Prije točno 100 godina, naš se koncept svemira vrlo razlikovao od današnjeg. Ljudi su znali za zvijezde na Mliječnom putu i znali su za udaljenosti do njih, ali nitko nije znao što je iza njih. Svemir se smatrao statičnim, spirale i elipse na nebu - objektima naše vlastite galaksije. Newtonovu gravitaciju još nije nadmašila nova Einsteinova teorija, a znanstvene ideje poput Velikog praska, tamne materije i tamne materije nisu se čule. Ali onda su se, doslovno sa svakim desetljećem, počeli događati proboji nakon probijanja, i tako sve do danas. Ovo je Medium.com kronika Ethana Siegela o tome kako se naše razumijevanje svemira promijenilo tijekom proteklih stotinu godina.
Rezultati ekspedicije u Eddingtonu 1919. godine pokazali su da opća relativnost opisuje zakrivljenost zvjezdanog svjetla u blizini masivnih objekata.
1910-e: Einsteinova teorija je potvrđena. Opća je relativnost postala poznata po davanju predviđanja koja Newtonova teorija nije mogla dati: precesija Merkurove putanje oko Sunca. Ali nije bilo dovoljno da je znanstvena teorija jednostavno objasnila nešto što smo već primijetili; morala je davati predviđanja o onome što još nismo vidjeli. Iako ih je bilo mnogo u posljednjih stotinu godina - gravitacijsko širenje vremena, jako i slabo leće, gravitacijsko crveno pomicanje i tako dalje - prva je bila zakrivljenost zvijezde tijekom potpune pomrčine Sunca, koju su Eddington i njegovi kolege primijetili 1919. godine. Stopa zakrivljenosti svjetlosti oko Sunca bila je u skladu s Einsteinovim predviđanjima, a nije u skladu s Newtonovom teorijom. Od tada se naše razumijevanje svemira zauvijek promijenilo.
Hubbleovo otkriće varijable Cefeida u galaksiji Andromeda, M31, otvorilo nam je svemir
1920-ih. Još nismo znali da postoji svemir izvan Mliječne staze, ali to se sve promijenilo dvadesetih godina prošlog stoljeća radom Edwina Hubblea. Promatrajući neke spiralne maglice na nebu, uspio je odrediti pojedine promjenjive zvijezde istog tipa poznate u Mliječnom putu. Samo je njihova svjetlina bila toliko mala da je izravno ukazivala na milijune svjetlosnih godina između nas, smještajući ih daleko izvan granica naše galaksije. Hubble se tu nije zaustavio. Izmjerio je brzinu recesije i udaljenost desetaka galaksija, značajno proširujući granice poznatog svemira.
Dvije sjajne velike galaksije u središtu jata Kome, NGC 4889 (lijevo) i nešto manje NGC 4874 (desno), svaka imaju veličinu preko milijun svjetlosnih godina. Vjeruje se da se ogroman halo tamne materije provlači kroz cijelu nakupinu.
1930-ih. Dugo se mislilo da ako možete izmjeriti svu masu koju sadrže zvijezde i možda dodati plin i prašinu, možete izbrojati svu materiju u svemiru. Međutim, promatrajući galaksije u gustom skupu (poput jata Coma), Fritz Zwicky pokazao je da zvijezde i takozvana "obična tvar" (tj. Atomi) nisu dovoljni da objasne unutarnje kretanje tih nakupina. Novu je materiju nazvao tamnom materijom (dunkle materie), a njegova su opažanja uglavnom bila ignorirana sve do 1970-ih. Tada su bolje proučili običnu materiju i ispostavilo se da u pojedinačnim rotirajućim galaksijama ima poprilično puno tamne materije. Sada znamo da je tamna tvar pet puta masivnija od obične materije.
1940-te. Iako je većina eksperimentalnih i promatračkih resursa odlazila na izvidničke satelite, raketno inženjerstvo i razvoj nuklearne tehnologije, teorijski su fizičari nastavili neumorno raditi. 1945. Georgy Gamow stvorio je potpunu ekstrapolaciju svemira koji se širi: ako se svemir danas širi i hladi, trebao je biti gušći i vrući negdje u prošlosti. Stoga je jednom u prošlosti bilo vrijeme kada je svemir bio prevruć i neutralni atomi nisu mogli nastati, a prije toga atomske jezgre nisu mogle nastati. Ako je to točno, onda je prije nastanka bilo koje zvijezde materija Svemira započela s najlakšim elementima, a u naše vrijeme možemo promatrati naknadni sjaj te temperature u svim smjerovima - samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule. Danas je ta teorija poznata kao teorija Velikog praska.a četrdesetih nisu ni znali koliko je prekrasna.
