wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-07-10
Nobel za zagadkę

Gwiazdy, dzięki którym zmierzono Wszechświat, powstają w układach podwójnych, w których jedna z gwiazd pochłania materię drugiej.

Nagroda w zamierzeniu fundatora miała być przyznawana za najważniejsze odkrycie lub wynalazek w dziedzinie fizyki. W ostatnich latach stosunkowo często otrzymują ją badacze największego z istniejących obiektów - całego Wszechświata.

W 2006 r. Nagrodę Nobla otrzymali John Mather i George Smoot - badacze, których prace doprowadziły do lepszego zrozumienia natury mikrofalowego promieniowania tła. Ta dobiegająca do nas ze wszystkich kierunków poświata to pamiątka z pierwszych 400 tys. lat istnienia kosmosu. Badając promieniowanie mikrofalowe, dowiadujemy się, jak wyglądały pierwsze chwile kosmosu i jak tworzyły się w nim pierwsze struktury - zaczątki przyszłych galaktyk i ich gromad. Tegoroczną nagrodę przyznano za poznanie drugiej części tej historii, a dokładniej - wykrycie czynnika, który może zdecydować o końcu świata. By dowiedzieć się, jak do tego doszło, musimy się jednak cofnąć w czasie o niemal 100 lat - do chwili, gdy Albert Einstein ogłosił ogólną teorię względności.

Stała ratuje Wszechświat
Gdy słynny badacz zastosował przewidywania swojej teorii do Wszechświata jako całości, napotkał poważny problem: w każdym rozpatrywanym przezeń modelu kosmos okazywał się niestabilny. Tymczasem w tamtym okresie Wszechświat uważano za niezmienny, a więc również - nierozszerzający się i niekurczący. Aby zapobiec niestabilności utworzonego świata, Einstein wprowadził do swoich równań dodatkowy czynnik odpychający. Dzięki tej stałej, nazwanej stałą kosmologiczną, uczony był w stanie zrównoważyć przyciągający wszystkie ciała, a więc kurczący Wszechświat, wpływ grawitacji i zapewnić nieruchomy kosmos.

Pierwsze życie stałej kosmologicznej nie potrwało długo. Już kilkanaście lat później Edwin Hubble dokonał przełomowego odkrycia: mierząc odległości i prędkości innych galaktyk, zauważył, że większość z nich oddala się od naszej i to tym szybciej, im dalej od nas się znajduje. Jak można było wyjaśnić tę obserwację? Możliwości były dwie: nasza Droga Mleczna mogła się okazać wyjątkową, wyróżnioną galaktyką, od której z nieznanych nam przyczyn mogły uciekać wszystkie pozostałe. Drugie rozwiązanie nie wymagało założenia o wyjątkowości naszego kosmicznego otoczenia. Przeciwnie. Gdy przyjęto, że kosmos wygląda podobnie z każdej galaktyki, niezależnie od kierunku, w którym patrzymy, narzucające się rozwiązanie było tylko jedno: Wszechświat musi się rozszerzać.

Co to konkretnie oznacza? Przytoczmy tu często wykorzystywany model kosmosu jako drożdżowego ciasta z rodzynkami. Gdy wsadzamy je do gorącego pieca, ciasto zaczyna rosnąć. Odległości między poszczególnymi rodzynkami zwiększają się tak, że każda z nich oddala się od pozostałych. Podobnie zachowują się galaktyki we Wszechświecie. Na ich wywołany rozszerzaniem ruch nakładają się oczywiście ruchy własne, wynikające z oddziaływań pomiędzy poszczególnymi obiektami. Dlatego Wielki i Mały Obłok Magellana, pobliskie galaktyki nieregularne, okrążają Drogę Mleczną, a galaktyka Andromedy nawet się do niej zbliża. Jednak odległe galaktyki niewątpliwie oddalają się od naszej w tempie, które zależy od ich odległości od nas.

Kreacja z niczego na dwa sposoby
Odkrycie rozszerzania się Wszechświata można było tłumaczyć na dwa sposoby. Każda z koncepcji miała swoje wady. Narzucającym się rozwiązaniem było przyjęcie, że świat miał swój początek - powstał jako supergęsty i gorący obiekt, który od chwili narodzin nieustająco się rozszerza. To rozwiązanie, nazwane później teorią Wielkiego Wybuchu, miało jednak dla ówczesnych uczonych podstawową wadę - wymagało rezygnacji z założenia o niezmiennym Wszechświecie i wprowadzało element jego kosmicznych narodzin. Czy jednak w obliczu obserwacji Hubble'a można było utrzymać założenie o niezmiennym Wszechświecie? Przez dłuższy czas udawało się to teorii stanu stacjonarnego - zgodnie z nią rozszerzający się kosmos był odwieczny i niezmienny. Oczywiście - rozszerzanie musiało zmniejszać jego średnią gęstość, dlatego twórcy teorii zaproponowali okazjonalną samokreację dodatkowych, niewielkich porcji materii, która uzupełniałaby średni stan materii we Wszechświecie. Przeciwnikom hipotezy o powstawaniu materii z niczego zwolennicy stanu stacjonarnego odpowiadali - nie bez pewnej racji - że Wielki Wybuch zakłada nagłe powstanie z niczego całego kosmosu. Z tego punktu widzenia decyzję, jaki rodzaj kreacji „z niczego" wybieramy, można by więc uznać za wybór osobisty.

