은하와 확장 우주
아인슈타인은 1917 년에 최초의 우주론 논문을 출판하면서 자신의 중력 이론을 우주 전체에 거의 즉시 적용했다. 그는 최근 천문학 연구에 대해 잘 알고 있지 않았기 때문에 우주는 정적이고 변하지 않았다고 가정했다. 아인슈타인은 물질이 우주 전체에 균등하게 분포되어 있다고 가정했지만, 자기장 방정식에 대한 정적 해법을 찾지 못했습니다. 문제는 우주에있는 모든 문제의 상호 중력이 우주를 수축시키는 경향이 있다는 것이었다. 따라서 아인슈타인은“우주적 상수”인 계수 Λ를 포함하는 추가 용어를 도입했습니다. 새로운 용어는 보편적 인 우주 반발력을 제공했으며, 이는 중력의 영향에 대응하기 위해 먼 거리에서 작용할 수 있습니다. 나중에 우주의 팽창에 대해 알게되었을 때 아인슈타인은 우주적 상수를 그의 경력의 가장 큰 실수라고 묘사했습니다. (그러나 우주적 상수는 20 세기 후반과 21 세기 우주론으로 거슬러 올라 갔다. 아인슈타인이 틀렸을 때조차도 그는 심오한 무언가에 종종 빠졌다.)
아인슈타인의 정적 솔루션은 공간이 저절로 구부러지면서 유한 한 부피의 우주를 나타내지 만 가장자리는 없습니다. 따라서 상상의 여행자는 직선으로 영원히 여행 할 수 있으며 절대로 우주의 가장자리에 오지 않을 수 있습니다. 공간은 양의 곡률을 가지므로 삼각형의 각도는 180도 이상이되지만 초과 크기는 충분한 크기의 삼각형에서만 나타납니다. (좋은 2 차원 비유는 지구 표면입니다. 면적은 유한하지만 가장자리는 없습니다.)
20 세기 초, 대부분의 전문 천문학 자들은 여전히 은하수가 본질적으로 보이는 우주와 같은 것이라고 믿었습니다. 섬의 우주 이론을 믿는 소수자들 – 나선 성운은 은하수에 필적하는 거대한 별계이며, 그것들 사이에 빈 거리가있는 공간을 통해 흩어져있다. 섬-우주 이론에 대한 한 가지 반대 의견은 소위 회피 구역 인 은하계의 평면 근처에는 거의 나선이 보이지 않는다는 것입니다. 따라서 나선은 어떻게 든 은하계의 일부 여야합니다. 그러나 미국 천문학자인 헤버 커티스 (Heber Curtis)는 가장자리에서 볼 수있는 일부 나선은 분명히“적도”평면에 엄청난 양의 먼지를 포함하고 있다고 지적했다. 또한 은하수가 비행기 전체에 다량의 먼지가있을 것으로 예상 할 수 있는데, 이로 인해 많은 희미한 나선이 보이지 않는 이유가 설명됩니다. 낮은 은하 위도에서는 가시성이 단순히 가려집니다. 1917 년 커티스는 또한 나선 사진에서 세 가지 혁신을 발견했다. 이러한 노신의 희미 함은 나선이 은하수로부터 멀리 떨어져 있다는 것을 암시했다.
우주의 정적 특성은 곧 도전을 받았다. 1912 년 애리조나 주 로웰 천문대에서 미국 천문학 자 베스토 엠 슬리퍼는 나선형 성운의 방사 속도를 측정하기 시작했습니다. Slipher가 조사한 첫 번째 나선은 안드로메다 성운 (Andromeda Nebula)으로, 은하수 방향으로 이동하면서 초당 300km (200 마일)에 달하는 속도로 푸른 천이로 밝혀졌습니다. 그때까지 반대합니다. 1917 년까지 Slipher는 25 개 나선의 방사 속도를 보였으며 초당 1,000km (600 마일)에 달했습니다. 그러한 속도로 움직이는 물체는 은하수에 속할 수 없었습니다. 몇몇은 파랗게 변했지만 압도적 다수는 은하계에서 멀어지는 움직임에 해당하는 붉은 변이로 바뀌었다. 그러나 천문학 자들은 우주가 팽창하고 있다고 즉시 결론을 내리지 못했습니다. 오히려, Slipher의 나선이 하늘 주위에 균일하게 분포되어 있지 않기 때문에 천문학 자들은이 데이터를 사용하여 나선 시스템에 대한 태양의 속도를 추론하려고 시도했습니다. Slipher의 나선의 대부분은 은하수의 한쪽에 있고 물러 가고, 다른 쪽은 반대편에 있었고 다가 왔습니다. Slipher에게 은하수는 그 자체가 나선이었고 더 큰 나선 분야와 관련하여 움직였습니다.
1917 년 네덜란드의 수학자 인 빌렘 드 시터는 아인슈타인과 다른 필드 방정식의 또 다른 정적 우주 론적 해법을 발견했습니다. 데 시터의 해가 우주를 묘사 할 수있는 것은 확실하지 않지만, 물질이 없기 때문에 천문학 자들은 거리와 적색 편이의 관계를 찾도록 동기를 부여했다. 1924 년 스웨덴의 천문학자인 칼 룬드 마크 (Karl Lundmark)는 나선의 거리와 속도 사이에 대략 선형 관계 (많은 산란이 있었음에도 불구하고)를 제공 한 경험적 연구를 발표했습니다. 어려움은 거리를 정확히 아는 것이 었습니다. 룬드 마크는 안드로메다 성운에서 관찰 된 신성을 사용하여 거리가 대략적으로 알려진 은하수의 신성과 동일한 평균 절대 밝기를 가질 것이라고 가정함으로써 성운의 거리를 설정했습니다. 더 멀리있는 나선의 경우, Lundmark는 그러한 나선이 안드로메다 성운과 동일한 지름과 밝기를 가져야한다는 조잡한 가정을 불러 왔습니다. 따라서, 노바는 표준 양초 (즉, 정의 된 밝기를 갖는 물체)로서 기능하고, 더 멀리있는 나선의 경우 나선 자체가 표준 양초가되었다.
이론적으로 1922 년에서 1924 년 사이에 러시아의 수학자 인 알렉산드르 프리드만 (Aleksandr Friedmann)은 아인슈타인 방정식에 대한 비 정적 우주 솔루션을 연구했습니다. 이것들은 우주의 팽창 또는 수축을 허용함으로써 아인슈타인의 모형을 넘어서고 우주가 물질을 포함하도록함으로써 시터의 모형을 넘어 섰습니다. Friedmann은 음의 곡률을 가진 우주 모형을 소개했습니다. (음의 곡선으로 된 공간에서 삼각형의 각도는 180 °보다 작습니다.) Friedmann의 솔루션은 1925 년 초기 사망으로 인해 이론적 인 작업을 천문학적 관측과 연결하지 않았기 때문에 즉각적인 영향이 거의 없었습니다. 아인슈타인은 프리드먼의 1922 년 논문에 근본적인 오류가 있다고 주장하는 메모를 발표하는 데 도움이되지 않았다. 아인슈타인은 나중에이 비판을 철회했다.
