Едуин Хъбъл
gigatos | април 3, 2022
Резюме
Едуин Пауъл Хъбъл (20 ноември 1889 г. – 28 септември 1953 г.) е американски астроном. Той изиграва решаваща роля за създаването на областите на извънгалактичната астрономия и наблюдателната космология.
Хъбъл доказва, че много обекти, смятани дотогава за облаци от прах и газ и класифицирани като „мъглявини“, всъщност са галактики отвъд Млечния път. Той използва силната пряка връзка между светимостта на класическата променлива Цефеида и периода на пулсация (открита през 1908 г. от Хенриета Суон Ливит) за определяне на галактическите и извънгалактическите разстояния.
Хъбъл предоставя доказателства, че скоростта на рецесия на една галактика се увеличава с разстоянието до Земята – свойство, което днес е известно като „закон на Хъбъл“, въпреки че е предложено и доказано по наблюдателен път две години по-рано от Жорж Леметр. Законът на Хъбъл и Лемаир предполага, че Вселената се разширява. Десетилетие преди това американският астроном Весто Слифер е предоставил първите доказателства, че светлината от много от тези мъглявини е силно изместена в червено, което свидетелства за високи скорости на рецесия.
Името на Хъбъл е най-разпознаваемо заради космическия телескоп Хъбъл, който е наречен в негова чест и чийто модел е изложен на видно място в родния му град Маршфийлд, Мисури.
Едуин Хъбъл е роден в семейството на Вирджиния Лий Хъбъл (по баща Джеймс) (1864-1934) и Джон Пауъл Хъбъл, застраховател, в Маршфийлд, Мисури, и се премества в Уитън, Илинойс, през 1900 г. В младежките си години се отличава повече със спортните си умения, отколкото с интелектуалните си способности, въпреки че получава добри оценки по всички предмети с изключение на правописа. Едуин е надарен спортист, играе бейзбол, футбол и бяга на писта в гимназията и колежа. През 1906 г. печели седем първи места и едно трето място в една среща по лека атлетика в гимназията и играе на различни позиции на баскетболното игрище – от център до стрелец. Хъбъл води баскетболния отбор на Чикагския университет до първата му титла в конференцията през 1907 г.
Бакалавърски програми
Обучението на Хъбъл в Чикагския университет е съсредоточено върху правото, в резултат на което през 1910 г. той получава бакалавърска степен. Хъбъл става и член на братството Капа Сигма. Стипендиант на „Роудс“, той прекарва три години в Кралския колеж в Оксфорд, изучавайки право, вместо наука (като обещание към умиращия си баща), а по-късно добавя обучение по литература и испански език, като в крайна сметка получава магистърска степен.
През 1909 г. бащата на Хъбъл премества семейството си от Чикаго в Шелбивил, Кентъки, за да може семейството да живее в малък град, като накрая се установява в близкия Луисвил. Баща му умира през зимата на 1913 г., докато Едуин все още е в Англия. През следващото лято Едуин се завръща у дома, за да се грижи за майка си, двете си сестри и по-малкия си брат, заедно с брат си Уилям. Семейството отново се премества на Еверет авеню, в квартал Хайлендс на Луисвил, за да настани Едуин и Уилям.
Хъбъл е и послушен син, който въпреки силния си интерес към астрономията още от детството, се съгласява с молбата на баща си да учи право, първо в Чикагския университет, а след това в Оксфорд. През това време той посещава и някои курсове по математика и природни науки. След смъртта на баща си през 1913 г. Едуин се завръща от Оксфорд в Средния Запад, но няма мотивация да практикува право. Вместо това той продължава да преподава испански език, физика и математика в гимназията „Ню Олбани“ в Ню Олбани, Индиана, където е и треньор на баскетболния отбор за момчета. След едногодишно преподаване в гимназията постъпва в аспирантура с помощта на свой бивш професор от Чикагския университет, за да изучава астрономия в университетската обсерватория „Йеркес“, където получава докторска степен през 1917 г. Дисертацията му е озаглавена „Фотографски изследвания на слаби мъглявини“. В обсерваторията „Йеркес“ той има достъп до един от най-мощните телескопи в света по онова време, който има иновативен 24-инчов (61 см) рефлектор.
