กฎของฮับเบิล: สิ่งที่กล่าวในศัตรูและแบบฝึกหัด

กฎของฮับเบิล ได้รับการทดลองและสร้างความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างระยะทางของa กาแล็กซี่ ใดๆ จนกระทั่ง until โลก และความเร็วที่ดาราจักรนี้เคลื่อนที่ไปจากเรา ตามกฎหมายนี้ ยิ่งอยู่ห่างจากโลกมากเท่าไร กาแล็กซีก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะมีชีวิตอยู่ในจักรวาลที่มีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง

ดูเพิ่มเติม:ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ - ทุ่มเทให้กับการศึกษาจักรวาลโดยใช้กฎเคมีและฟิสิกส์

กฎของฮับเบิลพูดว่าอย่างไร?

กฎของฮับเบิลกล่าวว่ายิ่งระยะห่างระหว่างกาแล็กซีกับโลกมากเท่าไหร่ กาแล็กซีก็จะเคลื่อนตัวออกจากเราเร็วขึ้น กฎของฮับเบิลถูกค้นพบและกำหนดโดยนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เอ็ดวิน พี. ฮับเบิล (1889-1953). รูปด้านล่างแสดงให้เห็น:

วี – ความเร็วในการถอยกลับ (กม./วินาที)

โฮ₀ – ค่าคงที่ฮับเบิล (70 (km/s)/Mpc)

r – ระยะห่างระหว่างโลกกับกาแล็กซี (Mpc)

ในกฎข้อนี้ ค่าคงที่ H₀เรียกว่า ค่าคงที่ฮับเบิลแสดงถึงการเพิ่มความเร็วของกาแลคซีในแต่ละ Mpc (megaparsec) มากเพียงใด โอ Mpc เป็นการวัดระยะทางทางดาราศาสตร์มีค่าประมาณ 3.26 ล้านปีแสง.

ฮับเบิลสามารถมาถึงนิพจน์ข้างต้นได้โดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความเร็วระยะทางของดาราจักรใกล้เคียง 24 แห่ง ซึ่งรวบรวมโดยนักดาราศาสตร์ก่อนหน้านี้

ฉันใส่ M รองเท้าแตะ. Slipher สามารถวัดความเร็วในการบินขึ้นได้อย่างแม่นยำด้วย สเปกโตรสโคปีนั่นคือการวิเคราะห์, ความถี่สี ที่ปล่อยออกมาจากกาแล็กซี เมื่อดาราจักรเหล่านี้เคลื่อนตัวออกจากโลก ความถี่ของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ออกโดยพวกเขาควรได้รับการเปลี่ยนแปลงเนื่องจาก ดอปเปลอร์เอฟเฟกต์.

ภาพนี้ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล แสดงให้เห็นกาแล็กซีหลายพันล้านกาแล็กซี่ในเศษเสี้ยวเล็กๆ ของท้องฟ้ายามค่ำคืน [1]

โอ ดอปเปลอร์เอฟเฟกต์ อธิบายว่าทำไมเราได้ยินการเปลี่ยนแปลงความถี่เล็กน้อยใน เสียง ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งที่เคลื่อนไหวสัมพันธ์กับผู้สังเกต ตัวอย่างเช่น เมื่อรถพยาบาลเข้าใกล้หรือออกจากเรา เราอาจสังเกตเห็นตามลำดับว่าเสียงที่เปล่งออกมาจะสูงขึ้นและต่ำลงตามลำดับ

การเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในความถี่ของคลื่นเสียงก็เกิดขึ้นกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน เมื่อกาแลคซี่เคลื่อนที่ออกไป แสงที่ปล่อยออกมาจากพวกมันมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปยังความถี่ที่ต่ำกว่า ดังนั้นเราจึงกล่าวได้ว่าในดาราจักรเหล่านี้ มีความเป็นไปได้ที่จะสังเกต redshift (เป็นภาษาอังกฤษ, แดงกะ).

