تلك الأشعة الكهرومغناطيسية، وما إشعاع الخلفية هذا إلا بواقي التوزيع الحراري بعد الانفجار العظيم مباشرة. فمسبار ويلكينسون يقيس ذلك الاختلاف الضعيف في درجة الحرارة في صفحة السماء، وهي تمثل تشتت الإشعاع الأولي بوساطة المجرات وقت نشأتها وعطينا في وقتنا الحالي صورة لما كان في الماضي.

  • ومن نتائج قياسات أجراها مسبار ويلكينسون لمدة 5 سنوات نصل إلى القيمة:[23]:
  • ومن تحليل صور تلسكوب هابل التي أجراها باستخدام طريقة عدسات الجاذبية فهي تعطي قيمة لثابت هابل تبلغ:

[24]:

حيث : Mpc تساوي مليون parsec أي لكل مليون فرسخ فلكي. (مع العلم بأن الفرسخ الفلكي يعادل مسافة 3.3 سنة ضوئية)


القياسات السابقة ومناهج النقاش

تسارع الاتساع


اشتقاقات من متغير هبل


الكون المهمين عليه المادة (والثابت الكوني)


so Also, by definition,

and


الكون المهمين عليه المادة والطاقة المظلمة


لوكان كان الثابت w،


If dark energy does not have a constant equation-of-state w, then

and to solve this we must parametrize , for example if , giving


وحدات مشتقة من ثابت هبل

زمن هبل

طول هبل

حجم هبل


انظر أيضاً


الهوامش

  1. ^ Peter Coles, ed. (2001). Routledge Critical Dictionary of the New Cosmology. Routledge. p. 202. ISBN 0203164571.
  2. ^ Lemaître, Georges (1927). "Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques". Annales de la Société Scientifique de Bruxelles. A47: 49–56. translated by A. S. Eddington Lemaître, Georges (1931). "Expansion of the universe, A homogeneous universe of constant mass and increasing radius accounting for the radial velocity of extra-galactic nebulæ". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 91: 483–490.
  3. ^ Hubble, Edwin, "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae" (1929) Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 15, Issue 3, pp. 168-173 (Full article, PDF)
  4. ^ Malcolm S Longair (2006). The Cosmic Century. Cambridge University Press. p. 109. ISBN 0521474361.
  5. ^ Ade, P. A. R.; Aghanim, N.; Armitage-Caplan, C.; et al. (Planck Collaboration) (20 March 2013). "Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results" (PDF). Astronomy & Astrophysics (submitted). arXiv:1303.5062. Bibcode:2013arXiv1303.5062P. Italic or bold markup not allowed in: |journal= (help)
  6. ^ Staff (21 March 2013). "Planck Reveals An Almost Perfect Universe". ESA. Retrieved 21 March 2013.
  7. ^ Clavin, Whitney; Harrington, J.D. (21 March 2013). "Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus". NASA. Retrieved 21 March 2013.
  8. ^ Overbye, Dennis (21 March 2013). "An Infant Universe, Born Before We Knew". New York Times. Retrieved 21 March 2013.
  9. ^ Boyle, Alan (21 March 2013). "Planck probe's cosmic 'baby picture' revises universe's vital statistics". NBC News. Retrieved 21 March 2013.
  10. ^ Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results, p. 2, arXiv http://arxiv.org/pdf/1212.5225.pdf
  11. ^ أ ب "Seven-Year Wilson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results" (PDF). nasa.gov. Retrieved 2010-12-02. (see p. 39 for a table of best estimates for various cosmological parameters)
  12. ^ Results for and other cosmological parameters obtained by fitting a variety of models to several combinations of WMAP and other data are available at the NASA's LAMBDA website.
  13. ^ أ ب Table 7 of Hinshaw; G. (WMAP Collaboration).; et al. (2009). "Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results". The Astrophysical Journal Supplement. 180 (2): 225–245. arXiv:0803.0732. Bibcode:2009ApJS..180..225H. doi:10.1088/0067-0049/180/2/225. Unknown parameter |month= ignored (help); Unknown parameter |author-separator= ignored (help) (Table is on p. 54)
  14. ^ Chandra independently determines Hubble constant in Spaceflight Now
  15. ^ D. N. Spergel; et al. (2007). "Three-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications for Cosmology". Astrophysical Journal Supplement Series. 170 (2): 377–408. arXiv:astro-ph/0603449. Bibcode:2007ApJS..170..377S. doi:10.1086/513700. Unknown parameter |author-separator= ignored (help); online at LAMBDA
  16. ^ "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant". The Astrophysical Journal. 553 (1): 47–72. 2001. arXiv:astro-ph/0012376. Bibcode:2001ApJ...553...47F. doi:10.1086/320638. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help). Preprint available here.
  17. ^ Dennis Overbye, Lonely Hearts of the Cosmos: The Scientific Quest for the Secret of the Universe, Harper-Collins (1991), ISBN 0-06-015964-2 & ISBN 0-330-29585-3 (finalist, Nation Book Critics Circle Award for non-fiction). Second edition (with new afterword) Back Bay, 1999. Gives an account of the history of the dispute and rivalries.
  18. ^ Sandage, A. R. (May 1958). "Current Problems in the Extragalactic Distance Scale". Astrophysical Journal. 127 (3): 513–526. Bibcode:1958ApJ...127..513S. doi:10.1086/146483.
  19. ^ Wendy L Freedman; et al. (2001). "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant". Astrophys J. 553 (1): 47–72. arXiv:astro-ph/0012376. Bibcode:2001ApJ...553...47F. doi:10.1086/320638. Unknown parameter |author-separator= ignored (help)
  20. ^ Steven Weinberg (2008). Cosmology. Oxford University Press. p. 28. ISBN 0-19-852682-2.
  21. ^ قالب:Cite arxiv
  22. ^ Hubble-Konstante Mai 2009 (Hubble)
  23. ^ Hubble-Konstante Oktober 2008 (WMAP5)، arXiv.org: WMAP5 (v2)
  24. ^ Hubble-Konstante März 2010 (Gravitationslinsen)

المصادر

  • Eng, A. E. (1985). "A New Approach to Starlight Runs". Oswego. Cite journal requires |journal= (help)
  • Hubble, E. P. (1937). The Observational Approach to Cosmology. Oxford: Clarendon Press 
  • Kutner, Marc (2003). Astronomy: A Physical Perspective. New York: Cambridge University Press. ISBN 0-521-52927-1.
  • Liddle, Andrew R. (2003). An Introduction to Modern Cosmology (2nd ed.). Chichester: Wiley. ISBN 0-470-84835-9.

قراءات إضافية

وصلات خارجية