Pontosan 100 évvel ezelőtt az univerzumról alkotott koncepciónk nagyon eltért a maitól. Az emberek tudtak a Tejútrendszer csillagairól és a hozzájuk való távolságról, de senki sem tudta, mi áll mögöttük. Az univerzumot statikusnak, az égen lévő spirálokat és ellipsziseket saját galaxisunk tárgyainak tekintették. A newtoni gravitációt még nem haladta meg Einstein új elmélete, és nem hallottak olyan tudományos elképzeléseket, mint az Nagy Bumm, a sötét anyag és a sötét anyag. De akkor, szó szerint évtizedenként, áttörések történtek áttörések után, és így tovább a mai napig. Ez Ethan Siegel Medium.com krónikája arról, hogyan változott megértésünk az univerzumról az elmúlt száz évben.
Az 1919-es eddingtoni expedíció eredményei azt mutatták, hogy az általános relativitáselmélet leírja a csillagfény görbületét hatalmas tárgyak közelében.
1910-es évek: Einstein elmélete beigazolódik. Az általános relativitáselmélet híressé vált azzal, hogy jóslatokat adott, amelyeket Newton elmélete nem tudott megadni: a Merkúr Nap körüli pályájának precesszióját. De nem volt elegendő, hogy egy tudományos elmélet egyszerűen megmagyarázzon valamit, amit már megfigyeltünk; jóslatokat kellett adnia arról, amit még nem láttunk. Bár az elmúlt száz évben sokan voltak ilyenek - gravitációs idő tágulás, erős és gyenge lencse, gravitációs vöröseltolódás stb. -, az első a csillagfény görbülete volt a teljes napfogyatkozás során, amelyet Eddington és munkatársai 1919-ben figyeltek meg. A Nap körüli fénygörbület mértéke összhangban volt Einstein jóslataival és nem volt összhangban Newton elméletével. Azóta a világegyetemről való megértésünk örökre megváltozott.
Hubble felfedezése a Cepheid változóról az Andromeda galaxisban, az M31, megnyitotta előttünk az univerzumot
1920-as évek. Még nem tudtuk, hogy van egy univerzum a Tejúton túl, de mindez az 1920-as években megváltozott Edwin Hubble munkájával. Néhány spirális köd megfigyelésével az égen képes volt azonosítani a Tejútrendszerben ismert, azonos típusú egyedi változó csillagokat. Csak fényességük volt olyan alacsony, hogy közvetlenül fénymilliókat jelzett közöttünk, messze túllépve galaxisunk határain. Hubble nem állt meg itt. Megmérte a recesszió mértékét és a galaxisok tucatjaitól való távolságot, jelentősen tágítva az ismert univerzum határait.
A Coma-klaszter közepén található két fényes nagy galaxis, az NGC 4889 (balra) és a valamivel kisebb NGC 4874 (jobbra), egymillió fényévnél nagyobb méretűek. Úgy gondolják, hogy egy hatalmas sötétanyag glória fut végig az egész fürtön.
1930-as évek. Régóta gondolták, hogy ha meg tudná mérni a csillagokban található összes tömeget, és esetleg adna hozzá gázt és port, akkor megszámolhatná az univerzum összes anyagát. Fritz Zwicky azonban sűrű halmazban megfigyelve a galaxisokat (mint például a Coma-klaszter) kimutatta, hogy a csillagok és az úgynevezett "közönséges anyag" (azaz atomok) nem elegendőek a halmazok belső mozgásának magyarázatához. Az új anyagot sötét anyagnak (dunkle materie) nevezte, és megfigyeléseit a hetvenes évekig nagyrészt figyelmen kívül hagyták. Aztán jobban tanulmányozták a hétköznapi anyagot, és kiderült, hogy az egyes forgó galaxisokban elég sok a sötét anyag. Most már tudjuk, hogy a sötét anyag ötször nagyobb tömegű, mint a közönséges anyag.
1940-es évek. Bár a kísérleti és megfigyelési erőforrások nagy része felderítő műholdakra, rakétatechnikára és nukleáris technológiák fejlesztésére fordult, az elméleti fizikusok továbbra is fáradhatatlanul dolgoztak. 1945-ben Georgy Gamow létrehozta a táguló univerzum teljes extrapolációját: ha az univerzum ma tágul és hűl, akkor valamikor a múltban sűrűbbnek és forróbbnak kellett volna lennie. Ezért a múltban egyszer volt olyan időszak, amikor az univerzum túl forró volt, és semleges atomok nem képződhettek, és ezt megelőzően nem képezhettek atommagokat. Ha ez így van, akkor bármely csillag kialakulása előtt az Univerzum anyaga a legkönnyebb elemekkel kezdődött, és napjainkban megfigyelheti ennek a hőmérsékletnek az utólagos megvilágítását minden irányban - csak néhány fokkal az abszolút nulla felett. Ma ezt az elméletet Big Bang elméletnek nevezik.és az 1940-es években senki sem tudta, milyen pompás.
