Exact acum 100 de ani, conceptul nostru despre univers era foarte diferit de cel de astăzi. Oamenii știau despre stelele din Calea Lactee și știau despre distanțele față de ele, dar nimeni nu știa ce se află în spatele lor. Universul era considerat static, spiralele și elipsele de pe cer erau considerate obiecte ale propriei noastre galaxii. Gravitația newtoniană nu a fost încă depășită de noua teorie a lui Einstein și idei științifice precum Big Bang-ul, materia întunecată și materia întunecată nu au fost auzite. Dar apoi, literalmente, cu fiecare deceniu, au început să apară descoperiri după descoperiri și așa mai departe până astăzi. Aceasta este cronica Medium.com a lui Ethan Siegel despre modul în care înțelegerea universului s-a schimbat în ultimii sute de ani.
Rezultatele expediției Eddington din 1919 au arătat că relativitatea generală descrie curbura luminii stelelor lângă obiecte masive.
Anii 1910: teoria lui Einstein este confirmată. Relativitatea generală a devenit faimoasă pentru predicțiile pe care teoria lui Newton nu le-ar putea da: precesiunea orbitei lui Mercur în jurul Soarelui. Dar nu a fost suficient ca o teorie științifică să explice pur și simplu ceva ce am observat deja; trebuia să dea previziuni despre ceea ce nu văzusem încă. Deși au existat multe în ultimii sute de ani - dilatație gravitațională a timpului, lentilare puternică și slabă, schimbare gravitațională la roșu și așa mai departe - prima a fost curbura luminii stelelor în timpul unei eclipse totale de soare, pe care Eddington și colegii săi au observat-o în 1919. Rata de curbură a luminii din jurul Soarelui a fost în concordanță cu previziunile lui Einstein și nu în concordanță cu teoria lui Newton. De atunci, înțelegerea noastră despre univers s-a schimbat pentru totdeauna.
Descoperirea de către Hubble a variabilei Cefeide în galaxia Andromeda, M31, ne-a deschis universul
Anii 1920. Nu știam încă că există un univers dincolo de Calea Lactee, dar totul s-a schimbat în anii 1920 cu opera lui Edwin Hubble. Observând unele nebuloase spirale pe cer, el a reușit să identifice stele variabile individuale de același tip cunoscute în Calea Lactee. Numai strălucirea lor a fost atât de mică încât a indicat în mod direct milioane de ani lumină între noi, plasându-i cu mult dincolo de limitele galaxiei noastre. Hubble nu s-a oprit aici. El a măsurat rata recesiunii și distanța a zeci de galaxii, extinzând semnificativ granițele universului cunoscut.
Două galaxii mari și strălucitoare din centrul grupului Coma, NGC 4889 (stânga) și ceva mai mică NGC 4874 (dreapta), au fiecare o dimensiune de peste un milion de ani lumină. Se crede că un halo uriaș de materie întunecată traversează întregul grup.
Anii 1930. De mult s-a crezut că, dacă ai putea măsura toată masa conținută în stele și poate adăuga gaz și praf, ai putea număra toată materia din univers. Cu toate acestea, observând galaxiile într-un cluster dens (cum ar fi clusterul Coma), Fritz Zwicky a arătat că stelele și așa-numita „materie obișnuită” (adică atomii) nu sunt suficiente pentru a explica mișcarea internă a acestor grupuri. El a numit noua materie materie întunecată (dunkle materie), iar observațiile sale au fost în mare parte ignorate până în anii 1970. Apoi au studiat mai bine materia obișnuită și s-a dovedit că există destul de multă materie întunecată în galaxiile individuale rotative. Acum știm că materia întunecată este de 5 ori mai masivă decât materia obișnuită.
Anii 1940. Deși majoritatea resurselor experimentale și observaționale s-au îndreptat către sateliții de recunoaștere, ingineria rachetelor și dezvoltarea tehnologiei nucleare, fizicienii teoretici au continuat să lucreze neobosit. În 1945, Georgy Gamow a creat o extrapolare completă a universului în expansiune: dacă universul se extinde și se răcorește astăzi, ar fi trebuit să fie mai dens și mai fierbinte cândva în trecut. Prin urmare, odată în trecut, a existat o perioadă în care universul era prea fierbinte, iar atomii neutri nu se mai puteau forma și, înainte, nucleele atomice nu se puteau forma. Dacă este așa, atunci înainte de formarea oricăror stele, materia Universului a început cu cele mai ușoare elemente și, în timpul nostru, se poate observa strălucirea acestei temperaturi în toate direcțiile - cu doar câteva grade peste zero absolut. Astăzi această teorie este cunoscută sub numele de teoria Big Bang.iar în anii 1940 nici măcar nu știau cât de superbă este.
