K Povaze Vědeckého Poznání

rudý posuv a Dopplerův efekt

V přibližně stejné době, Rakouský fyzik, který se jmenoval Christian Doppler studoval astronomii a matematiku. Doppler věděl, že světlo se chová jako vlna, a tak začal přemýšlet o tom, jak by pohyb hvězd mohl ovlivnit světlo vyzařované z těchto hvězd. Ve studii zveřejněné v roce 1842, Doppler navrhl, že pozorovaná frekvence vlny bude záviset na relativní rychlost vlny je zdroj ve vztahu k pozorovateli, což je jev nazval „frekvenční posun“ (Doppler, 1842). Udělal analogii na loď plout na oceán, popisující, jak loď by setkání vlny na povrchu vody rychleji (a tím vyšší frekvence), pokud to byly plující do vln, než kdyby to bylo cestování ve stejném směru, jako vlny.

Ty by mohly být obeznámeni s frekvenční posun, který nyní nazýváme Dopplerův Efekt na jeho počest, pokud jste někdy poslouchal provoz, zatímco stojící na straně silnice. Známý high-low pitch změna je příkladem efekt – skutečná frekvence vlny vyzařované se nemění, ale rychlost projíždějícího vozidla ovlivňuje, jak rychle se tyto vlny dosáhnou. Doppler navrhl, že uvidíme stejný účinek na všechny hvězdy, které se pohybovaly: Jejich barva by posun k červenému konci spektra, pokud byly vzdaluje od Země (tzv. rudý posuv) a směrem k modrému konci spektra, když se pohybovali blíž (tzv. blueshift) (viz Obrázek 4). Očekával, že bude schopen vidět tento posun v binárních hvězdách nebo dvojicích hvězd, které obíhají kolem sebe. Nakonec, Doppler 1842 papíru, nadepsaný „Na barevné světle dvojhvězd a některých dalších hvězd na nebi“, by to změnit způsob, jakým se díváme na vesmír. V té době však dalekohledy nebyly natolik citlivé, aby potvrdily posun, který navrhl.

Dopplerovy myšlenky se staly součástí vědecké literatury a tím se staly známými i dalším vědcům. Počátkem roku 1900 technologie konečně dohnala Dopplera a k testování jeho nápadů bylo možné použít výkonnější dalekohledy. V září 1901 Američan jménem Vesto Slipher právě dokončil bakalářský titul v oboru mechaniky a astronomie na Indiana University. Dostal práci jako dočasný asistent na Lowell Observatory ve Flagstaffu v Arizoně, zatímco pokračoval ve své postgraduální práci v Indianě. Krátce po jeho příjezdu, observatoř získal tři prism spektrograf, a Slipher práce bylo připojit jej na 24-palcový teleskop na hvězdárně a naučit se ji používat ke studiu rotace planet ve sluneční soustavě. Po několika měsících problémů a potíží, Slipher byl schopen vzít spektrogramy Marsu, Jupiter, a Saturn. Ale Slipherovy osobní výzkumné zájmy byly mnohem dál než planety sluneční soustavy. Stejně jako Doppler se zajímal o studium spekter binárních hvězd a začal tak činit ve svém volném čase na observatoři.

v Průběhu příštích desetiletí, Slipher dokončil magisterský titul a Doktorát na Univerzitě v Indianě, zatímco pokračuje v jeho práci na Lowell Observatory měření spektra a Dopplerova posunu hvězd. Zejména, Slipher zaměřil svou pozornost na hvězdy ve spirálních mlhovin (Obrázek 5), očekával, že najít ten posun vidět ve spektru hvězdy naznačují, že galaxie ty hvězdy patří, aby byly rotující. Ve skutečnosti je připočítán s určením, že galaxie se otáčejí, a byl schopen určit rychlosti, při kterých se otáčejí. Ale v roce 1914, poté, co studoval 15 různých mlhovin, oznámil zvědavý objev na zasedání Americké Astronomické Společnosti v srpnu:

Ve velké většině případů mlhoviny jsou ustupující; největší rychlosti jsou všechny pozitivní…Výrazná Převaha pozitivního znamení naznačuje, že generál prchá před námi nebo Mléčnou dráhou.

Slipher zjistil, že většina galaxií ukázal rudý posuv v jejich spektra, což naznačuje, že jsou všechny pohybující se od nás v prostoru, nebo ustupující (Slipher, 1915). Měřením velikosti rudého posuvu, byl schopen určit závěrečný rychlost nebo rychlost, při které objekty byly „prchají.“Slipher provedl výklad ze svých pozorování, který dal nový pohled na vesmír, a v reakci na to obdržel ovace ve stoje za jeho prezentaci.

Slipher pokračoval v jeho práci s rudý posuv a galaxií a publikoval další papír v roce 1917, má nyní kontroluje 25 mlhovin a viděl rudý posuv ve 21 z nich. Georges Lemaître, Belgický fyzik a astronom, stavěl na Slipherově práci, zatímco dokončil doktorát na Massachusetts Institute of Technology. Rozšířil Slipherova měření na celý vesmír a matematicky vypočítal, že vesmír se musí rozšiřovat, aby vysvětlil Slipherovo pozorování. Publikoval své myšlenky v roce 1927 papíru, tzv. „homogenní Vesmír konstantní hmotnosti a rostoucí poloměr účetnictví pro radiální rychlosti extragalaktických mlhovin“ (Lemaître, 1927), ale jeho článek se setkal s rozsáhlou kritiku z vědecké komunity. Anglický astronom Fred Hoyle tuto práci zesměšnil a vytvořil termín „Velký třesk“ jako pohrdavou přezdívku pro Lemaîtreovu myšlenku. A nikdo jiný než Albert Einstein kritizoval Lemaître, psaní pro něj „Vaše matematika je správné, ale vaše fyzika je odporné“ (Deprit, 1984).

Einsteinova kritika měla osobní a kulturní složku, dvě věci, které často přehlížíme, pokud jde o jejich vliv na vědu. O několik let dříve Einstein publikoval svou obecnou teorii relativity (Einstein, 1916). Při formulování teorie se Einstein setkal s jedním významným problémem: obecná relativita předpovídala, že vesmír se musí buď stahovat, nebo rozšiřovat – neumožňoval statický vesmír. Ale smluvní nebo rozšiřující se vesmír nemohl být věčný, zatímco statický, nehybný vesmír mohl, a převládající kulturní víra v té době byla, že vesmír byl věčný. Einstein byl silně ovlivněn jeho kulturním prostředím. V důsledku toho vynalezl „fudge faktor“, který nazval kosmologickou konstantou, která by umožnila, aby teorie obecné relativity byla v souladu se statickým vesmírem. Ale věda není demokracie nebo plutokracie; není to ani nejběžnější nebo nejoblíbenější závěr, který se stane přijatým, ale spíše závěr, který se časem postaví zkoušce důkazů. Einsteinova kosmologická konstanta byla zpochybňována novými důkazy.