ادوين هابل، اخترشناس شريف
درست زماني كه پايه هاي نظري علم كيهان شناسي به وسيله اينشتين در حال شكل گيري بود، ادوين هابل، به تنهايي كيهان شناسي رصدي مدرن را پيش مي برد. شايد بتوان گفت او بزرگ ترين ستاره شناس قرن بيستم بود.
هابل موفق شد بورسيه تحصيلي معتبر را كسب كند تا در دانشگاه آكسفورد رشته حقوق بخواند. در آنجا آداب معاشرت قشر سطح بالاي جامعه انگلستان را آموخت.
با اين حال هابل احساس خوشحالي نمي كرد. تخيلات و علايق او از زمان كودكي به ستارگان مربوط مي شدند. او با جسارت بسيار شغل خود را تغيير داد و به دانشگاه شيكاگو و رصد خانه مونت ويلسون در كاليفرنيا رفت. اين رصدخانه در آن زمان با آيينه اي 5/2 متري، بزرگترين تلسكوپ جهان محسوب مي شد. هابل كه كار خود را دير آغاز كرده بود، بسيار عجله داشت. براي جبران زمان از دست رفته، سريعاً به برخي از عميق ترين و قديمي ترين معماهاي ستاره شناسي هجوم برد تا پاسخ آن ها را بيابد.
در دهه ي سال هاي 1920 جهان مكاني آسايش بخش بود. تصور شايع بر اين بود كه كل جهان تنها از كهكشان راه شيري تشكيل شده است؛ نوار مه آلودي از نور كه مانند ردي از شير، عرض آسمان شب را مي پوشاند. (در حقيقت لغت Galaxy به معناي كهكشان، از كلمه يوناني به معناي شير گرفته شده است.) ((مناظره اي بزرگ)) در سال 1920 بين اين دو ستاره شناس در گرفت: هارلو شيپلي از هاروارد و هِبِركورتيس از رصد خانه ليك. در اين مناظره، با عنوان ((ابعاد جهان))، آن ها به بحث در مورد اندازه كهكشان راه شيري و نيز ابعاد جهان پرداختند. شيپلي معتقد بود كه كهكشان راه شيري تمام جهان مرئي را تشكيل مي دهد. از طرف ديگر، كورتيس عقيده داشت كه در وراي كهكشان راه شيري ((سحابي هاي مارپيچ)) قرار دارند؛ توده هايي زيبا از ابر هاي مارپيچ. (در دهه ي سال هاي 1700 ، امانوئل كانت فيلسوف عقيده داشت كه اين سحابي ها (( جهان هاي جزيره اي)) هستند.) اين مناظره مورد توجه هابل واقع شد. مشكل اينجا بود كه اندازه گيري فواصل ستارگان يكي از مشكل ترين كارها در علم ستاره شناسي بوده و (هنوز هم) هست. ستاره درخشاني كه در فاصله بسيار دوري قرار دارد، مي تواند با يك ستاره كم نور نزديك اشتباه گرفته شود. اين مسئله منشاء بسياري از مجادلات در ستاره شناسي بوده است. هابل براي حل اين مشكل نيازبه يك ((شمع استاندارد)) 20 داشت؛ يك شي ء كه مقدار نور يكساني را، در هر كجاي جهان، ساطع كند. (در واقع بخش عظيمي از تلاش هاي كيهان شناسي تا به امروز شامل يافتن و مدرج كردن چنين شمه استانداردي بوده است. بسياري از مناظره هاي مهم در ستاره شناسي حول اين مسئله كه اين شمع هاي استاندارد تا چه حد قابل اطمينان هستند، مي گردد.) اگر ستاره اي شبيه شمع استاندارد داشته باشيم كه در سراسر جهان با شدت يكسان و به صورت يكنواخت نور بدهد، در اين صورت به راحتي مي توان گفت چنين ستاره اي اگر در آسمان چهار برابر ضعيف تر بدرخشد، پس دو برابر دورتر از زمين قرار دارد.
يك شب هابل هنگام بررسي عكسي از سحابي مارپيچي آندرومدا، كشف بزرگي انجام داد. آنچه كه هابل در آندرومدا يافت، نوعي ستاره متغير به نام قيفاووسي بود كه البته قبلاً به وسيله هنريتا لِويت شناسايي شده بود. از قبل مشخص شده بود كه نور اين ستاره به طور منظم با زمان كم و زياد مي شود و زمان لازم براي يك دوره كامل با درخشندگي آن متناسب است. هر چه ستاره درخشنده تر باشد، دوره نوسانات آن طولاني تر خواهد بود. بنابراين تنها با اندازه گيري طول اين دوره مي توان روشنايي واقعي ستاره را اندازه گرفت و با مقايسه آن با روشنايي ظاهري ستاره در آسمان، فاصله آن را تا زمين تعيين كرد. هابل دوره تناوب اين ستاره را برابر4/31 روز اندازه گرفت كه در كمال شگفتي معادل فاصله اي برابر ميليون ها سال نوري است؛ يعني بسيار دورتر از كهكشان راه شيري. (قطر قرص درخشان كهكشان راه شيري تنها 100,000 سال نوري است. محاسبات بعدي نشان دادند كه هابل در حقيقت تخمين نا دقيقي از فاصله آندورمدا ارائه كرده است و اين فاصله حدود دو ميليون سال نوري است.)زماني كه هابل همين روش را در مورد ديگر سحابي هاي مارپيچي به كار گرفت، دريافت كه آن ها نيز كاملاً بيرون از كهكشان راه شيري قرار دارند. به بيان ديگر براي او آشكار بود كه اين سحابي هاي مارپيچي، خود جهان هايي جزيره اي هستند و كهكشان راه شيري ما، تنها يك كهكشان در مجموعه اي از كهكشان ها است.