Video promotional:
Anii 1950. O idee rivală cu ipoteza Big Bang a fost modelul staționar al universului propus de Fred Hoyle și alții. În mod semnificativ, ambele părți au susținut că toate elementele grele prezente pe Pământ astăzi s-au format în Universul timpuriu. Hoyle și colegii săi au susținut că nu au fost făcute într-o stare timpurie, fierbinte și densă, ci mai degrabă în generațiile anterioare de stele. Hoyle, împreună cu colegii Willie Fowler și Margaret Burbidge, au explicat în detaliu modul în care elementele aranjează tabelul periodic în timpul fuziunii nucleare în stele. Destul de interesant, au prezis sinteza carbonului din heliu într-un proces pe care nu l-am mai văzut până acum: un proces alfa triplu care necesită o nouă stare de carbon pentru a exista. Această stare a fost descoperită de Fowler la câțiva ani după predicția inițială a lui Hoyle și este astăzi cunoscută sub numele de starea de carbon Hoyle. Deci, am aflat că toate elementele grele existente pe Pământ își datorează originea tuturor generațiilor anterioare de stele.
Dacă am putea vedea lumina microundelor, cerul nopții ar arăta ca un oval verde cu o temperatură de 2,7 Kelvin, cu „zgomot” în centru din contribuțiile fierbinți din planul nostru galactic. Această radiație uniformă cu un spectru de corp negru este un indiciu al luminii ulterioare a Big Bang-ului: este fundalul cosmic cu microunde.
Anii 1960. După 20 de ani de discuții, s-a făcut o observație cheie care ar determina istoria universului: descoperirea luminii ulterioare prevăzute din Big Bang sau a fundalului cosmic cu microunde. Această radiație uniformă, cu o temperatură de 2,725 Kelvin, a fost descoperită în 1965 de Arno Penzias și Bob Wilson, niciunul dintre ei nu știa imediat cu ce se poticnise. Numai cu timpul, spectrul corpului negru al acestei radiații și fluctuațiile sale au fost măsurate și au arătat că Universul nostru a început cu o „explozie”.
Cea mai veche etapă a Universului, chiar înainte de Big Bang, a stabilit toate condițiile originale pentru tot ceea ce vedem astăzi. A fost marea idee a lui Alan Guth: inflația cosmică
Anii 1970Chiar la sfârșitul anului 1979, tânărul om de știință își începea ideea. Alan Guth căuta o modalitate de a rezolva unele dintre problemele inexplicabile ale Big Bangului - de ce universul este atât de plat în spațiu, de ce este aceeași temperatură în toate direcțiile și de ce nu există relicve ale celor mai mari energii în el - și a venit cu ideea inflației cosmice. Conform acestei idei, înainte ca universul să intre într-o stare densă și fierbinte, a existat o stare de expansiune exponențială, când toată energia era inerentă chiar în țesătura spațiului. Au fost necesare mai multe perfecționări ale ideilor originale ale lui Guth pentru a forma teoria modernă a inflației, dar observațiile ulterioare - inclusiv fluctuațiile din fundalul cosmic cu microunde - și-au confirmat predicțiile. Nu numai că universul a început cu o explozie, dar a avut și o altă stare specială chiar înainte ca acest Big Bang să se întâmple.
Rămășițele supernei 1987a situate în Marele Nor Magellanic la 165.000 de ani lumină distanță. Timp de peste trei sute de secole, a fost cea mai apropiată supernovă observată de Pământ
Anii 1980. Se poate părea că nu s-a întâmplat nimic grav, dar în 1987 a fost observată cea mai apropiată supernovă de pe Pământ. Acest lucru se întâmplă o dată la o sută de ani. A fost, de asemenea, prima supernovă care a apărut atunci când am avut detectoare capabile să detecteze neutrini din astfel de evenimente. Deși am văzut multe supernove în alte galaxii, nu le-am observat niciodată suficient de aproape pentru a asista la neutrini de la ele. Acești aproximativ 20 de neutrini au marcat începutul astronomiei neutrino și dezvoltările ulterioare care au condus la oscilații neutrino, detectarea maselor de neutrini și neutrini neutrini de la supernove care apar în galaxii la milioane de ani lumină distanță. Dacă detectoarele noastre moderne ar funcționa la momentul potrivit, următoarea explozie de supernovă ar permite captarea a sute de mii de neutrini.