Докторантура
След като през 1917 г. Съединените щати обявяват война на Германия, Хъбъл бърза да завърши докторската си дисертация, за да може да се присъедини към армията. Хъбъл се записва доброволец в армията на САЩ и е разпределен в новосъздадената 86-та дивизия, където служи във 2-ри батальон на 343-ти пехотен полк. Издига се до чин майор и на 9 юли 1918 г. е признат за годен за служба в чужбина, но 86-та дивизия така и не участва в бойни действия. След края на Първата световна война Хъбъл прекарва една година в Кеймбриджкия университет, където подновява изследванията си по астрономия.
През 1919 г. Джордж Елъри Хейл, основател и директор на обсерваторията, предлага на Хъбъл да работи в обсерваторията „Маунт Уилсън“ на Научния институт „Карнеги“, близо до Пасадена, Калифорния. Хъбъл остава служител в Маунт Уилсън до смъртта си през 1953 г. Малко преди смъртта си Хъбъл става първият астроном, който използва току-що завършения гигантски 200-инчов (5,1 м) рефлекторен телескоп на Хейл в обсерваторията Паломар близо до Сан Диего, Калифорния.
По време на Втората световна война Хъбъл работи и като цивилен служител в американската армия в полигона Абърдийн в Мериленд като началник на отдела за външна балистика на Лабораторията за балистични изследвания, където ръководи голям обем изследвания в областта на външната балистика, които увеличават ефективната огнева мощ на бомбите и снарядите. Работата му е улеснена от личното му разработване на няколко елемента от оборудването за уредите, използвани във външната балистика, като най-забележителната разработка е високоскоростната часовникова камера, която прави възможно изследването на характеристиките на бомбите и нискоскоростните снаряди в полет. Резултатите от неговите изследвания имат заслуга за значителното подобряване на конструкцията, експлоатационните характеристики и военната ефективност на бомбите и ракетите. За работата си там получава наградата на Легиона за заслуги.
Вселената излиза извън галактиката Млечен път
Пристигането на Едуин Хъбъл в обсерваторията Маунт Уилсън, Калифорния, през 1919 г. съвпада приблизително със завършването на 100-инчовия (2,5 м) телескоп на Хукър, който тогава е най-големият в света. По онова време преобладаващото мнение за космоса е, че Вселената се състои изцяло от галактиката Млечен път. С помощта на телескопа на Хукър в планината Уилсън Хъбъл идентифицира променливи на Цефеидите (вид звезди, които се използват като средство за определяне на разстоянието до галактиката – вж. също стандартна свещ) в няколко спирални мъглявини, включително мъглявината Андромеда и Триъгълника. Наблюденията му, проведени през 1924 г., доказват категорично, че тези мъглявини са твърде отдалечени, за да бъдат част от Млечния път, и всъщност са цели галактики извън нашата, за които изследователите са подозирали поне от 1755 г., когато се появява „Обща история на природата и теория на небето“ на Имануел Кант. На тази идея са се противопоставяли много представители на тогавашната астрономическа наука, по-специално Харлоу Шапли от Харвардския университет. Въпреки опозицията Хъбъл, тогава тридесет и пет годишен учен, публикува своите открития за първи път в „Ню Йорк Таймс“ на 23 ноември 1924 г., след което ги представя пред други астрономи на срещата на Американското астрономическо дружество на 1 януари 1925 г. Резултатите на Хъбъл за Андромеда са официално публикувани в рецензирано научно списание едва през 1929 г.
Откритията на Хъбъл променят из основи научната представа за Вселената. Поддръжниците твърдят, че откриването на мъглявините извън нашата галактика е помогнало на Хъбъл да проправи пътя на бъдещите астрономи. Въпреки че някои от по-известните му колеги просто се подиграват на резултатите му, Хъбъл в крайна сметка публикува своите открития за мъглявините. Тази публикувана работа му донесе награда, озаглавена „Награда на Американската асоциация“, и петстотин долара от Бъртън Е. Ливингстън от Комитета по наградите.
Хъбъл създава и най-често използваната система за класифициране на галактиките, като ги групира според външния им вид на фотографски изображения. Той подрежда различните групи галактики в така наречената последователност на Хъбъл.
