Episteme Alam Semesta dan Hukum Hubble

 Hubungan pengamatan Hubble yang luar biasa diperoleh dengan menggunakan 24 galaksi terdekat yang tersedia untuk mengukur kecepatan dan jarak. Sebagian besar kecepatan berasal dari pengamatan Doppler-shift spektroskopi perintis oleh astronom terkenal Vesto Melvin Slipher (meskipun tidak ada referensi yang diberikan dalam makalah Hubble). 

Jarak ke galaksi-galaksi ini (penentuan yang tidak akurat pada masa itu) telah diukur oleh Hubble dengan akurasi jauh lebih besar daripada yang sebelumnya mungkin  dari kecerahan bintang-bintang mereka dan, untuk empat galaksi terjauh dalam sampel, masing-masing terletak di Virgo cluster (dengan kecepatan resesi 1,000 km / s), dari kecerahan galaksi mereka. 

Metode ini menggunakan bintang-bintang (atau galaksi) sebagai "lilin standar"; ia membandingkan luminositas intrinsiknya yang diketahui (diketahui dari benda-benda terdekat yang dikalibrasi dengan baik) dengan kecerahan tampak yang diamati untuk menghasilkan jarak ke setiap objek. Semakin jauh objek, semakin redupnya muncul. Penentuan jarak hubble cukup baik untuk memilah galaksi yang lebih dekat dari galaksi yang lebih jauh sehingga dapat mendeteksi hubungan linear yang menakjubkan ini. 

Selain memplot semua 24 galaksi individu dalam grafik, Hubble juga menaburkannya menjadi sembilan kelompok (lingkaran terbuka pada Gambar 1) berdasarkan kedekatannya dalam arah dan jarak; ini adalah cara yang baik untuk meminimalkan penyebaran yang besar. Hubble menggunakan 22 galaksi tambahan yang memiliki kecepatan (dari pengukuran Slipher), tetapi tidak ada jarak yang diestimasi secara individual. Untuk ini, Hubble menggunakan kecepatan rata-rata 22 galaksi dan memperkirakan jarak rata-rata dari kecerahan rata-rata yang diamati; nilai rata-rata ini, yang ditunjukkan oleh tanda silang pada Gambar 1 , konsisten dengan data lainnya. 

Meskipun ada petunjuk tentang kemungkinan hubungan antara kecepatan dan jarak dalam karya sebelumnya [Lemaitre (2) dan Robertson (3), yang meletakkan dasar teoretis; lihat referensi. 4 -6 dan referensi di dalamnya], makalah Hubble adalah karya definitif yang meyakinkan komunitas ilmiah tentang keberadaan hubungan yang diamati ini dan dengan demikian dari alam semesta yang mengembang. 

Pekerjaan Hubble bertumpu pada kumpulan data ilmiah pada saat itu, dari kecepatan sangat penting yang ditentukan oleh Slipher hingga berbagai upaya pengukuran jarak menggunakan berbagai lilin standar dan kalibrasi yang sangat ditingkatkan yang ditawarkan oleh periode-luminositas yang diamati oleh hubungan bintang Cepheid yang diamati [ditemukan oleh Henrietta Swan Leavitt pada tahun 1912 (7); Hubble menggunakan ini untuk mengkalibrasi jaraknya]. Hubble beruntung menggunakan teleskop paling kuat di dunia pada saat itu, 100-in. 

Teleskop Hooker di Mount Wilson, yang memungkinkannya mengidentifikasi bintang-bintang individual di galaksi dan dengan demikian mengungkapkan jaraknya. Dia mampu memilih dan mengukur serangkaian jarak yang ditentukan terbaik secara konsisten untuk sampel galaksi terpilih dan, meskipun ada kesalahan kalibrasi sistematis yang besar, telah berhasil mengungkap secara meyakinkan hubungan luar biasa ini. Mengevaluasi datanya, Hubble menyimpulkan: "Untuk materi yang hanya sedikit, didistribusikan dengan buruk, hasilnya cukup pasti."

Diagram Hubble tentang kecepatan vs jarak Gambar 1  tampak sederhana dan sederhana. Ini menunjukkan tren peningkatan kecepatan yang jelas dengan jarak, meskipun sebaran besar. 

Apa yang membuat grafik yang tampak sederhana ini mencengangkan adalah implikasi luas dari tren yang diamati:  kita hidup di alam semesta yang besar dan berkembang secara dinamis yang meluas ke segala arah. Bukan alam semesta statis yang diasumsikan Einstein dan yang lainnya pada tahun 1917. 

Faktanya, Einstein memperkenalkan konstanta kosmologis ke dalam persamaannya untuk menjaga alam semesta tetap statis, seperti yang diyakini saat itu. Hasil Hubble menyarankan sebaliknya; mereka menyarankan  alam semesta telah mengembang selama milyaran tahun, dari awal hingga saat ini (dan masa depan). 

Faktanya, pada tahun 1922, Alexander Friedmann (8), ahli kosmologi Rusia yang terkenal, mendapatkan solusi pertama untuk persamaan Einstein untuk perluasan alam semesta (Persamaan Friedmann). Pada tahun 1927, Georges Lemaitre (2) menurunkan solusi nonstatic untuk persamaan Einstein dan menggabungkannya dengan pengamatan yang tersedia untuk menyarankan hubungan yang mungkin tetapi tidak meyakinkan antara kecepatan dan jarak, yang diharapkan untuk alam semesta non-statis (lihat juga referensi 5 dan 6).