Redshift and the Doppler effect
At about the same time, an Austrian physicist by the name of Christian Doppler was studying astronomy and mathematics. Doppler sabia que a luz se comportava como uma onda, e assim começou a pensar sobre como o movimento das estrelas poderia afetar a luz emitida por essas estrelas. Em um artigo publicado em 1842, Doppler propôs que a frequência observada de uma onda dependeria da velocidade relativa da fonte da onda em relação ao observador, um fenômeno que ele chamou de “deslocamento de frequência” (Doppler, 1842). Ele fez uma analogia a um navio à vela no oceano, descrevendo como o navio iria encontrar ondas na superfície da água a uma taxa mais rápida (e, portanto, maior frequência) se ele estava navegando nas ondas do que se estivesse viajando na mesma direção que as ondas.
Você pode estar familiarizado com a mudança de frequência, que agora chamamos de Efeito Doppler em sua honra, se você já ouviu o som do tráfego enquanto está na beira da estrada. A familiar mudança de passo entre altas e baixas é um exemplo do efeito – a frequência real das ondas emitidas não está mudando, mas a velocidade do veículo que passa afeta a rapidez com que essas ondas chegam até você. Doppler propôs que veríamos o mesmo efeito em todas as estrelas que se movessem: Sua cor mudaria para a extremidade vermelha do espectro se eles estivessem se afastando da terra (chamado de desvio vermelho) e para a extremidade azul do espectro se eles estivessem se movendo mais perto (chamado blueshift) (ver Figura 4). Ele esperava ser capaz de ver este deslocamento em estrelas binárias, ou pares de estrelas que orbitam entre si. Eventualmente, o artigo de 1842 de Doppler, intitulado “On the coloured light of the double stars and certain other stars of the heavens”, mudaria a maneira como olhamos para o universo. No entanto, na época, os telescópios não eram sensíveis o suficiente para confirmar a mudança que ele propôs.
Doppler, ideias tornaram-se parte da literatura científica e por que meios se tornou conhecido de outros cientistas. No início de 1900, a tecnologia finalmente alcançou Doppler e telescópios mais poderosos poderiam ser usados para testar suas ideias. Em setembro de 1901, um americano chamado Vesto Slipher tinha acabado de completar sua graduação em mecânica e astronomia na Universidade de Indiana. Ele conseguiu um emprego como assistente temporário no Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona, enquanto continuou seu trabalho de graduação em Indiana. Pouco depois de sua chegada, o Observatório obteve um espectrógrafo de três prismas, e o trabalho de Slipher era montá-lo ao telescópio de 24 polegadas no Observatório e aprender a usá-lo para estudar a rotação dos planetas no sistema solar. Depois de alguns meses de problemas e problemas, Slipher foi capaz de levar espectrogramas de Marte, Júpiter e Saturno. Mas os interesses pessoais de pesquisa de Slipher estavam muito mais longe do que os planetas do sistema solar. Como Doppler, ele estava interessado em estudar os espectros de estrelas binárias, e ele começou a fazê-lo em seu tempo livre no Observatório.na década seguinte, Slipher completou um mestrado e um doutorado na Universidade de Indiana, enquanto continuou seu trabalho no Observatório Lowell medindo o espectro e a mudança Doppler de estrelas. Em particular, Slipher focou sua atenção em estrelas dentro de nebulosas espirais (Figura 5), esperando descobrir que a mudança vista no espectro das estrelas indicaria que as galáxias a que essas estrelas pertenciam estavam girando. Na verdade, ele é creditado com a determinação de que as galáxias giram, e foi capaz de determinar as velocidades em que elas giram. Mas em 1914, tendo estudado 15 nebulosas diferentes, ele anunciou uma descoberta curiosa em uma reunião da American Astronomical Society em agosto:
na grande maioria dos casos as nebulosas estão recuando; as maiores velocidades são todas positivas…A preponderância marcante do sinal positivo indica um general a fugir de nós ou da Via Láctea.
Slipher tinha descoberto que a maioria das galáxias mostrava um desvio para o vermelho em seu espectro, indicando que todos eles estavam se afastando de nós no espaço, ou recuando (Slipher, 1915). Ao medir a magnitude do desvio para o vermelho, ele foi capaz de determinar a velocidade recessional ou a velocidade a que os objetos estavam “fugindo”.”Slipher tinha feito uma interpretação a partir de suas observações que colocou uma nova perspectiva sobre o universo, e em resposta, ele recebeu uma ovação de pé para sua apresentação.
Slipher continuou seu trabalho com redshift e galaxies e publicou outro artigo em 1917, tendo agora examinado 25 nebulosas e visto um redshift em 21 delas. Georges Lemaître, um físico e astrônomo Belga, construiu sobre o trabalho de Slipher ao completar seu PhD no Massachusetts Institute of Technology. Ele estendeu as medidas de Slipher para todo o universo, e calculou matematicamente que o universo deve estar se expandindo para explicar a observação de Slipher. Publicou suas ideias em um artigo de 1927 chamado “um universo homogêneo de massa constante e raio crescente contabilizando a velocidade radial das nebulosas extragalácticas” (Lemaître, 1927), mas seu artigo recebeu críticas generalizadas da comunidade científica. O astrônomo Inglês Fred Hoyle ridicularizou o trabalho, e cunhou a teoria do termo “Big Bang” como um apelido depreciativo para a ideia de Lemaître. E nenhum outro senão Albert Einstein criticou Lemaître, escrevendo para ele “sua matemática está correta, mas sua física é abominável” (private, 1984).a crítica de Einstein tinha um componente pessoal e cultural, duas coisas que muitas vezes ignoramos em termos da sua influência na ciência. Vários anos antes, Einstein tinha publicado sua Teoria Geral da relatividade (Einstein, 1916). Ao formular a teoria, Einstein tinha encontrado um problema significativo: a relatividade geral previu que o universo tinha de estar a contrair – se ou a expandir-não permitia um universo estático. Mas um universo em contração ou expansão não poderia ser eterno, enquanto um universo estático e não-móvel poderia, e a crença cultural predominante na época era que o universo era eterno. Einstein foi fortemente influenciado pelo seu ambiente cultural. Como resultado, ele inventou um “fudge factor”, que ele chamou de constante cosmológica, que permitiria que a teoria da relatividade geral fosse consistente com um universo estático. Mas a ciência não é uma democracia ou plutocracia.; não é nem a conclusão mais comum ou mais popular que se torna aceita, mas sim a conclusão que faz frente ao teste da evidência ao longo do tempo. A constante cosmológica de Einstein estava a ser desafiada por novas provas.os cientistas não são influenciados pelas suas experiências pessoais, crenças ou cultura da qual fazem parte.