Přesně před 100 lety byla naše koncepce vesmíru velmi odlišná od dnešní. Lidé věděli o hvězdách v Mléčné dráze a věděli o jejich vzdálenostech, ale nikdo nevěděl, co je za nimi. Vesmír byl považován za statický, spirály a elipsy na obloze byly považovány za objekty naší vlastní galaxie. Newtonova gravitace ještě nebyla Einsteinovou novou teorií překonána a vědecké myšlenky jako Velký třesk, temná hmota a temná hmota nebyly slyšet. Ale pak, doslova s každou dekádou, začaly docházet k průlomům za průlomy a tak dále až dodnes. Toto je kronika Medium.com Ethana Siegela o tom, jak se naše chápání vesmíru změnilo za posledních sto let.
Výsledky eddingtonské expedice v roce 1919 ukázaly, že obecná relativita popisuje zakřivení hvězdného světla v blízkosti hmotných objektů.
10. léta 19. století: Einsteinova teorie je potvrzena. Obecná relativita se proslavila předpovědí, které Newtonova teorie nemohla poskytnout: precese oběžné dráhy Merkura kolem Slunce. Vědecké teorii však nestačilo jednoduše vysvětlit něco, co jsme již pozorovali; musela dávat předpovědi o tom, co jsme ještě neviděli. Ačkoli za posledních sto let jich bylo mnoho - gravitační dilatace času, silné a slabé čočky, gravitační rudý posuv atd. - prvním bylo zakřivení hvězdného světla během úplného zatmění Slunce, které Eddington a jeho kolegové pozorovali v roce 1919. Rychlost zakřivení světla kolem Slunce odpovídala Einsteinovým předpovědím a neodpovídala Newtonově teorii. Od té doby se naše chápání vesmíru navždy změnilo.
Hubbleův objev proměnné Cepheid v galaxii Andromeda, M31, nám otevřel vesmír
20. léta 20. století. Ještě jsme nevěděli, že existuje vesmír mimo Mléčnou dráhu, ale to se všechno změnilo ve dvacátých letech minulého století díky dílu Edwina Hubbla. Pozorováním spirálních mlhovin na obloze dokázal určit jednotlivé proměnné hvězdy stejného typu, jaký byl známý v Mléčné dráze. Pouze jejich jas byl tak nízký, že přímo indikoval miliony světelných let mezi námi a umístil je daleko za hranice naší galaxie. Hubble se tím nezastavil. Změřil rychlost recese a vzdálenost k desítkám galaxií, čímž významně rozšířil hranice známého vesmíru.
Dvě jasné velké galaxie ve středu kupy Coma, NGC 4889 (vlevo) a o něco menší NGC 4874 (vpravo), jsou velké přes milion světelných let. Předpokládá se, že obrovská halo temné hmoty protéká celým shlukem.
30. léta. Dlouho se myslelo, že pokud dokážete změřit veškerou hmotu obsaženou ve hvězdách a případně přidat plyn a prach, můžete spočítat veškerou hmotu ve vesmíru. Fritz Zwicky však při pozorování galaxií v husté kupě (jako kupa koma) ukázal, že hvězdy a takzvaná „obyčejná hmota“(tj. Atomy) nestačí k vysvětlení vnitřního pohybu těchto kup. Nazval novou hmotu temnou hmotou (dunkle materie) a až do 70. let byla jeho pozorování do značné míry ignorována. Poté lépe studovali obyčejnou hmotu a ukázalo se, že v jednotlivých rotujících galaxiích je poměrně hodně temné hmoty. Nyní víme, že temná hmota je 5krát hmotnější než běžná hmota.
40. léta. Ačkoli většina experimentálních a pozorovacích zdrojů šla na průzkumné satelity, raketové inženýrství a vývoj jaderných technologií, teoretičtí fyzici pokračovali v neúnavné práci. V roce 1945 vytvořil Georgy Gamow úplnou extrapolaci rozpínajícího se vesmíru: pokud se vesmír dnes rozpíná a ochlazuje, mělo to být v minulosti někdy hustší a žhavější. Proto jednou v minulosti existovala doba, kdy byl vesmír příliš horký a neutrální atomy se nemohly tvořit, a předtím se nemohla tvořit atomová jádra. Pokud je to tak, pak před vznikem jakýchkoli hvězd začala hmota vesmíru s nejsvětlejšími prvky a v naší době můžete pozorovat dosvit této teploty ve všech směrech - jen několik stupňů nad absolutní nulou. Dnes je tato teorie známá jako teorie velkého třesku.a ve čtyřicátých letech ani nevěděli, jak je nádherná.
Propagační video:
1950. Konkurenční myšlenkou hypotézy velkého třesku byl stacionární model vesmíru, který navrhl Fred Hoyle a další. Je příznačné, že obě strany tvrdily, že všechny těžké prvky přítomné na Zemi dnes byly formovány během raného vesmíru. Hoyle a jeho kolegové tvrdili, že nebyly vyrobeny v raném, horkém a hustém stavu, ale spíše v předchozích generacích hvězd. Hoyle, spolu s kolegy Williem Fowlerem a Margaret Burbidgeovou, podrobně vysvětlili, jak elementy seřazují periodickou tabulku během jaderné fúze ve hvězdách. Kupodivu předpovídali syntézu uhlíku z helia v procesu, který jsme nikdy předtím neviděli: trojitý alfa proces, který vyžaduje existenci nového stavu uhlíku. Tento stav objevil Fowler několik let po Hoylově původní predikci a dnes je známý jako Hoyleův uhlíkový stav. Zjistili jsme tedy, že všechny těžké prvky existující na Zemi vděčí za svůj původ všem předchozím generacím hvězd.
