Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: Gamow

Jak to się zaczęło?

W pierwszych latach XX wieku Albert Einstein pracował nad Ogólną Teorią Względności. Z jego rachunków jasno wynikało, że wszechświat jest zmienny, dynamiczny. Wiara w to, że jest stały i niezmienny była jednak w tamtych czasach tak powszechna, że… Einstein, wolał tak pokombinować w równaniach by wyszło na jego, niż pójść pod prąd. Gdy eksperymentalnie dowiedziono, że wszechświat jest dynamiczny, stary już Albert miał stwierdzić, że „manipulowanie” równaniami było największą pomyłką jego życia.

W pierwszych latach XX wieku Albert Einstein pracował nad Ogólną Teorią Względności. Z jego rachunków jasno wynikało, że wszechświat jest zmienny, dynamiczny. Wiara w to, że jest stały i niezmienny była jednak w tamtych czasach tak powszechna, że… Einstein, wolał tak pokombinować w równaniach by wyszło na jego, niż pójść pod prąd. Gdy eksperymentalnie dowiedziono, że wszechświat jest dynamiczny, stary już Albert miał stwierdzić, że „manipulowanie” równaniami było największą pomyłką jego życia.

To „manipulowanie” w równaniach  Ogólnej Teorii Względności polegało na dopisaniu do nich dodatkowego członu, tak zwanej stałej kosmologicznej. To ona, na kartce papieru, wszechświat dynamiczny „zamieniała” na statyczny. I prawie wszyscy byli zadowoleni. Prawie. Jedną z osób, które podważały koncepcję wszechświata stacjonarnego był katolicki ksiądz, Georges Lemaitre.

Uparty jak Einstein

Koncepcje Lemaitre’a (swoją teorię nazwał Hipotezą Pierwotnego Atomu) traktowano z pobłażaniem. Lemaitre nie był fizykiem, tylko matematykiem. Gdy spotkał się z Einsteinem (by przekonać go do swojej koncepcji początku wszechświata), ten stwierdził, że Lemaitrowi brakuje wiedzy z zakresu fizyki. To co mówił Lemaitr było w zasadniczej sprzeczności z tym, co powszechnie w jego czasach sądzono. Lemaitr często spotykał się z argumentem, że jego hipoteza jest błędna, bo nawet z rachunków Alberta Einsteina wynika, że wszechświat jest statyczny. No tak, ale z rachunków… nieco „podkręconych”.

Jeszcze na początku lat 20tych XX wieku, za wyjątkiem garstki badaczy spoza głównego nurtu, uważano, że wszechświat jest stały. I wtedy do największego ówcześnie ośrodka astronomicznego, do obserwatorium na górze Wilsona w Kalifornii przyjechał Edwin Hubble. Był już znany w środowisku astronomów jako niepokorny badacz, który ma dosyć oryginalne poglądy. Hubble’a twierdził bowiem, że niewyraźne obłoczki pomiędzy gwiazdami, które obserwowano przez działające już wtedy niemal na całym świecie teleskopy, to nie większe skupiska pyłu międzygwiazdowego czy bliżej nieokreślone mgławice, tylko osobne galaktyki. Pogląd ten był nawet bardziej niż oryginalny, bo powszechnie uważano wtedy, że we wszechświecie jest tylko jedna galaktyka. Galaktyka Drogi Mlecznej.

Hubble odkrywca

Jednym z pierwszych bardzo wyraźnych zdjęć galaktyki jakie Hubbleowi udało się zrobić było zdjęcie galaktyki Andromedy. Świat, nie tylko naukowy był w szoku, gdy Hubbleowi udało się obliczyć (na podstawie pomiaru jasność gwiazd), że najbliższa galaktyka znajduje się ponad milion lat świetlnych od nas. To jedno obliczenie, ta jedna obserwacja „rozszerzyło wszechświat” o miliony, miliardy razy. Hubble odmienił nasze rozumienie wszechświata. Hubble pokazał, że wszechświat to ogromny kosmos, a nasza galaktyka jest niepozornym okruszkiem.