Oczywiście podczas weryfikacji hipotez nauka nie posługuje się przede wszystkim kryteriami estetycznymi (choć wbrew pozorom niekiedy odgrywają tu one znaczącą rolę). Definitywne rozstrzygnięcie pojedynku między teoriami przyniosło odkrycie mikrofalowego promieniowania tła. Jego odkrywcami byli późniejsi nobliści Arno Penzias i Robert Wilson, którzy w latach 1964-1965 obserwowali niebo za pomocą radioteleskopu. Wykryte przez nich promieniowanie było skutkiem właśnie Wielkiego Wybuchu. Pochodzi z czasów, gdy świat liczył zaledwie nieco ponad 300 tys. lat i przez supergęsty obłok gazu, jaki wówczas stanowił, przebiły się pierwsze promienie światła. Podróżując przez rozszerzający się Wszechświat, traciły one energię i dziś docierają do nas jako mikrofale. Ich obserwacje pozwalają nam więc ocenić, jak wyglądał kosmos kilkaset tysięcy lat po powstaniu, w jakim stopniu był jednorodny i jak wyglądały pierwotne zagęszczenia, z których z czasem powstały największe kosmiczne obiekty - galaktyki i ich gromady. Gdzie jednak w tej historii znajduje się stała kosmologiczna? No cóż... W zasadzie o niej zapomniano. Odkrycie rozszerzania się Wszechświata zlikwidowało konieczność jego ustabilizowania w niezmiennej formie, a tym samym usunęło z rozważań fizyków einsteinowską stałą. Badacze skoncentrowali się na ocenie kształtu kosmosu, a ściślej - rodzaju jego średniej gęstości, która miała przesądzać o dalszych losach Wszechświata.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 01/2012 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
06/2020
05/2020
Kalendarium
Czerwiec
5
W 1981 r. Amerykańskie Centrum Kontroli i Prewencji Chorób doniosło, że 5 homoseksualistów zapadło na rzadką odmianę zapalenia płuc. Był to pierwszy opis choroby, rok później nazwanej AIDS.
Warto przeczytać
Sądzisz, że świadomie kierujesz swoim życiem, podejmujesz racjonalne decyzje i z rozwagą kształtujesz swoje relacje z innymi? Jeśli tak, jesteś w błędzie. Słynny naukowiec, Leonard Mlodinow odkrywa przed czytelnikami zaskakujące i egzotyczne siły działające pod powierzchnią naszych umysłów

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-07-10
Nobel za zagadkę

Gwiazdy, dzięki którym zmierzono Wszechświat, powstają w układach podwójnych, w których jedna z gwiazd pochłania materię drugiej.

Nagroda w zamierzeniu fundatora miała być przyznawana za najważniejsze odkrycie lub wynalazek w dziedzinie fizyki. W ostatnich latach stosunkowo często otrzymują ją badacze największego z istniejących obiektów - całego Wszechświata.

W 2006 r. Nagrodę Nobla otrzymali John Mather i George Smoot - badacze, których prace doprowadziły do lepszego zrozumienia natury mikrofalowego promieniowania tła. Ta dobiegająca do nas ze wszystkich kierunków poświata to pamiątka z pierwszych 400 tys. lat istnienia kosmosu. Badając promieniowanie mikrofalowe, dowiadujemy się, jak wyglądały pierwsze chwile kosmosu i jak tworzyły się w nim pierwsze struktury - zaczątki przyszłych galaktyk i ich gromad. Tegoroczną nagrodę przyznano za poznanie drugiej części tej historii, a dokładniej - wykrycie czynnika, który może zdecydować o końcu świata. By dowiedzieć się, jak do tego doszło, musimy się jednak cofnąć w czasie o niemal 100 lat - do chwili, gdy Albert Einstein ogłosił ogólną teorię względności.

Stała ratuje Wszechświat
Gdy słynny badacz zastosował przewidywania swojej teorii do Wszechświata jako całości, napotkał poważny problem: w każdym rozpatrywanym przezeń modelu kosmos okazywał się niestabilny. Tymczasem w tamtym okresie Wszechświat uważano za niezmienny, a więc również - nierozszerzający się i niekurczący. Aby zapobiec niestabilności utworzonego świata, Einstein wprowadził do swoich równań dodatkowy czynnik odpychający. Dzięki tej stałej, nazwanej stałą kosmologiczną, uczony był w stanie zrównoważyć przyciągający wszystkie ciała, a więc kurczący Wszechświat, wpływ grawitacji i zapewnić nieruchomy kosmos.