Patru destine posibile ale universului, dintre care ultimul se potrivește cel mai bine cu datele: Un univers cu energie întunecată. A fost descoperit pentru prima dată datorită observațiilor supernove îndepărtate
Anii 1990. Dacă ați crezut că materia întunecată și descoperirea începutului universului au fost descoperiri majore, imaginați-vă șocul din 1998 când au descoperit că universul era pe cale să se sfârșească. Din punct de vedere istoric, ne-am imaginat trei destine posibile:
- Extinderea Universului nu va fi suficientă pentru a depăși atracția gravitațională a tuturor și a tuturor, iar Universul se va contracta din nou în Marea Compresie
- Extinderea Universului va fi prea mare și tot ceea ce este unit de gravitație se va împrăștia, iar Universul va îngheța
- Fie că ne vom regăsi la granița acestor două rezultate, iar rata de expansiune va tinde asimptotic la zero, dar nu o va atinge niciodată: Universul critic
În schimb, însă, supernove îndepărtate au arătat că expansiunea universului se accelerează și că, pe măsură ce trece timpul, galaxiile îndepărtate se îndepărtează una de cealaltă din ce în ce mai repede. Universul nu numai că va îngheța, dar toate galaxiile care nu sunt legate între ele vor dispărea în cele din urmă dincolo de orizontul nostru cosmic. În afară de galaxiile din grupul nostru local, nici o galaxie nu va întâlni Calea Lactee, iar soarta noastră va fi rece și singuratică. În 100 de miliarde de ani, nu vom vedea alte galaxii decât ale noastre.
Anii 2000. Măsurătorile noastre de fluctuații (sau imperfecțiuni) în lumina de apoi a Big Bang-ului ne-au învățat lucruri incredibile: am învățat exact din ce este făcut universul. Datele COBE au înlocuit datele WMAP, care la rândul lor au fost îmbunătățite de Planck. Luate împreună, datele din structuri la scară largă din anchetele mari de galaxii (cum ar fi 2dF și SDSS) și datele din supernove îndepărtate ne-au oferit o imagine modernă a universului:
- 0,01% radiație sub formă de fotoni, - 0,1% neutrini, care contribuie ușor la halourile gravitaționale din jurul galaxiilor și grupurilor, - 4,9% din materia obișnuită, care include tot ceea ce constă din particule atomice, - 27% materie întunecată sau particule misterioase, care nu interacționează (altele decât gravitațional), care oferă universului structura pe care o observăm, - 68% energie întunecată, care este inerentă spațiului în sine.
2010th. Acest deceniu nu s-a încheiat încă, dar am găsit deja primele noastre planete potențial locuibile, asemănătoare Pământului (deși foarte îndepărtate), printre mii și mii de noi exoplanete descoperite de misiunea Kepler a NASA. Poate că aceasta nu este cea mai mare descoperire a deceniului, deoarece detectarea directă a undelor gravitaționale de către LIGO a confirmat imaginea pe care Einstein a retras-o în 1915. La mai bine de un secol după ce teoria lui Einstein l-a provocat pe Newton pentru prima dată, relativitatea generală a trecut prin toate încercările și testele care i-au fost oferite.
Istoria științifică este încă în curs de scriere și mai sunt multe de descoperit în univers. Dar acei 11 pași ne-au scos dintr-un univers de vârstă necunoscută, nu mai mare decât galaxia noastră, formată în mare parte din stele, într-un univers în expansiune și răcire condus de materia întunecată, energia întunecată și materia noastră obișnuită. Are multe planete potențial locuibile, are o vechime de 13,8 miliarde de ani și a început cu Big Bang-ul, care în sine a ieșit din inflația cosmică. Am aflat despre originea Universului, despre soarta sa, despre aspectul, structura și dimensiunea - și peste 100 de ani. Poate că următorii 100 de ani vor fi plini de surprize pe care nici nu ni le putem imagina.
Ilya Khel
