[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Co więcej, okazuje się, iż w widmach gwiazd brakuje pewnych charakterystycznych kolorów; te brakujące kolory są różne dla różnych gwiazd.Wiemy, że każdy pierwiastek chemiczny pochłania charaktery­styczny zestaw kolorów, zatem porównując te układy barw z brakują­cymi kolorami w widmach gwiazd, możemy wyznaczyć pierwiastki obecne w atmosferach gwiazd.W latach dwudziestych, kiedy astronomowie rozpoczęli badania widm gwiazd w odległych galaktykach, zauważyli coś bardzo osobli­wego: w widmach tych gwiazd widać dokładnie te same układy kolo­rów, co w widmach gwiazd naszej Galaktyki, ale przesunięte w kierunku czerwonego krańca widma o taką samą względną wartość długości fali.Aby zrozumieć znaczenie tego spostrzeżenia, musimy najpierw zrozu­mieć efekt Dopplera.Jak już wiemy, światło widzialne to fale elektro­magnetyczne.Częstość światła (liczba fal na sekundę) jest bardzo wy­soka, od czterech do siedmiu setek milionów milionów fal na sekundę.Oko ludzkie rejestruje fale o odmiennych częstościach jako różne ko­lory: fale o najniższej częstości odpowiadają czerwonemu krańcowi widma, o najwyższej częstości — niebieskiemu.Wyobraźmy sobie te­raz, że źródło światła o stałej częstości, na przykład gwiazda, znajduje się w stałej odległości od nas.Oczywiście, częstość odbieranych przez nas fal jest dokładnie taka sama, jak fal wysyłanych (grawitacyjne pole galaktyki jest zbyt słabe, by odegrać znaczącą rolę).Przypuśćmy teraz, że źródło zaczyna się przybliżać.Kiedy kolejny grzbiet fali opuszcza źródło, znajduje się ono już bliżej nas, zatem ten grzbiet fali dotrze do nas po krótszym czasie, niż wtedy gdy źródło było nieruchome.A zatem odstęp czasu między kolejnymi rejestrowanymi grzbietami fal jest krót­szy, ich liczba na sekundę większa i częstość fali wyższa niż wówczas, gdy źródło nie zmieniało położenia względem nas.Podobnie, gdy źródło oddala się, częstość odbieranych fal obniża się.W wypadku fal świetl­nych wynika stąd, że widmo gwiazd oddalających się od nas jest prze­sunięte w kierunku czerwonego krańca, zaś widmo gwiazd zbliżających się — w kierunku krańca niebieskiego.Ten związek między częstością a względną prędkością można obserwować w codziennej praktyce.Wy­starczy przysłuchać się nadjeżdżającemu samochodowi: gdy zbliża się, dźwięk jego silnika jest wyższy (co odpowiada wyższej częstości fal dźwiękowych), niż gdy się oddala.Fale świetlne i radiowe zachowują się podobnie; policja wykorzystuje efekt Dopplera i mierzy prędkość samochodów, dokonując pomiaru częstości impulsów fal radiowych od­bitych od nich.Po udowodnieniu istnienia innych galaktyk Hubble spędził kolejne lata, mierząc ich odległości i widma.W tym czasie większość astro­nomów sądziła, że galaktyki poruszają się zupełnie przypadkowo, ocze­kiwano zatem, że połowa widm będzie przesunięta w stronę czerwieni, a połowa w stronę niebieskiego krańca widma.Ku powszechnemu zdu­mieniu okazało się, że niemal wszystkie widma są przesunięte ku czerwieni: prawie wszystkie galaktyki oddalają się od nas! Jeszcze bardziej zdumiewające było kolejne odkrycie Hubble'a, które ogłosił w 1929 ro­ku: nawet wielkość przesunięcia widma ku czerwieni nie jest przypad­kowa, lecz wprost proporcjonalna do odległości do galaktyki.Inaczej mówiąc, galaktyki oddalają się od nas tym szybciej, im większa jest odległość do nich! A to oznacza, że wszechświat nie jest statyczny, jak uważano przedtem, lecz rozszerza się: odległości między galaktykami stale rosną.Odkrycie, że wszechświat się rozszerza, było jedną z wielkich re­wolucji intelektualnych dwudziestego wieku.Znając już rozwiązanie zagadki, łatwo się dziwić, że nikt nie wpadł na nie wcześniej.Newton i inni uczeni powinni byli zdawać sobie sprawę, że statyczny wszech­świat szybko zacząłby zapadać się pod działaniem grawitacji.Przypuść­my jednak, że wszechświat rozszerza się.Jeśli tempo ekspansji byłoby niewielkie, to siła ciążenia wkrótce powstrzymałaby rozszerzanie się wszechświata, a następnie spowodowałaby jego kurczenie się.Gdyby jednak tempo ekspansji było większe niż pewna krytyczna wielkość, to grawitacja nigdy nie byłaby zdolna do powstrzymania ekspansji i wszechświat rozszerzałby się już zawsze.Przypomina to odpalenie rakiety z powierzchni Ziemi.Jeśli prędkość rakiety jest dość niewielka, to ciążenie zatrzymuje rakietę i powoduje jej spadek na Ziemię.Jeśli jednak prędkość rakiety jest większa niż pewna prędkość krytyczna (około 11 km/s), to grawitacja nie może jej zatrzymać i rakieta oddala się w przestrzeń kosmiczną na zawsze.Takie zachowanie się wszech­świata można było wydedukować z teorii Newtona w dowolnej chwili w XIX, XVIII wieku, a nawet pod koniec XVII wieku, jednak wiara w statyczny wszechświat przetrwała aż do początków XX stulecia.Na­wet Einstein wierzył weń tak mocno, że już po sformułowaniu ogól­nej teorii względności zdecydował się zmodyfikować ją przez dodanie tak zwanej stałej kosmologicznej, wyłącznie po to, by pogodzić istnie­nie statycznego wszechświata z tą teorią.W ten sposób wprowadził on nową “antygrawitacyjną" siłę, która, w odróżnieniu od wszystkich in­nych sił, nie jest związana z żadnym konkretnym źródłem, lecz wynika niejako ze struktury samej czasoprzestrzeni.Twierdził, że czasoprze­strzeń obdarzona jest tendencją do rozszerzania się, która może dokład­nie zrównoważyć przyciąganie materii znajdującej się we wszechświe­cie, J w rezultacie wszechświat pozostaje statyczny.Jak się zdaje, tylko jeden uczony gotów był zaakceptować teorie względności ze wszystkimi jej konsekwencjami.W czasie gdy Einstein i inni fizycy szukali sposobu uniknięcia wynikającego z teorii wniosku, że wszechświat statyczny nie jest, rosyjski fizyk i matematyk, Aleksander Friedmann, spróbował wyjaśnić ów rezultat.Friedmann poczynił dwa bardzo proste założenia dotyczące struktury wszechświata: że wszechświat wygląda tak samo niezależnie od kie­runku, w którym patrzymy, i że byłoby to prawdą również wówczas, gdybyśmy obserwowali go z innego miejsca.Na podstawie tylko tych dwóch założeń Friedmann wykazał, iż nie powinniśmy spodziewać się statycznego wszechświata.Już w 1922 roku, parę lat przed odkryciem Hubble'a, Friedmann przewidział dokładnie, co Hubble powinien za­obserwować!Założenie, że wszechświat wygląda tak samo w każdym kierunku, jest bezspornie fałszywe [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • hanula1950.keep.pl

    		•