ค่าคงที่ฮับเบิล

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ค่าคงที่ฮับเบิลมีการอัปเดตค่าหลายครั้ง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดจากความแม่นยำซึ่งเราสามารถวัดระยะห่างระหว่างโลกกับกาแลคซีได้ จากการวัดทางดาราศาสตร์ ค่าคงที่ฮับเบิล ก็เหมือนกันทุกทิศทางที่เรามอง - ไม่มีทิศทางการออกเดินทางที่ต้องการ ในทางปฏิบัติ มันเหมือนกับว่าเราเป็นจุดเล็กๆ ใน a กระเพาะปัสสาวะอยู่ตลอดเวลาพอง

จักรวาลขยายตัวในทุกทิศทางอย่างต่อเนื่อง

ในสมัยของฮับเบิล วิธีการที่ใช้ในการวัดระยะทางทางดาราศาสตร์เป็นพื้นฐาน ดังนั้นเขาจึงพัฒนาวิธีที่ชาญฉลาดกว่ามากในการอนุมาน: เปรียบเทียบความสว่างระหว่างกันเนื่องจากยิ่งอยู่ไกลเท่าไร ความสว่างที่ปล่อยออกมาก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น มันผ่าน ส่องแสงญาติ ในบรรดาดาราจักรที่ Edwin Hubble สามารถระบุค่าคงที่ของมันได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

ดูด้วย: หลุมดำ - มันคืออะไร, เกิดจากอะไร, การค้นพบและความอยากรู้อยากเห็น

การขยายตัวของจักรวาล

สิ่งบ่งชี้แรก ๆ ของการขยายตัวที่เป็นไปได้ของจักรวาลนั้นเป็นไปได้ด้วยการค้นพบของ Edwin Hubble อย่างไรก็ตาม เรายังรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการขยายตัวของจักรวาลในแง่นี้ การค้นพบกฎของฮับเบิลทำให้เกิดคำตอบใหม่และคำถามใหม่ในระดับเดียวกัน

ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าอะไรเป็นสาเหตุของการขยายตัวของจักรวาล เมื่อจากมุมมองของฟิสิกส์คลาสสิกได้รับการสนับสนุนจาก กฎความโน้มถ่วงสากลแนวโน้มของจักรวาลจะหดตัวแทนที่จะขยายตัว มีทฤษฎีมากมายที่พยายามอธิบายปรากฏการณ์ของการขยายตัว อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครพิสูจน์ได้จนถึงทุกวันนี้

ในความพยายามที่จะอธิบายการขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาล นักฟิสิกส์เสนอการมีอยู่ของ สสารมืด. ตามทฤษฎีสมัยใหม่ สสารมืดควรจะสามารถอธิบายสิ่งที่สังเกตได้ในกฎของฮับเบิล อย่างไรก็ตาม สสารประเภทนี้ต้องมีคุณสมบัติ "แปลกใหม่" ที่ยังไม่เคยพบเห็นในสสารมาก่อน สามัญ.

กฎของฮับเบิลในศัตรู

กฎหมายของฮับเบิลบังคับใช้แล้วใน in แล้วก็ในการทดสอบปี 2019 คำถามที่กล่าวถึงการใช้กฎหมายของฮับเบิลโดยตรง เราจะวิเคราะห์มันไหม

(และอย่างใดอย่างหนึ่ง) นักดาราศาสตร์วัดความเร็วของระยะทางจากกาแลคซีไกลโพ้นโดยการตรวจจับแสงที่ปล่อยออกมาจากระบบเหล่านี้ กฎของฮับเบิลระบุว่าความเร็วของการออกเดินทางของดาราจักร (เป็นกม./วินาที) เป็นสัดส่วนกับระยะห่างจากโลกซึ่งวัดเป็นเมกะพาร์เซก ในกฎข้อนี้ ค่าคงที่ตามสัดส่วนคือค่าคงที่ฮับเบิล (H₀) และค่าที่ยอมรับมากที่สุดคือ 72 (km/s)/Mpc พาร์เซก (pc) เป็นหน่วยระยะทางทางดาราศาสตร์ มีค่าประมาณ 3.10¹⁶ เมตร การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ระบุว่าความเร็วอยู่ห่างจากดาราจักรที่กำหนดคือ 1440 กม./วินาที