Promóciós videó:
1950-es évek. Az ősrobbanás-hipotézissel vetélkedő rivális ötlet az univerzum álló modellje volt, amelyet Fred Hoyle és mások állítottak elő. Lényeges, hogy mindkét fél azzal érvelt, hogy a Földön ma jelen lévő összes nehéz elem a korai világegyetem idején keletkezett. Hoyle és kollégái azzal érveltek, hogy nem korai, forró és sűrű állapotban készültek, hanem inkább a csillagok előző generációiban. Hoyle kollégáival, Willie Fowlerrel és Margaret Burbidge-vel együtt részletesen elmagyarázta, hogy az elemek miként rendezik a periódusos rendszert a csillagok fúziója során. Érdekes módon megjósolták a szén héliumból történő szintézisét egy olyan folyamatban, amelyet még soha nem láttunk: egy hármas alfa folyamat, amelynek új szénállapot szükséges. Ezt az állapotot Fowler fedezte fel néhány évvel Hoyle eredeti jóslata után, és ma Hoyle szén-állapotnak nevezik. Megtudtuk tehát, hogy a Földön létező összes nehéz elem a csillagok összes korábbi generációjának köszönheti eredetét.
Ha mikrohullámú fényt látnánk, az éjszakai égbolt zöld oválisnak tűnne, amelynek hőmérséklete 2,7 Kelvin lenne, a közepén pedig „zaj” keletkezne galaktikus síkunk forró hozzájárulása miatt. Ez az egyenletes feketetest-spektrumú sugárzás az Ősrobbanás utánvilágítását jelzi: ez a kozmikus mikrohullámú háttér
1960-as évek. 20 év vita után egy kulcsfontosságú megfigyelés történt, amely meghatározza az univerzum történetét: felfedezték az ősrobbanásból származó jósolt utánvilágítást, vagy a kozmikus mikrohullámú hátteret. Ezt az egyenletes, 2,725 Kelvin hőmérsékletű sugárzást 1965-ben fedezte fel Arno Penzias és Bob Wilson, egyikük sem tudta azonnal, mibe botlottak. Csak idővel mértük ennek a sugárzásnak a fekete test spektrumát és annak ingadozásait, amelyek azt mutatták, hogy Univerzumunk „robbanással” kezdődött.
A Világegyetem legkorábbi szakasza, még az ősrobbanás előtt, minden eredeti feltételt megfogalmazott mindannak, amit ma látunk. Alan Guth nagy ötlete volt: a kozmikus infláció
1970-es évek1979 legvégén a fiatal tudós kikészítette ötletét. Alan Guth kereste a módját az ősrobbanás néhány megmagyarázhatatlan problémájának megoldására - miért van az univerzum olyan lapos térben, miért minden irányban ugyanaz a hőmérséklet, és miért nincsenek benne a legmagasabb energiák emlékei -, és előállt a kozmikus infláció ötletével. E gondolat szerint, mielőtt az univerzum forró, sűrű állapotba lépett, volt egy exponenciális tágulási állapot, amikor az összes energia a tér szövetében rejlett. Guth eredeti elképzeléseinek több finomítására volt szükség az infláció jelenlegi elméletének kialakításához, de a későbbi megfigyelések - ideértve a kozmikus mikrohullámú háttér ingadozásait is - megerősítették előrejelzéseit. Az univerzum nemcsak robbanással kezdődött, de még egy különleges állapota is volt még azelőtt, hogy ez a Nagy Bumm bekövetkezett volna.
Az 1987a szupernóva maradványai a 165 000 fényévnyire lévő Nagy Magellán-felhőben találhatók. Több mint háromszáz évszázadon keresztül a Földhöz legközelebb eső szupernóva volt.