Ale na tym się nie skończyło. OK., wszechświat może i jest o miliardy razy większy niż nam się wydawało, ale czy jest stacjonarny czy dynamiczny – pytano. Kilka lat obserwacji dalszych i bliższych galaktyk pozwoliło Hubble’owi na sformułowanie prawa, które przewróciło do góry nogami wiedzę na temat wszechświata. Analizując światło galaktyk, astronom zauważył, że one się poruszają. Odkrył że czym odleglejsza galaktyka, tym szybciej się od nas oddala. Jeżeli wszystkie galaktyki się od nas oddalają, jeżeli wszystkie oddalają się od siebie, wszechświat się rozszerza. Innego wytłumaczenia nie ma. Łatwo to można sobie wyobrazić. Gdy namalujemy na powierzchni słabo napompowanego balonika kilka kropek a następnie zaczniemy go nadmuchiwać (rozszerzać), kropki zaczną się od siebie oddalać.

Lemetre tryumfuje

W 1931 roku spotkało się trzech badaczy, którzy są chyba głównymi bohaterami tej historii. Hubble, Einstein i Lemetre. To w czasie tego spotkania powstały podstawy współczesnej kosmologii. To wtedy Einstein przekonał się do koncepcji wszechświata dynamicznego. To wtedy zrozumiał swój błąd. I to wtedy stałą kosmologiczną nazwał „największą pomyłką życia”. Trudno mu się dziwić. Wiele lat wcześniej, gdy pracował nad Ogólną Teorią Względności matematyka, jak na tacy podała mu prawdziwy obraz wszechświata. On jednak nie uwierzył.

Jeżeli galaktyki oddalają się od siebie, znaczy, że wczoraj były bliżej siebie, niż są dzisiaj. A rok temu? A milion lat temu? To co Hubble zaobserwował i to co wynikało z równań Ogólnej Teorii Względności (przed tym, gdy Einstein dodał do nich stało kosmologiczną), potwierdzało koncepcję jaką od początku forsował Georges Lemaitre. Wszechświat był kiedyś skupiony w jednym, nieskończenie gęstym punkcie. Lemaitre ten punkt nazwał pierwotnym atomem. W 1947 roku amerykański kosmolog pochodzenia rosyjskiego George Gamow opracował matematyczne podstawy koncepcji Lemaitra. Całość została ochrzczona Teorią Wielkiego Wybuchu (ang. Big Bang).

Obserwacje Hubble’a nie wszystkich jednak przekonały. Nie chodziło o to, że w nie nie uwierzono, ale uważano, że wyciągnięto z nich nieprawdziwe wnioski. W 1948 roku powstała Teoria Stanu Stacjonarnego. W największym skrócie mówi ona, że co prawda galaktyki się rozszerzają, ale w pustych przestrzeniach pomiędzy nimi cały czas powstaje materia.  W ten sposób próbowano pogodzić ogień i wodę. Wszystko się rozszerza, ale gęstość wszechświata pozostaje stała, bo nieustannie produkowana jest nowa materia. Jak to się dzieje i gdzie ona powstaje? To były pytania bez odpowiedzi.

Gamow przewiduje

To wtedy nastąpił symboliczny kres koncepcji stanu stacjonarnego. Pogrzeb wizji wszechświata niezmiennego, statycznego.