จากกฎของฮับเบิลสรุปได้ว่าระยะทางจากดาราจักรนี้ซึ่งมีหน่วยเป็นกม. เท่ากับ:

ก) 20.10⁰

ข) 20.10⁶

ค) 6.10²⁰

ง) 6.10²³

จ) 6.10²⁶

แม่แบบ: จดหมาย C

ความละเอียด:

ในการแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องตีความคำสั่ง ด้วยวิธีนี้คุณสามารถแก้ปัญหาได้แม้ว่าคุณจะไม่ทราบถึงการแสดงออกของกฎของฮับเบิลก็ตาม ก่อนเริ่มการคำนวณเราต้องปรับหน่วยวัดโดยจำไว้ว่า 1 ชิ้นเท่ากัน ถึง 3.10¹⁶ ม. หรือ 3.10¹³ กม. หมายเหตุ:

หลังจากที่เราปรับหน่วยวัดค่าคงที่ฮับเบิลอย่างถูกต้องแล้ว เราก็สามารถคำนวณหาระยะทางได้ดังนี้

เรียนรู้เพิ่มเติม:กล้องโทรทรรศน์วิทยุ - มันคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร

แบบฝึกหัดกฎหมายของฮับเบิล

คำถามที่ 1) กาแล็กซีแอนโดรเมดาเป็นดาราจักรชนิดก้นหอยที่อยู่ใกล้ทางช้างเผือกมากที่สุด และอยู่ที่ระยะทางประมาณ 0.77 Mpc ตามกฎของฮับเบิล ความเร็วที่ดาราจักรแอนโดรเมดาเคลื่อนออกจากทางช้างเผือกมีค่าประมาณ:

ข้อมูล: โฮ₀ = 72 (กม./วินาที)/Mpc

ก) 96.5 กม./วินาที

ข) 55.4 กม./วินาที

ค) 108.4 กม./วินาที

ง) 15.7 กม./วินาที

แม่แบบ: ตัวอักษร B

ความละเอียด:

หน่วยการวัดที่ให้มาในคำสั่งนี้ใช้ร่วมกันได้อยู่แล้ว ดังนั้นเราจึงใช้กฎของฮับเบิลและแทนที่ข้อมูล:

ผลปรากฏว่าดาราจักรแอนโดรเมดาเคลื่อนตัวออกไปด้วยความเร็วประมาณ 54 กม./วินาที ดังนั้นคำตอบที่ถูกต้องคือ จดหมายข.

คำถามที่ 2) กาแล็กซี่ A อยู่ห่างออกไป d จากโลกและออกไปด้วยความเร็ว วี. รู้ว่ากาแล็กซีบีคือ ห่างจากโลกสองเท่า กว่ากาแล็กซี่ A อาจกล่าวได้ว่าความเร็วในการออกเดินทาง:

ก) จะเป็นครึ่งหนึ่งของความเร็วของการออกจากกาแล็กซี่เอ

b) จะเท่ากับความเร็วในการออกจากกาแลคซี A

c) จะน้อยกว่าความเร็วของการเดินทางออกจากกาแลคซี A ถึงสี่เท่า

d) จะเร็วกว่าความเร็วของกาแลคซี A ถึงสองเท่า

แม่แบบ: จดหมายD

ความละเอียด:

กฎของฮับเบิลกำหนดความสัมพันธ์ตามสัดส่วนโดยตรงระหว่างความเร็วของการเดินทางและระยะทาง ดังนั้นกาแลคซี B ที่อยู่ห่างออกไปสองเท่าจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นสองเท่า:

เครดิตรูปภาพ

[1] NASA | คอมมอนส์

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-hubble-expansao-universo.htm