natura cunoașterii științifice

Redshift și efectul Doppler

cam în același timp, un fizician austriac pe nume Christian Doppler studia astronomia și matematica. Doppler știa că lumina se comportă ca o undă și astfel a început să se gândească la modul în care mișcarea stelelor ar putea afecta lumina emisă de acele stele. Într-o lucrare publicată în 1842, Doppler a propus că frecvența observată a unei unde ar depinde de viteza relativă a sursei undei în raport cu Observatorul, fenomen pe care l-a numit „schimbare de frecvență” (Doppler, 1842). El a făcut o analogie cu o navă care navighează pe ocean, descriind modul în care nava ar întâlni valuri pe suprafața apei într-un ritm mai rapid (și, prin urmare, o frecvență mai mare) dacă ar naviga în valuri decât dacă ar călători în aceeași direcție cu valurile. s-ar putea să fiți familiarizați cu schimbarea frecvenței, pe care o numim acum efectul Doppler în onoarea sa, dacă ați ascultat vreodată sunetul traficului în timp ce stați pe marginea drumului. Schimbarea familiară a pasului de la mare la mic este un exemplu al efectului-frecvența reală a undelor emise nu se schimbă, dar viteza vehiculului care trece afectează cât de repede ajung acele unde. Doppler a propus că vom vedea același efect asupra oricăror stele care se mișcau: Culoarea lor s-ar schimba spre capătul roșu al spectrului dacă s-ar îndepărta de Pământ (numit deplasare spre roșu) și spre capătul albastru al spectrului dacă s-ar apropia (numit deplasare spre albastru) (vezi Figura 4). Se aștepta să poată vedea această schimbare a stelelor binare sau a perechilor de stele care orbitează una în jurul celeilalte. În cele din urmă, lucrarea lui Doppler din 1842, intitulată „Despre lumina colorată a stelelor duble și a altor stele ale cerurilor”, va schimba chiar modul în care privim universul. Cu toate acestea, la acea vreme, telescoapele nu erau suficient de sensibile pentru a confirma schimbarea propusă de el.

ideile lui Doppler au devenit parte a literaturii științifice și prin aceasta au devenit cunoscute altor oameni de știință. La începutul anilor 1900, tehnologia a ajuns în cele din urmă la Doppler și telescoape mai puternice ar putea fi folosite pentru a testa ideile sale. În septembrie 1901, un american pe nume Vesto Slipher tocmai și-a terminat diploma de licență în mecanică și astronomie la Universitatea Indiana. A obținut un loc de muncă ca asistent temporar la Observatorul Lowell din Flagstaff, Arizona, în timp ce își continua munca absolventă la Indiana. La scurt timp după sosirea sa, observatorul a obținut un spectrograf cu trei prisme, iar sarcina lui Slipher a fost să-l monteze pe telescopul de 24 de inci de la observator și să învețe să-l folosească pentru a studia rotația planetelor din Sistemul solar. După câteva luni de probleme și probleme, Slipher a reușit să ia spectrograme de Marte, Jupiter și Saturn. Dar interesele personale de cercetare ale lui Slipher erau mult mai departe decât planetele Sistemului solar. La fel ca Doppler, el a fost interesat să studieze spectrele stelelor binare și a început să facă acest lucru în timpul liber la observator.în următorul deceniu, Slipher a absolvit un Master și un doctorat la Universitatea Indiana, în timp ce și-a continuat activitatea la Observatorul Lowell măsurând spectrele și deplasarea Doppler a stelelor. În special, Slipher și-a concentrat atenția asupra stelelor din nebuloasele spirale (Figura 5), așteptând să afle că schimbarea văzută în spectrele stelelor ar indica faptul că galaxiile de care aparțineau aceste stele se roteau. Într-adevăr, el este creditat cu determinarea faptului că galaxiile se rotesc și a fost capabil să determine vitezele la care se rotesc. Dar în 1914, după ce a studiat 15 nebuloase diferite, a anunțat o descoperire curioasă la o întâlnire a Societății Astronomice Americane din August:

în marea majoritate a cazurilor nebuloasele se retrag; cele mai mari viteze sunt toate pozitive…Preponderența izbitoare a semnului pozitiv indică un general care fuge de noi sau de Calea Lactee.

Slipher descoperise că majoritatea galaxiilor arătau o deplasare spre roșu în spectrul lor, indicând faptul că toate se îndepărtau de noi în spațiu sau se îndepărtau (Slipher, 1915). Măsurând magnitudinea deplasării spre roșu, el a fost capabil să determine viteza recesională sau viteza cu care obiectele „fugeau”.”Slipher a făcut o interpretare din observațiile sale care a pus o nouă perspectivă asupra universului și, ca răspuns, a primit ovații în picioare pentru prezentarea sa.

Slipher și-a continuat activitatea cu redshift și galaxii și a publicat o altă lucrare în 1917, după ce a examinat acum 25 de nebuloase și a văzut o redshift în 21 dintre ele. Georges Lema, fizician și astronom Belgian, a construit pe munca lui Slipher în timp ce își termina doctoratul la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. El a extins măsurătorile lui Slipher la întregul univers și a calculat matematic că universul trebuie să se extindă pentru a explica observația lui Slipher. El și-a publicat ideile într-o lucrare din 1927 numită „un univers omogen de masă constantă și rază în creștere care ține cont de viteza radială a nebuloaselor extragalactice” (Lema, 1927), dar lucrarea Sa a întâmpinat critici pe scară largă din partea comunității științifice. Astronomul englez Fred Hoyle a ridiculizat lucrarea și a inventat termenul” Big Bang ” ca o poreclă disprețuitoare pentru ideea lui Lema. Și nimeni altul decât Albert Einstein l-a criticat pe Lema, scriindu-i „matematica ta este corectă, dar fizica ta este abominabilă” (Deprit, 1984).

critica lui Einstein a avut o componentă personală și culturală, două lucruri pe care le trecem adesea cu vederea în ceea ce privește influența lor asupra științei. Cu câțiva ani mai devreme, Einstein își publicase teoria generală a relativității (Einstein, 1916). În formularea teoriei, Einstein a întâmpinat o problemă semnificativă: relativitatea generală a prezis că universul trebuia fie să se contracte, fie să se extindă – nu permitea un univers static. Dar un univers care se contractă sau se extinde nu putea fi etern, în timp ce un univers static, care nu se mișca, putea, iar credința culturală predominantă la acea vreme era că universul era etern. Einstein a fost puternic influențat de mediul său cultural. Drept urmare, el a inventat un „factor fudge”, pe care l-a numit constanta cosmologică, care ar permite teoriei relativității generale să fie în concordanță cu un univers static. Dar știința nu este o democrație sau plutocrație; nu este nici cea mai comună sau cea mai populară concluzie care devine acceptată, ci mai degrabă concluzia care rezistă testului dovezilor de-a lungul timpului. Constanta cosmologică a lui Einstein a fost contestată de noi dovezi.