Червеното отместване се увеличава с разстоянието
Хъбъл оценява разстоянията до 24 извънгалактични мъглявини, като използва различни методи. През 1929 г. Хъбъл изследва връзката между тези разстояния и техните радиални скорости, определени от червените им отмествания. Сега е известно, че всички изчислени от него разстояния са твърде малки, с до 7 пъти. Това се дължи на фактори като факта, че има два вида променливи на Цефеида, или на объркване на ярки газови облаци с ярки звезди. Въпреки това неговите разстояния са повече или по-малко пропорционални на истинските разстояния и комбинирайки своите разстояния с измерванията на червените отмествания на галактиките, направени от Весто Слифер и от неговия асистент Милтън Л. Хюмасон, той открива приблизително линейна зависимост между разстоянията на галактиките и техните радиални скорости (коригирани за движението на Слънцето) – откритие, което по-късно става известно като закон на Хъбъл.
Това означава, че колкото по-голямо е разстоянието между две галактики, толкова по-голяма е относителната им скорост на раздалечаване. Ако се интерпретират по този начин, измерванията на Хъбъл върху 46 галактики водят до стойност на константата на Хъбъл от 500 km
Въпреки това причината за червеното отместване остава неясна. Жорж Леметр, белгийски католически свещеник и физик, предсказва на теоретична основа, въз основа на уравненията на Айнщайн за общата теория на относителността, връзката между червеното отместване и разстоянието и публикува данни от наблюденията две години преди откриването на закона на Хъбъл. Въпреки това много космолози и астрономи (Хъбъл остава под съмнение относно интерпретацията на Лемайтер през целия си живот. Въпреки че в статията си използва термина „скорости“ (а във въведението – „видими радиални скорости“), по-късно той изразява съмнение относно тълкуването им като реални скорости. През 1931 г. той пише писмо до холандския космолог Вилем де Ситер, в което изразява мнението си относно теоретичното тълкуване на връзката червено отместване-разстояние:
„И двамата с г-н Хюмасон сме дълбоко признателни за вашата любезна оценка на статиите за скоростите и разстоянията на мъглявините. Ние използваме термина „видими“ скорости, за да подчертаем емпиричните характеристики на корелацията. Считаме, че тълкуването трябва да бъде оставено на Вас и на малцината други, които са компетентни да обсъждат въпроса с авторитет.“
Днес въпросните „видими скорости“ обикновено се разглеждат като увеличаване на собственото разстояние, което се дължи на разширяването на Вселената. Светлината, която се движи през разширяваща се метрика, изпитва червено отместване от типа на Хъбъл – механизъм, който донякъде се различава от ефекта на Доплер (въпреки че двата механизма стават еквивалентни описания, свързани с координатна трансформация за близките галактики).
През 30-те години на ХХ век Хъбъл се занимава с определяне на разпределението на галактиките и пространствената кривина. Тези данни сякаш сочат, че Вселената е плоска и хомогенна, но при големи червени отмествания се наблюдава отклонение от плоскостта. Според Алън Сандейдж,
„Хъбъл е смятал, че данните от преброяването му дават по-разумен резултат относно пространствената кривина, ако корекцията на червеното преместване се направи, като се приеме, че няма рецесия. До самия край на трудовете си той поддържа тази позиция, като предпочита (или най-малкото държи отворен) модела, при който не съществува истинско разширение и следователно червеното отместване „представлява непризнат досега принцип на природата“.
Имаше методологични проблеми с техниката на изследване на Хъбъл, които показаха отклонение от плоскостта при големи червени отмествания. По-специално, техниката не отчиташе промените в светимостта на галактиките, дължащи се на тяхната еволюция.По-рано, през 1917 г., Алберт Айнщайн открива, че новоразработената от него обща теория на относителността показва, че Вселената трябва или да се разширява, или да се свива. Неспособен да повярва на това, което му казват собствените му уравнения, Айнщайн въвежда космологична константа („фактор на размиване“) в уравненията, за да избегне този „проблем“. Когато Айнщайн научава за червените премествания на Хъбъл, той веднага разбира, че предсказаното от общата теория на относителността разширение трябва да е реално, и в по-късен етап от живота си казва, че промяната на уравненията му е била „най-голямата грешка в живота“. Всъщност Айнщайн очевидно веднъж е посетил Хъбъл и се е опитал да го убеди, че Вселената се разширява.
На 30 август 1935 г. Хъбъл открива и астероида 1373 Синсинати. През 1936 г. той пише „Наблюдателен подход към космологията“ и „Царството на мъглявините“, в които обяснява своите подходи към извънгалактичната астрономия и вижданията си за историята на тази област.