Promieniowanie reliktowe to echo Wielkiego Wybuchu i jedyny sposób by zajrzeć w historię tak odległą. Promieniowanie, które teraz potrafimy rejestrować to nic innego jak resztki światła, które emitował rozgrzany i potwornie ściśnięty młody wszechświat. Tak jak żarzące się włókno żarówki czy rozgrzany do czerwoności rozpalony w ogniu metalowy pręt. Poświata Wielkiego Wybuchu wydostała się z gorącej zupy materii dopiero, gdy zaczął się z niej formować przezroczysty gaz atomów. Szacuje się, że było to ok. 380 tyś lat po Wielkim Wybuchu. Gdy skonstruowano odpowiednie anteny, w którąkolwiek ze stron je kierowano, zawsze rejestrowano podobny szum. Hałas radiowy nie ustawał. Tak było na powierzchni Ziemi. W 1989 roku w przestrzeń kosmiczną wysłano satelitę COBE (Cosmic Background Explorer). I potwierdziło się to co przewidywał Gamow. Wszechświat jest wypełniony promieniowaniem, poświatą Wielkiego Wybuchu. COBE zarejestrował coś jeszcze. Wspomniane promieniowanie nie jest jednorodne. Te niewielkie różnice odpowiadają strukturom, które formowały się we wczesnym wszechświecie.  Chłodniejsze rejony (na większości z map zaznaczane kolorem niebieskim) to miejsca gdzie materia w niemowlęcym okresie życia wszechświata skupiała się tworząc galaktyki. W połowie 2001 roku w przestrzeń została wystrzelona sonda WMAP. Następca COBE. Z większą dokładnością, potwierdziła to, co zmierzyła misja COBE.

 

Jak w ciągu 90 lat zmienił się wszechświat?

  • Rok 1917 – Albert Einstein do równań Ogólnej Teorii Względności wprowadza stałą kosmologiczną. „Dzięki” niej wszechświat staje się statyczny.
  • Rok 1923 – Edwin Hubble odkrył, że Droga Mleczna to zaledwie mały wycinek Wszechświata.
  • Rok 1927 – Belgijski ksiądz i matematyk Georges Lemaitre prezentuje Hipotezę Pierwotnego Atomu, która później została ( w założeniu złośliwie) ochrzczona jako Big Bang.
  • Rok 1931 – Edwin Hubble zaobserwował, że galaktyki oddalają się od Ziemi tym szybciej, im dalej się znajdują. Wszechświat jest jednak dynamiczny. Einstein wprowadzenie stałej kosmologicznej nazwał „największą pomyłką życia”.
  • Rok 1948 – George Gamow stwierdza, że jeżeli Wielki Wybuch rzeczywiście miał miejsce, kosmos musi być wypełniony tzw. mikrofalowym promieniowaniem tła.
  • Rok 1964 – zarejestrowanie mikrofalowego promieniowania tła, upadek konkurencyjnej do Wielkiego Wybuchu koncepcji wszechświata stacjonarnego.
  • Lata 70te XX wieku – dokładna analiza rotacji galaktyk budzi wątpliwości co do ilości materii w nich zawartych. Bez istnienia ciemnej materii, nie można wytłumaczyć budowy wszechświata. Dalsze prace potwierdzają, że ciemnej materii jest wielokrotnie więcej niż tej „zwykłej”, widzialnej.
  • Rok 1989 – wystrzelenie na orbitę okołoziemską pierwszego satelity zbudowanego wyłącznie do badań kosmologicznych. Zadaniem COBE (Cosmic Background Explorer) było wykonanie pomiarów kosmicznego promieniowania tła.
  • Rok 1990 – na orbitę okołoziemską wystrzelony zostaje teleskop Hubble’a – jedno z najważniejszych narzędzi współczesnej nauki służące do badania losów wszechświata.
  • Rok 2003 – Prezentacja obrazu mikrofalowego promieniowania tła całego wszechświata wykonanego przez satelitę WMAP (doskonalszego następcę misji COBE). – „ Ten obraz jest jednym z najważniejszych rezultatów naukowych w historii ludzkości” – powiedział rzecznik NASA.

A po więcej ciekawych informacji o Einsteinie odsyłam do nowego serialu National Geographic pt. „Geniusz”. Premiera 23 kwietnia o 21.30.

Brak komentarzy do Jak to się zaczęło?

Type on the field below and hit Enter/Return to search