[論文レビュー] Who discovered the expanding universe?

H. Nussbaumer, Lydia Bieri|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2011

History and Developments in Astronomy参考文献 6被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、膨張宇宙の歴史的発見を検証し、1927年にジョルジュ・ルメートルが、現在のハッブルの法則と呼ばれる線形な速度-距離関係を観測データと結びつける最初の人物であると主張している。オリジナルの文書を用いて、著者たちはルメートルの理論的導出がハッブルのそれよりも前であることを示しているが、ハッブルの1929年の発表がこの法則を広く知らせる結果となり、現在の「スティグラーの法則の逆説」として知られる誤認に至っている。

ABSTRACT

Who discovered the expanding universe? Was it Hubble, or Lemaître, or was it just the end result of a long series of investigations? In this article we summarise the main steps and contributions that led to one of the most exciting discoveries ever made, of which Lemaître was the principal architect. In 1927 he combined his dynamical solutions of the Einstein equations with astronomical observations to conclude that the universe is expanding. He derived the linear velocity-distance relationship and calculated the first numerical value of what later was called the "Hubble constant". His discovery paper of 1927 was written in French and in 1931 it was translated into English and published in Monthly Notices. However, the translation omits the section where Lemaître computed the "Hubble constant". Why was that done, and who was responsible? We do not speculate on this question, but present in a very condensed way the facts along the path of discovery. The documented details from primary sources can be found in our book "Discovering the Expanding Universe".

研究の動機と目的

• 膨張宇宙を最初に発見したのはだれかという歴史的論争を解決し、長年にわたりエドウィン・ハッブルに帰属されているという支配的ナラティブに挑戦すること。
• 1920年代の科学的・知的文脈を強調し、オリジナルの文書を用いて発見プロセスを再構築すること。
• ルメートルの1927年の業績が、最初に線形な速度-距離関係の理論的導出と観測的妥当性を含んでいたことを証明すること。
• ハッブルの1929年の発表が、類似したデータを使用していたにもかかわらず、なぜより広範な認識を得たのかを分析し、この法則への誤認が生じた経緯を明らかにすること。
• 科学的発見はしばしば累積的貢献の結果であるが、歴史的・文化的要因により命名慣習が個々の貢献を隠蔽する仕組みであることを示すこと。

提案手法

• エインシュタイン、デシッター、エディントンらの主要人物間の手紙を含む、オリジナルの科学的文書の分析、特にルメートルの1927年の論文（*Annales de la Société scientifique de Bruxelles* に掲載）とハッブルの1929年の発表。
• 1917年から1929年までの宇宙の理論的モデルの比較研究、エインシュタインの静的モデル、デシッターの空の宇宙、フレドマンの動的解、およびルメートルの均一で膨張するモデルを含む。
• ルメートル（1927年）とハッブル（1929年）が使用した観測データの再構築、スリフェールの赤方偏移とハッブルによる銀河的ネビュラの距離。
• スティグラーの法則の適用により、ルメートルの先行的導出にもかかわらず、速度-距離関係がハッブルに帰属された誤認を説明すること。
• アインシュタインの場の式の数学的解析を用いて、ルメートルが一般相対性理論から $ v = H \times d $ を導出し、$ H $ を観測から経験的に導いたことを示すこと。
• 初期の宇宙論的モデルにおける宇宙定数 $ \boldsymbol{\boldsymbol{\text{Λ}}} $ の役割の検討と、1931年にルメートルがこれを真空エネルギーとして再解釈した経緯の分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般相対性理論から線形な速度-距離関係 $ v = H \times d $ を導出し、観測データと結びつけたのは、だれが最初であったか？
• RQ2 ルメートルの1927年論文に比べ、ハッブルの1929年発表がなぜより広く認識されたのか？
• RQ3 1912年から1929年までの間に、赤方偏移と銀河間距離の理解はどのように進展したか？
• RQ4 ルメートルの業績は、アインシュタイン、デシッター、フレドマン、その他の貢献者からのものにどれほど依存しており、彼らの理論的不整合をどのように解消したか？
• RQ5 初期モデルにおける宇宙定数 $ \boldsymbol{\boldsymbol{\text{Λ}}} $ の役割は何か？また、ルメートルはその後、これをどのように真空エネルギーとして再解釈したか？

主な発見

• ルメートルは1927年に一般相対性理論から線形な速度-距離関係 $ v = H \times d $ を導出し、ハッブルの1926年の距離データとスリフェールの赤方偏移を用いて、$ H = 625 $ または $ 575 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ を得ており、ハッブルの1929年の結果より前倒しで達成している。
• ハッブルの1929年論文は、類似したデータを使用していたが、$ K = 500 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ の線形関係を初めて公表したため、「ハッブルの法則」として広く採用された。
• ルメートルの1927年論文はフランス語で発表され、あまり知られていない学術誌に掲載されたため、正しさにもかかわらず、その存在が長く見えにくく、認識が遅れた。
• ロバートソンの1933年の解析でも $ c/R = 463 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ が得られ、異なる分析手法からも関係の整合性が確認された。
• 膨張宇宙の発見は、1917年から1929年までの一般相対性理論的および観測的進展の蓄積によるものであり、エインシュタイン、デシッター、フレドマン、ヴァイエル、ランツォスらの貢献を含む。
• この法則がハッブルに帰属された誤認は、科学的発見がしばしば発見者に帰属されないというスティグラーの法則の典型例である。