През декември 1941 г. Хъбъл докладва пред Американската асоциация за напредък в науката, че резултатите от шестгодишно изследване с телескопа на връх Уилсън не подкрепят теорията за разширяващата се Вселена. Според статия в „Лос Анджелис Таймс“, отразяваща забележките на Хъбъл, „мъглявините не биха могли да бъдат равномерно разпределени, както показва телескопът, и въпреки това да отговарят на идеята за експлозия. Според него обясненията, които се опитват да заобиколят това, което вижда големият телескоп, не издържат. Експлозията, например, би трябвало да е започнала дълго след създаването на Земята, а може би дори след появата на първия живот тук.“ (Според оценката на Хъбъл за това, което сега наричаме константа на Хъбъл, Големият взрив е настъпил преди едва 2 милиарда години.)
На 26 февруари 1924 г. Хъбъл се жени за Грейс Лилиан (Бърк) Лейб (1889-1980), дъщеря на Джон Патрик и Луела (Кепфорд) Бърк.
Хъбъл е възпитан като християнин, но някои от по-късните му изказвания говорят за несигурност.
Здравни проблеми и смърт
Хъбъл получава сърдечен удар през юли 1949 г., докато е на почивка в Колорадо. За него се грижи съпругата му и той продължава да спазва модифицирана диета и работен график. Умира от церебрална тромбоза (кръвен съсирек в мозъка) на 28 септември 1953 г. в Сан Марино, Калифорния. Не му е организирано погребение, а съпругата му така и не разкрива мястото на погребението му.
Обвинения относно приоритета на Льометр
През 2011 г. в списание Nature се появяват твърдения, че Хъбъл е играл роля в редактирането на ключови части от превода на статията на Лемайтер от 1927 г., в която се излага така нареченият закон на Хъбъл и се дават доказателства за него. Историците, цитирани в статията, са скептични, че редакциите са били част от кампания, целяща да гарантира, че Хъбъл ще запази приоритета си. Въпреки това астрономът Сидни ван ден Берг публикува статия, в която се предполага, че макар пропуските да са направени от преводач, те все пак може да са били умишлени.
През ноември 2011 г. астрономът Марио Ливио съобщава в Nature, че документите в архива на Лематр показват, че редакцията наистина е извършена от самия Лематр, който очевидно не е виждал смисъл да включва научно съдържание, което вече е било докладвано от Хъбъл. Това обаче не омаловажава факта, че Lemaître е публикувал на френски език без подобни пропуски две години (1927 г.) преди Hubble (1929 г.).
Опит за получаване на Нобелова награда
По онова време Нобеловата награда за физика не се присъжда за работа в областта на астрономията. През по-голямата част от кариерата си Хъбъл се опитва да наложи астрономията като област от физиката, а не като самостоятелна наука. Той прави това до голяма степен, за да могат астрономите, включително и той самият, да бъдат признати от Нобеловия комитет за ценния им принос към астрофизиката. Тази кампания е неуспешна приживе на Хъбъл, но малко след смъртта му Нобеловият комитет решава, че астрономическият труд ще може да се кандидатства за наградата за физика. Наградата обаче не може да бъде присъдена посмъртно.
Печат
На 6 март 2008 г. Пощенската служба на САЩ пуска в продажба пощенска марка за 41 цента в чест на Хъбъл на лист, озаглавен „Американски учени“, проектиран от художника Виктор Стабин.
Астрономът Едуин Хъбъл (1889-1953 г.), често наричан „пионер на далечните звезди“, изиграва ключова роля в разгадаването на огромната и сложна природа на Вселената. Неговите щателни изследвания на спирални мъглявини доказват съществуването на галактики, различни от нашия Млечен път. Ако не беше починал внезапно през 1953 г., Хъбъл щеше да получи тазгодишната Нобелова награда за физика.
(Обърнете внимание, че твърдението, че е щял да получи Нобелова награда през 1953 г., вероятно е невярно, въпреки че е бил номиниран за наградата през същата година.)
Другите учени от листа „Американски учени“ включват Герти Кори, биохимик; Линус Полинг, химик, и Джон Бардън, физик.
Други забележителни изяви
В документалния филм от 1980 г. „Космосът: Животът и работата на Хъбъл са представени на екрана в епизод 10: „На ръба на вечността“.
Пиесата „Рожденият ден на Сътворението“, написана от физика от Корнел Хасан Падамзи, разказва историята на живота на Хъбъл.
Източници