به اين ترتيب ناگهان ابعاد جهان، از آنچه تصور مي شد، بسيار بزرگ تر شد. جهاني تنها با يك كهكشان، ناگاه با ميليون ها و شايد ميلياردها كهكشان ديگر پرشد. جهاني به قطر تنها1000،000 سال نوري، نا باورانه به جهاني به قطر ميلياردها سال نوري بدل شد.
اين كشف به تنهايي توانست جايگاه هابل را در ميان ستاره شناسان مستحكم كند. ولي براي هابل، اين كافي نبود. اگر چه تنها يافتن فاصله بين كهكشان ها، هابل را به چهره اي معروف بدل كرده بود، با اين حال او تصميم داشت كه سرعت حركت آن ها را نيز محاسبه كند.
قانون هابل
پس از بازگشت به كاليفرنيا،هابل به پيشنهاد دسيتر به جستجوي شواهدي از ادعاي او در داده هاي خود پرداخت. پس از بررسي 24 كهكشان، مشاهده كرد همان طور كه معادلات اينشتين پيشگويي كرده بودند، هر چه كهكشان ها دورتر باشند با سرعت بيشتري از زمين دور مي شوند. نسبت بين اين دو(سرعت تقسيم بر فاصله) تقريباً عددي ثابت بود. اين عدد به ثابت هابل (H) معروف شد. H مهمترين ثابت در علم كيهان شناسي محسوب مي شود، زيرا ثابت هابل نشان مي دهد كه جهان با چه سرعتي در حال انبساط است.
دانشمندان به اين فكر افتادند كه اگر جهان در حال انبساط باشد، پس احتمالاً آغازي دارد. در حقيقت عكس ثابت هابل، مي تواند به طور تقريبي در محاسبه عمر جهان به ما كمك كند. به عنوان مثال، نوار ويدئويي ضبط شده از يك انفجار را در نظر بگيريد.در ويدئوي ضبط شده، ذرات ناشي از انفجار را در حال دور شدن از مركز انفجار مي بينيم. به اين ترتيب مي توانيم سرعت دور شدن ذرات را از مركز انفجار محاسبه كنيم. ولي از طرف ديگر همچنين مي توانيم ويدئو را به عقب بازگردانيم تا لحظه اي كه تمام ذرات در يك نقطه متمركز شوند. از آنجايي كه سرعت انبساط را از قبل مي دانيم، مي توانيم به عقب بازگشته و زماني را كه در آن انفجار رخ داده است محاسبه كنيم.
(در محاسبات ابتدايي هابل، عمر جهان در حدود8/1 ميليارد سال تخمين زده شده بود. اين محاسبات منجر به سردرگمي نسل هاي متعددي از ستاره شناسان گرديد. زيرا اين عدد كم تر از عمري بود كه براي زمين و ستارگان تصور مي شد. سال ها بعد ستاره شناسان دريافتند كه علت اندازه گيري نادرست ثابت هابل، خطا در اندازه گيري متغيرهاي قيفاووسي در كهكشان آندرومدا بود. در واقع در طول هفتاد سال گذشته ((نبرد هابل)) به منظور تعيين مقدار دقيق ثابت هابل، جريان داشته است. معتبرترين مقدار، امروز از داده هاي ماهواره WMAP به دست آمده است.)
در سال 1931 ، اينشتين در سفري پر بار براي بازديد از رصدخانه مونت ويلسون، ابتدا با هابل ملاقات كرد. او همينكه دريافت جهان واقعاً در حال انبساط است، ثابت كيهان شناسي را ((بزرگ ترين اشتباه)) خود ناميد.(متأسفانه حتي يك اشتباه از طرف فرد برجسته اي مثل اينشتین، براي متزلزل كردن شالوده كيهان شناسي كافي است؛ همانگونه كه طي فصل هاي بعدي، هنگام بحث در مورد داده هاي ماهواره WMAP نيز خواهيم ديد.) هنگام بازديد همسر اينشتين از رصدخانه ماموت، به او گفته شد كه وظيفه اين تلسكوپ عظيم الجثه تعيين سرانجام نهايي جهان است.