Promotivni video:
1950-ih. Suparnička ideja hipotezi o velikom prasku bio je stacionarni model svemira koji su iznijeli Fred Hoyle i drugi. Znakovito je da su obje strane tvrdile da su svi teški elementi prisutni na Zemlji danas nastali u ranom svemiru. Hoyle i njegovi kolege tvrdili su da nisu nastali u ranom, vrućem i gustom stanju, već u prethodnim generacijama zvijezda. Hoyle je, zajedno s kolegama Williejem Fowlerom i Margaret Burbidge, detaljno objasnio kako elementi uređuju periodni sustav tijekom nuklearne fuzije zvijezda. Zanimljivo je da su predvidjeli sintezu ugljika iz helija u procesu koji nikada prije nismo vidjeli: trostrukom alfa procesu koji zahtijeva novo stanje ugljika. Ovo stanje otkrio je Fowler nekoliko godina nakon Hoyleova izvornog predviđanja i danas je poznato kao Hoyleovo stanje ugljika. Dakle, otkrili smo da svi teški elementi koji postoje na Zemlji duguju svoje podrijetlo svim prethodnim generacijama zvijezda.
Kad bismo mogli vidjeti mikrovalnu svjetlost, noćno nebo izgledalo bi poput zelenog ovalnog područja s temperaturom od 2,7 Kelvina, s "bukom" u središtu uslijed vrućih doprinosa naše galaktičke ravnine. Ovo jednoliko zračenje sa spektrom crnih tijela ukazuje na naknadni sjaj Velikog praska: to je kozmička mikrovalna pozadina.
1960-ih. Nakon 20 godina rasprave izvršeno je ključno opažanje koje će odrediti povijest svemira: otkriće predviđenog naknadnog sjaja od Velikog praska ili kozmičke mikrovalne pozadine. Ovo jednoliko zračenje s temperaturom od 2,725 Kelvina otkrili su 1965. Arno Penzias i Bob Wilson, a nijedan od njih nije odmah znao na što su naletjeli. Tek s vremenom izmjeren je spektar crnih tijela ovog zračenja i njegove fluktuacije i pokazalo je da je naš Svemir započeo s "eksplozijom".
Najranija faza Svemira, čak i prije Velikog praska, postavila je sve izvorne uvjete za sve što danas vidimo. Bila je to velika ideja Alana Gutha: kozmička inflacija
1970-teNa samom kraju 1979. godine mladi je znanstvenik kovao svoju ideju. Alan Guth tražio je način da riješi neke neobjašnjive probleme Velikog praska - zašto je svemir tako ravan u svemiru, zašto je ista temperatura u svim smjerovima i zašto u njemu nema relikvija najviših energija - i došao na ideju o kozmičkoj inflaciji. Prema toj ideji, prije nego što je svemir ušao u vruće gusto stanje, postojalo je stanje eksponencijalne ekspanzije, kada je sva energija bila svojstvena samom tkivu prostora. Bilo je potrebno nekoliko pročišćavanja Guthovih izvornih ideja da bi se stvorila trenutna teorija inflacije, ali naknadna promatranja - uključujući kolebanja u kozmičkoj mikrovalnoj pozadini - potvrdila su njezina predviđanja. Svemir ne samo da je počeo eksplozijom, već je imao još jedno posebno stanje i prije nego što se dogodio ovaj Veliki prasak.
Ostaci Supernove 1987a smješteni u Velikom Magellanovom oblaku udaljenom 165.000 svjetlosnih godina. Preko tristo stoljeća bila je najbliža promatrana supernova Zemlji
1980-te. Možda se čini da se nije dogodilo ništa ozbiljno, ali 1987. godine je najbliža supernova opažena sa Zemlje. To se događa jednom u sto godina. To je ujedno bila i prva supernova koja se pojavila kada smo imali detektore sposobne otkriti neutrine iz takvih događaja. Iako smo vidjeli mnoge supernove u drugim galaksijama, nikada ih nismo promatrali dovoljno blizu da iz njih možemo vidjeti neutrine. Ovih 20-ak neutrina označilo je početak neutrinske astronomije i kasnijih događaja koji su doveli do neutrinskih oscilacija, otkrivanja neutrinskih masa i neutrinskih neutrina iz supernova koje se javljaju u galaksijama udaljenim milijunima svjetlosnih godina. Kad bi naši moderni detektori funkcionirali u pravo vrijeme, sljedeća eksplozija supernove omogućila bi hvatanje stotina tisuća neutrina.
