2015年5月4日

哈柏定律

在天文學當中, 哈柏定律被視為宇宙膨脹理論的基礎,而哈柏定律在最近被列入高中物理課綱之中⋯ ⋯

作者/曾耀寰(任職於中研院天文所,《科學月刊》總編輯、《物理雙月刊》總編輯)

哈柏定律是上個世紀的發現,1929年美國天文學家哈柏(Edwin Hubble)測量星系的距離和徑向速度,找到一個宇宙規律:離我們越遠的星系,遠離我們的速度越快。這發現可稱做再一次的哥白尼革命,再一次改變人類的宇宙觀。

人類最早的宇宙觀是以地球為中心,隨著觀測技術進步與資料的累積,地球繞著太陽成為可信的事實,對於銀河的深入瞭解,更將宇宙的中心從太陽移到銀河中心,當時所認識的宇宙就是我們的銀河。1923年,哈柏對M100(當時稱仙女座星雲)距離的測量,再次將宇宙觀推到另一個境界,銀河只是整個宇宙的一部份,宇宙中充滿了類似銀河的星系,當時這些星系被稱為島宇宙。

沒想到, 哈柏定律將宇宙觀又翻轉了一遍,我們不僅不在宇宙的中心,哈柏定律所描述的膨脹宇宙根本就沒有一個中心。到底是怎樣的觀測證據帶來這麼大的轉變?如前所示,哈柏只不過量了星系的距離和速度,他量的距離和速度有什麼不同之處?難道之前沒有其他人做過類似的觀測嗎?

星系的距離
我們先談談如何得到哈柏定律。量距離,一個在日常生活非常簡單的動作,就是量兩點之間的長度,拿把尺就可以量教室前門到後門之間的距離, 但對於各種不同尺度的距離測量需要適當的標準化工具。法國大革命期間,天文學家德朗柏(Jean Baptiste Joseph Delambre)和梅杉(Pierre Méchain) 測量敦克爾克經巴到巴賽隆納的經線弧長,藉此定義一公尺(北極到赤道距離的千萬分之一為一公尺)。一個最自然的量度單位,他們花了七年完成,人類所使用的長度單位不再是某國王的手肘長度。......【更多內容請閱讀科學月刊第545期】

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