Pierwsze życie stałej kosmologicznej nie potrwało długo. Już kilkanaście lat później Edwin Hubble dokonał przełomowego odkrycia: mierząc odległości i prędkości innych galaktyk, zauważył, że większość z nich oddala się od naszej i to tym szybciej, im dalej od nas się znajduje. Jak można było wyjaśnić tę obserwację? Możliwości były dwie: nasza Droga Mleczna mogła się okazać wyjątkową, wyróżnioną galaktyką, od której z nieznanych nam przyczyn mogły uciekać wszystkie pozostałe. Drugie rozwiązanie nie wymagało założenia o wyjątkowości naszego kosmicznego otoczenia. Przeciwnie. Gdy przyjęto, że kosmos wygląda podobnie z każdej galaktyki, niezależnie od kierunku, w którym patrzymy, narzucające się rozwiązanie było tylko jedno: Wszechświat musi się rozszerzać.

Co to konkretnie oznacza? Przytoczmy tu często wykorzystywany model kosmosu jako drożdżowego ciasta z rodzynkami. Gdy wsadzamy je do gorącego pieca, ciasto zaczyna rosnąć. Odległości między poszczególnymi rodzynkami zwiększają się tak, że każda z nich oddala się od pozostałych. Podobnie zachowują się galaktyki we Wszechświecie. Na ich wywołany rozszerzaniem ruch nakładają się oczywiście ruchy własne, wynikające z oddziaływań pomiędzy poszczególnymi obiektami. Dlatego Wielki i Mały Obłok Magellana, pobliskie galaktyki nieregularne, okrążają Drogę Mleczną, a galaktyka Andromedy nawet się do niej zbliża. Jednak odległe galaktyki niewątpliwie oddalają się od naszej w tempie, które zależy od ich odległości od nas.

Kreacja z niczego na dwa sposoby
Odkrycie rozszerzania się Wszechświata można było tłumaczyć na dwa sposoby. Każda z koncepcji miała swoje wady. Narzucającym się rozwiązaniem było przyjęcie, że świat miał swój początek - powstał jako supergęsty i gorący obiekt, który od chwili narodzin nieustająco się rozszerza. To rozwiązanie, nazwane później teorią Wielkiego Wybuchu, miało jednak dla ówczesnych uczonych podstawową wadę - wymagało rezygnacji z założenia o niezmiennym Wszechświecie i wprowadzało element jego kosmicznych narodzin. Czy jednak w obliczu obserwacji Hubble'a można było utrzymać założenie o niezmiennym Wszechświecie? Przez dłuższy czas udawało się to teorii stanu stacjonarnego - zgodnie z nią rozszerzający się kosmos był odwieczny i niezmienny. Oczywiście - rozszerzanie musiało zmniejszać jego średnią gęstość, dlatego twórcy teorii zaproponowali okazjonalną samokreację dodatkowych, niewielkich porcji materii, która uzupełniałaby średni stan materii we Wszechświecie. Przeciwnikom hipotezy o powstawaniu materii z niczego zwolennicy stanu stacjonarnego odpowiadali - nie bez pewnej racji - że Wielki Wybuch zakłada nagłe powstanie z niczego całego kosmosu. Z tego punktu widzenia decyzję, jaki rodzaj kreacji „z niczego" wybieramy, można by więc uznać za wybór osobisty.

Oczywiście podczas weryfikacji hipotez nauka nie posługuje się przede wszystkim kryteriami estetycznymi (choć wbrew pozorom niekiedy odgrywają tu one znaczącą rolę). Definitywne rozstrzygnięcie pojedynku między teoriami przyniosło odkrycie mikrofalowego promieniowania tła. Jego odkrywcami byli późniejsi nobliści Arno Penzias i Robert Wilson, którzy w latach 1964-1965 obserwowali niebo za pomocą radioteleskopu. Wykryte przez nich promieniowanie było skutkiem właśnie Wielkiego Wybuchu. Pochodzi z czasów, gdy świat liczył zaledwie nieco ponad 300 tys. lat i przez supergęsty obłok gazu, jaki wówczas stanowił, przebiły się pierwsze promienie światła. Podróżując przez rozszerzający się Wszechświat, traciły one energię i dziś docierają do nas jako mikrofale. Ich obserwacje pozwalają nam więc ocenić, jak wyglądał kosmos kilkaset tysięcy lat po powstaniu, w jakim stopniu był jednorodny i jak wyglądały pierwotne zagęszczenia, z których z czasem powstały największe kosmiczne obiekty - galaktyki i ich gromady. Gdzie jednak w tej historii znajduje się stała kosmologiczna? No cóż... W zasadzie o niej zapomniano. Odkrycie rozszerzania się Wszechświata zlikwidowało konieczność jego ustabilizowania w niezmiennej formie, a tym samym usunęło z rozważań fizyków einsteinowską stałą. Badacze skoncentrowali się na ocenie kształtu kosmosu, a ściślej - rodzaju jego średniej gęstości, która miała przesądzać o dalszych losach Wszechświata.