Četiri moguće sudbine svemira, od kojih posljednja najbolje odgovara podacima: Svemir s tamnom energijom. Prvi je put otkriven zahvaljujući opažanjima udaljenih supernova
1990-ih. Ako ste mislili da su tamna tvar i otkriće početka svemira glavna otkrića, zamislite kakav je to bio šok 1998. godine kada su otkrili da će svemir uskoro završiti. Povijesno smo zamislili tri moguće sudbine:
- Proširenje Svemira neće biti dovoljno za prevladavanje gravitacijske privlačnosti svega i svakoga, a Svemir će se ponovno sažeti u Velikoj kompresiji
- Širenje Svemira bit će previše, a sve što je ujedinjeno gravitacijom raspršit će se i Svemir će se smrznuti
- Ili ćemo se naći na granici ova dva ishoda i brzina širenja asimptotski će težiti nuli, ali je nikada neće doseći: Kritični svemir
Umjesto toga, međutim, daleke supernove pokazale su da se širenje svemira ubrzava i da se, kako vrijeme prolazi, udaljene galaksije sve brže udaljavaju jedna od druge. Svemir se neće samo smrznuti, već će sve galaksije koje nisu povezane jedna s drugom na kraju nestati izvan našeg kozmičkog horizonta. Osim galaksija u našoj lokalnoj skupini, niti jedna galaksija neće upoznati Mliječni put, a naša će sudbina biti hladna i usamljena. Za 100 milijardi godina nećemo vidjeti druge galaksije osim naše.
2000-te. Naša mjerenja fluktuacija (ili nesavršenosti) u naknadnom sjaju Velikog praska naučila su nas nevjerojatnim stvarima: naučili smo točno od čega je stvoren svemir. Podaci COBE zamijenili su podatke WMAP-a, što je pak unaprijedio Planck. Zajedno uzevši, podaci velikih struktura iz istraživanja velikih galaksija (poput 2dF i SDSS) i podaci iz udaljenih supernova pružili su nam modernu sliku svemira:
- 0,01% zračenja u obliku fotona, - 0,1% neutrina, koji lagano doprinose gravitacijskim oreolima koji okružuju galaksije i nakupine, - 4,9% obične tvari, što uključuje sve što se sastoji od atomskih čestica, - 27% tamne tvari, ili tajanstvene, ne interaktivne (osim gravitacijski) čestice koje pružaju svemiru strukturu koju promatramo, - 68% tamne energije, koja je svojstvena samom prostoru.
2010. godine Ovo desetljeće još nije gotovo, ali već smo pronašli svoje prve potencijalno nastanjive planete slične Zemlji (premda vrlo udaljeno), među tisućama i tisućama novih egzoplaneta koje je otkrila NASA-ina misija Kepler. To možda nije najveće otkriće desetljeća, jer je LIGO-ovo izravno otkrivanje gravitacijskih valova potvrdilo sliku koju je Einstein nacrtao davne 1915. godine. Više od stoljeća nakon što je Einsteinova teorija prvi put osporila Newtona, opća je relativnost prošla sva ispitivanja i testove koji su joj se nudili.
Znanstvena povijest još se uvijek piše, a u svemiru još treba mnogo toga otkriti. Ali tih 11 koraka odvelo nas je iz svemira nepoznate starosti, ne većeg od naše galaksije, većinom sazdanog od zvijezda, u svemir koji se širi, hladi i kojim vladaju tamna tvar, tamna energija i naša uobičajena materija. Sadrži mnogo potencijalno nastanjivih planeta, star je 13,8 milijardi godina, a započeo je Velikim praskom koji je i sam proizašao iz kozmičke inflacije. Saznali smo o podrijetlu Svemira, o njegovoj sudbini, o izgledu, strukturi i veličini - i to svih 100 godina. Možda će sljedećih 100 godina biti puna iznenađenja koja ne možemo ni zamisliti.
Ilja Khel