1980-as évek. Úgy tűnhet, hogy semmi komoly dolog nem történt, de 1987-ben figyelték meg a legközelebbi szupernóvát a Földről. Ez száz évente egyszer történik meg. Ez volt az első szupernóva, amely akkor történt, amikor detektoraink voltak képesek neutrínók kimutatására az ilyen eseményekből. Habár számos szupernóvát láttunk más galaxisokban, még soha nem figyeltük meg őket olyan közel, hogy a neutrínók tanúi lehessenek belőlük. Ez a mintegy 20 neutrínó a neutrínó csillagászat kezdetét és az azt követő fejleményeket jelentette, amelyek neutrino oszcillációkhoz, a neutrino tömegek és a szupernóvák neutrínó neutrinóinak detektálásához vezettek, amelyek millió fényfény távolságban találhatók. Ha modern detektoraink a megfelelő időben működnének, a következő szupernóva-robbanás lehetővé tenné a neutrínók százezreinek elfogását.
Az univerzum négy lehetséges sorsa, amelyek közül az utóbbi az adatoknak felel meg a legjobban: Sötét energiájú univerzum. Először távoli szupernóvák megfigyelésének köszönhetően fedezték fel
1990-es évek. Ha úgy gondolta, hogy a sötét anyag és az univerzum kezdetének felfedezése fontos felfedezés, képzelje el az 1998-as sokkot, amikor felfedezték, hogy az univerzum hamarosan véget ér. Történelmileg három lehetséges sorsot képzeltünk el:
- Az Univerzum tágulása nem lesz elegendő minden és mindenki gravitációs vonzerejének leküzdéséhez, és az Univerzum a Nagy Tömörítésben ismét összehúzódik
- Az Univerzum tágulása túl sok lesz, és mindent eloszlat a gravitáció, és az Univerzum megfagy
Vagy e két eredmény határán találjuk magunkat, és a terjeszkedési sebesség aszimptotikusan nullára hajlik, de soha nem éri el: Kritikus Univerzum
Ehelyett azonban a távoli szupernóvák azt mutatták, hogy az univerzum tágulása felgyorsul, és az idő múlásával a távoli galaxisok egyre gyorsabban távolodnak el egymástól. Az univerzum nemcsak meg fog fagyni, de minden galaxis, amely nem kapcsolódik egymáshoz, végül eltűnik kozmikus horizontunkon túl. A helyi csoport galaxisain kívül egyetlen galaxis sem találkozik a Tejútrendszerrel, sorsunk hideg és magányos lesz. 100 milliárd év múlva nem látunk más galaxist, mint a miénk.
2000-es évek. Az ősrobbanás utánvilágításában végzett ingadozások (vagy tökéletlenségek) mérése hihetetlen dolgokat tanított meg: pontosan megtudtuk, miből áll az univerzum. A COBE adatai helyettesítették a WMAP adatait, amit Planck javított. Összességében a nagy galaxis-felmérések nagyszabású struktúráinak (például a 2dF és az SDSS) adatai és a távoli szupernóvák adatai modern képet nyújtottak az univerzumról:
- 0,01% sugárzás fotonok formájában, - 0,1% neutrínó, amely enyhén hozzájárul a galaxisokat és halmazokat körülvevő gravitációs halókhoz, - a közönséges anyag 4,9% -a, amely magában foglal mindent, ami atomrészecskékből áll, - 27% sötét anyag vagy titokzatos, nem kölcsönhatásban lévő (nem gravitációs jellegű) részecskék, amelyek az Univerzum számára biztosítják az általunk megfigyelt struktúrát, - 68% sötét energia, amely magában a térben rejlik.
2010. Ez az évtized még nem ért véget, de már megtaláltuk az első potenciálisan lakható Föld-szerű bolygókat (igaz, nagyon távoli), a NASA Kepler-missziója által feltárt ezer és ezer új exobolygó között. Ez nem biztos, hogy az évtized legnagyobb felfedezése, mert a LIGO gravitációs hullámok közvetlen észlelése megerősítette azt a képet, amelyet Einstein még 1915-ben rajzolt. Több mint egy évszázaddal azután, hogy Einstein elmélete először megkérdőjelezte Newton-t, az általános relativitáselmélet minden próbát és tesztet átélt.
A tudományos történelem még mindig készül, és még sok minden felfedezhető az univerzumban. De ez a 11 lépés egy ismeretlen korú, a galaxisunknál nem nagyobb, többnyire csillagokból álló univerzumból vitt minket egy táguló, hűlő univerzumba, amelyet a sötét anyag, a sötét energia és a hétköznapi anyagunk ural. Sok potenciálisan lakható bolygót tartalmaz, 13,8 milliárd éves, és az Ősrobbanással kezdődött, amely maga áradt ki a kozmikus inflációból. Megtudhattuk az Univerzum eredetét, sorsát, megjelenését, felépítését és méretét - és mindezt 100 éven keresztül. Talán a következő 100 év tele lesz olyan meglepetésekkel, amelyeket el sem tudunk képzelni.
Ilya Khel