天文学

銀河と拡大する宇宙

アインシュタインはすぐに重力理論を宇宙全体に適用し、1917年に最初の宇宙論の論文を発表しました。彼は天文学における最近の研究に精通していないため、宇宙は静的で不変であると考えていました。アインシュタインは、物質は宇宙全体に均一に分布していると想定していましたが、場の方程式の静的解を見つけることができませんでした。問題は、宇宙のすべての物質の相互重力が宇宙を収縮させる傾向があるということでした。したがって、アインシュタインは、因子Λを含む追加の用語「宇宙定数」を導入しました。新しい用語は普遍的な宇宙反発力を提供し、それは遠くで作用して重力の影響を打ち消す可能性があります。後に宇宙の拡大について知ったとき、アインシュタインは宇宙定数を彼のキャリアの最大の失敗だと説明しました。（しかし、宇宙定数は20世紀後半から21世紀の宇宙論に戻ってきました。アインシュタインが間違っていたとしても、彼はしばしば深いものに出くわしていました。）

アインシュタインの静的解は、有限体積の宇宙を表していますが、空間はそれ自体に反り返っており、エッジはありません。したがって、架空の旅行者は永遠に直線で移動し、宇宙の果てに到達することはできません。スペースは正の曲率を持っているため、三角形の角度の合計は180°を超えますが、過剰は十分なサイズの三角形でのみ明らかになります。（適切な2次元の類似は地球の表面です。面積は有限ですが、エッジはありません。）

20世紀の初めに、ほとんどのプロの天文学者はまだ天の川は目に見える宇宙と本質的に同じものであるとまだ信じていました。少数民族は、島の宇宙の理論を信じていました。らせん状星雲は、天の川に匹敵する巨大な星系であり、それらの間に非常に空の距離がある空間に散在していると信じていました。島と宇宙の理論に対する異議の1つは、天の川の平面の近くに渦巻きがほとんど見られないこと、いわゆる回避ゾーンです。したがって、螺旋はどういうわけか天の川システムの一部でなければなりません。しかし、アメリカの天文学者であるヒーバーカーティスは、真正面から見ることができるいくつかの渦巻きは明らかに「赤道」面に大量の塵を含んでいると指摘しました。また、天の川がその平面全体に大量の塵を持っていることを期待するかもしれません。銀河の緯度が低いと、視界が遮られます。1917年、カーティスはまた、らせんの写真から3つの新星を発見しました。これらの新星の薄さは、渦巻が天の川から遠く離れていることを意味していました。

宇宙の静的な性質はすぐに挑戦されました。1912年、アリゾナ州のローウェル天文台で、アメリカの天文学者であるヴェストM.スリファーは、渦巻状星雲の半径方向の速度を測定し始めました。スリッファーが調べた最初の螺旋はアンドロメダ星雲で、これはブルーシフトした、つまり天の川に向かって移動していると判明しました。毎秒300 km（200マイル）の接近速度で、これまでの天体で測定された中で最も速い速度です。その時までのオブジェクト。1917年までに、スリファーは25の螺旋の半径方向の速度を持ちました。このような速度で移動するオブジェクトは、天の川に属することはほとんどありません。少数は青方偏移しましたが、圧倒的多数は赤方偏移でした。これは天の川から離れる動きに対応しています。天文学者たちは、しかし、宇宙が拡大しているとすぐに結論づけませんでした。むしろ、スリッファーの螺旋は空の周りに均一に分布していないため、天文学者はデータを使用して、螺旋のシステムに関する太陽の速度を推定しようとしました。スリッファーの螺旋の大部分は天の川の片側にあり、後退していましたが、反対側の一部は近づいて近づいていました。スリッファーにとって、天の川はそれ自体がらせんであり、らせんのより大きな領域に対して動きました。

1917年、オランダの数学者Willem de Sitterは、距離と赤方偏移との相関​​関係を示す、アインシュタインのものとは異なる、場の方程式の明らかに静的な別の宇宙解を発見しました。de Sitterの解が宇宙を説明できるかどうかは明確ではありませんでしたが、問題がなかったため、これは天文学者に距離と赤方偏移の関係を探す動機を与えました。1924年にスウェーデンの天文学者カールランドマークは、渦巻きの距離と速度の間に（散乱が多いにもかかわらず）ほぼ線形の関係を与える経験的研究を発表しました。問題は、距離を十分に正確に把握することでした。Lundmarkは、アンドロメダ星雲で観測された新星を使用して、距離がほぼわかっている天の川の新星と同じ平均絶対輝度をこれらの新星が持つと仮定して、その星雲の距離を確立しました。より遠い渦巻きの場合、Lundmarkは、それらの渦巻きがアンドロメダ星雲と同じ直径と明るさでなければならないという大まかな仮定を呼び出しました。したがって、新星は標準のろうそく（つまり、明度が定義されたオブジェクト）として機能し、より遠い渦巻きでは、渦巻き自体が標準のろうそくになりました。

理論的な側面では、1922年から1924年の間に、ロシアの数学者Aleksandr Friedmannがアインシュタインの方程式の非静的宇宙論解を研究しました。これらは、宇宙の膨張または収縮を可能にすることによってアインシュタインのモデルを超え、宇宙に物質を含めることを可能にすることによってド・シッターのモデルを超えました。フリードマンはまた、負の曲率を持つ宇宙論モデルを導入しました。（負に湾曲した空間では、三角形の角度の合計は180°未満になります。）フリードマンの解は、1925年の彼の初期の死と、理論的研究を天文学の観測と関連付けていなかったことが原因の1つです。アインシュタインがフリードマンの1922年の論文に根本的な誤りがあったと主張するメモを発表したことは助けにはならなかった。アインシュタインは後にこの批判を撤回した。

宇宙の起源