a tudományos ismeretek jellege

Redshift és a Doppler-effektus

nagyjából egy időben egy Christian Doppler nevű osztrák fizikus csillagászatot és matematikát tanult. Doppler tudta, hogy a fény hullámként viselkedik, így elkezdett gondolkodni azon, hogy a csillagok mozgása hogyan befolyásolhatja a csillagok által kibocsátott fényt. Egy 1842-ben megjelent tanulmányban a Doppler azt javasolta, hogy a hullám megfigyelt frekvenciája a hullám forrásának relatív sebességétől függjön a megfigyelőhöz képest, egy olyan jelenséget, amelyet “frekvenciaváltásnak” nevezett (Doppler, 1842). Analógiát készített az óceánon vitorlázó hajóval, leírva, hogy a hajó gyorsabban (és így nagyobb gyakorisággal) találkozik a víz felszínén lévő hullámokkal, ha a hullámokba vitorlázik, mintha a hullámokkal azonos irányba haladna.

lehet, hogy ismeri a frekvenciaváltást, amelyet most tiszteletére Doppler-effektusnak nevezünk, ha valaha is hallgatta a forgalom hangját, miközben az út szélén állt. Az ismerős magas-alacsony hangmagasság-változás a hatás példája – a kibocsátott hullámok tényleges frekvenciája nem változik, de az elhaladó jármű sebessége befolyásolja, hogy ezek a hullámok milyen gyorsan érik el önt. Doppler azt javasolta, hogy ugyanazt a hatást fogjuk látni minden mozgó csillagra: Színük a spektrum vörös vége felé tolódna, ha távolodnának a Földtől (úgynevezett vöröseltolódás) és a spektrum kék vége felé, ha közelebb mennének (úgynevezett kékeltolódás) (lásd a 4.ábrát). Arra számított, hogy képes lesz látni ezt a váltást bináris csillagokban, vagy csillagpárokban, amelyek egymás körül keringenek. Végül a Doppler 1842-es cikke, melynek címe: “a kettős csillagok színes fényén és az ég egyes más csillagain”, megváltoztatja azt, ahogyan az univerzumot nézzük. Abban az időben azonban a teleszkópok nem voltak elég érzékenyek ahhoz, hogy megerősítsék az általa javasolt eltolódást.

Doppler elképzelései a tudományos irodalom részévé váltak, így más tudósok is ismertté váltak. Az 1900-as évek elejére a technológia végre utolérte a Dopplert, és erősebb teleszkópokkal lehetett tesztelni elképzeléseit. 1901 szeptemberében egy Vesto Slipher nevű amerikai épp most fejezte be az Indiana Egyetem mechanika és csillagászat szakát. Ideiglenes asszisztensként kapott munkát az Arizonai Flagstaff-I Lowell Obszervatóriumban, miközben folytatta diplomamunkáját Indiana-ban. Nem sokkal érkezése után az obszervatórium háromprizmás spektrográfot kapott, Slipher feladata az volt, hogy az obszervatórium 24 hüvelykes teleszkópjához szerelje fel, és megtanulja használni a naprendszer bolygóinak forgásának tanulmányozására. Néhány hónapnyi probléma és bajlódás után Slipher képes volt spektrogramokat venni a Marsról, a Jupiterről és a Szaturnuszról. De Slipher személyes kutatási érdekei sokkal távolabb voltak, mint a naprendszer bolygói. Dopplerhez hasonlóan ő is érdeklődött a bináris csillagok spektrumának tanulmányozása iránt, és szabadidejében az Obszervatóriumban kezdte meg ezt.

a következő évtizedben Slipher mesterdiplomát és PhD fokozatot szerzett az Indiana Egyetemen, miközben a Lowell Obszervatóriumban folytatta a csillagok spektrumát és Doppler-eltolódását mérő munkáját. Slipher különösen a spirális ködön belüli csillagokra összpontosította figyelmét (5. ábra), arra számítva, hogy a csillagok spektrumában látható eltolódás azt jelzi, hogy azok a galaxisok, amelyekhez a csillagok tartoztak, forognak. Valójában azt a megállapítást kapta, hogy a galaxisok forognak, és képes volt meghatározni azokat a sebességeket, amelyeken forognak. De 1914-ben, miután 15 különböző ködöt tanulmányozott, furcsa felfedezést jelentett be az Amerikai Csillagászati Társaság augusztusi ülésén:

az esetek nagy többségében a ködök visszahúzódnak; a legnagyobb sebesség mind pozitív…A pozitív jel feltűnő túlsúlya azt jelzi, hogy egy tábornok menekül tőlünk vagy a Tejútrendszertől.

Slipher azt találta, hogy a legtöbb galaxis spektruma vöröseltolódást mutatott, jelezve, hogy mindannyian távolodnak tőlünk az űrben, vagy visszahúzódnak (Slipher, 1915). A redshift nagyságának mérésével meg tudta határozni a rekeszsebességet vagy azt a sebességet, amellyel az objektumok “elmenekültek”.”Slipher olyan értelmezést tett a megfigyeléseiből, amely új perspektívát adott az univerzumnak, és válaszul állandó ovációt kapott a bemutatására.

Slipher folytatta munkáját a vöröseltolódással és a Galaxisokkal, majd 1917-ben újabb tanulmányt tett közzé, amelyben 25 ködöt vizsgált meg, és 21-ben vöröseltolódást látott. Georges Lemaître, belga fizikus és csillagász, Slipher munkájára épült, miközben PhD-jét a Massachusetts Institute of Technology-ban fejezte be. Kiterjesztette Slipher méréseit az egész univerzumra, és matematikailag kiszámította, hogy az univerzumnak terjeszkednie kell, hogy megmagyarázza Slipher megfigyelését. Ötleteit egy 1927-es, “az állandó tömeg homogén univerzuma és az extragalaktikus ködök sugárirányú sebessége” (Lemaître, 1927) című lapban tette közzé, de tanulmánya széles körű kritikával találkozott a tudományos közösség részéről. Az angol csillagász, Fred Hoyle nevetségessé tette a művet, és Lemaître ötletének becsmérlő beceneveként fogalmazta meg a “Big Bang” elméletet. És nem más, mint Albert Einstein kritizálta Lemaître-t, írva neki: “a matematikád helyes, de a fizikája utálatos” (Deprit, 1984).

Einstein kritikája személyes és kulturális elem volt, két dolgot gyakran figyelmen kívül hagyunk a tudományra gyakorolt hatásuk szempontjából. Néhány évvel korábban Einstein közzétette általános relativitáselméletét (Einstein, 1916). Az elmélet megfogalmazásakor Einstein egy jelentős problémával szembesült: az általános relativitáselmélet azt jósolta, hogy az univerzumnak vagy összehúzódnia kell, vagy kibővülnie kell – ez nem tette lehetővé a statikus univerzumot. De egy összehúzódó vagy táguló világegyetem nem lehet örökkévaló, míg egy statikus, nem mozgó univerzum képes, és az akkori uralkodó kulturális hit az volt, hogy az univerzum örök. Einsteint erősen befolyásolta kulturális környezete. Ennek eredményeként feltalált egy” fudge factor ” – ot, amelyet kozmológiai állandónak nevezett, amely lehetővé tenné az általános relativitáselmélet összhangban állását egy statikus univerzummal. De a tudomány nem demokrácia vagy plutokrácia; ez nem a leggyakoribb vagy legnépszerűbb következtetés, amely elfogadásra kerül, hanem inkább az a következtetés, amely az idő múlásával a bizonyítékok tesztjére áll. Einstein kozmológiai állandóját új bizonyítékok támadták meg.