Pokud bychom viděli mikrovlnné světlo, noční obloha by vypadala jako zelený ovál s teplotou 2,7 Kelvina, s „hlukem“ve středu z horkých příspěvků naší galaktické roviny. Toto rovnoměrné záření se spektrem černého tělesa svědčí o dosvitu velkého třesku: jedná se o kosmické mikrovlnné pozadí.
1960. Po 20 letech diskusí bylo učiněno klíčové pozorování, které by určilo historii vesmíru: objev předpovězeného dosvitu z Velkého třesku nebo kosmického mikrovlnného pozadí. Toto rovnoměrné záření s teplotou 2,725 Kelvina objevili v roce 1965 Arno Penzias a Bob Wilson, ani jeden z nich okamžitě nevěděl, na co narazili. Teprve s časem bylo změřeno spektrum černého tělesa tohoto záření a jeho fluktuace a ukázalo se, že náš vesmír začal „explozí“.
Nejranější fáze vesmíru, ještě před Velkým třeskem, stanovila všechny původní podmínky pro všechno, co dnes vidíme. Byl to velký nápad Alana Gutha: kosmická inflace
Sedmdesátá létaNa samém konci roku 1979 mladý vědec vymyslel svůj nápad. Alan Guth hledal způsob, jak vyřešit některé z nevysvětlených problémů Velkého třesku - proč je vesmír tak plochý ve vesmíru, proč má stejnou teplotu ve všech směrech a proč v něm nejsou žádné relikty nejvyšších energií - a přišel s myšlenkou kosmické inflace. Podle této myšlenky, než vesmír vstoupil do horkého hustého stavu, nastal stav exponenciální expanze, kdy veškerá energie byla inherentní samotné struktuře vesmíru. K vytvoření moderní teorie inflace bylo zapotřebí několika zdokonalení Guthových původních myšlenek, ale následná pozorování - včetně fluktuací v kosmickém mikrovlnném pozadí - potvrdila její předpovědi. Vesmír nejen začal výbuchem, ale měl ještě další speciální stav, ještě než k tomuto velkému třesku došlo.
Zbytky supernovy 1987a nacházející se ve Velkém Magellanově mračnu vzdáleném 165 000 světelných let. Po více než tři sta století to byla nejbližší pozorovaná supernova k Zemi
1980. Může se zdát, že se nic vážného nestalo, ale až v roce 1987 byla ze Země pozorována nejbližší supernova. To se děje jednou za sto let. Byla to také první supernova, která se objevila, když jsme měli detektory schopné detekovat neutrina z takových událostí. Ačkoli jsme viděli mnoho supernov v jiných galaxiích, nikdy jsme je nepozorovali dostatečně blízko, abychom z nich byli svědky neutrin. Těchto zhruba 20 neutrin znamenalo počátek neutronové astronomie a následný vývoj, který vedl k oscilacím neutrin, detekci hmot neutrin a neutrin neutrin ze supernov, které se vyskytují v galaxiích vzdálených miliony světelných let. Pokud by naše moderní detektory fungovaly ve správný čas, další exploze supernovy by umožnila zachytit stovky tisíc neutrin.
Čtyři možné osudy vesmíru, z nichž poslední nejlépe odpovídá datům: Vesmír s temnou energií. Poprvé byl objeven díky pozorování vzdálených supernov
90. léta. Pokud jste si mysleli, že temná hmota a objev začátku vesmíru jsou hlavní objevy, představte si šok v roce 1998, kdy zjistili, že vesmír se blíží ke konci. Historicky jsme si představovali tři možné osudy:
- Expanze vesmíru nebude stačit k překonání gravitační přitažlivosti všeho a všech, a vesmír se bude znovu stahovat ve Velké kompresi
- Expanze vesmíru bude příliš velká a vše spojené gravitací se rozptýlí a vesmír zamrzne
- Buď se ocitneme na hranici těchto dvou výsledků a míra expanze bude mít asymptoticky tendenci k nule, ale nikdy ji nedosáhneme: Kritický vesmír
Místo toho však vzdálené supernovy ukázaly, že rozpínání vesmíru se zrychluje a že jak čas plyne, vzdálené galaxie se od sebe vzdalují rychleji a rychleji. Vesmír nejen zmrzne, ale všechny galaxie, které nejsou navzájem spojené, nakonec zmizí za naším kosmickým horizontem. Kromě galaxií v naší místní skupině se žádné galaxie nestretnou s Mléčnou dráhou a náš osud bude chladný a osamělý. Za 100 miliard let neuvidíme žádné jiné než naše galaxie.
2000s. Naše měření fluktuací (nebo nedokonalostí) v dosvit Velkého třesku nás naučilo neuvěřitelné věci: naučili jsme se přesně to, z čeho je vesmír vyroben. Data COBE nahradila data WMAP, což zase vylepšil Planck. Dohromady nám údaje z rozsáhlých struktur z velkých průzkumů galaxií (jako 2dF a SDSS) a údaje ze vzdálených supernov poskytly moderní obraz vesmíru:
- 0,01% záření ve formě fotonů,
- 0,1% neutrin, která lehce přispívají ke gravitačním halo obklopujícím galaxie a kupy, - 4,9% běžné hmoty, která zahrnuje vše, co se skládá z atomových částic, - 27% temné hmoty nebo záhadných neinteragujících (jiných než gravitačních) částic, které poskytují vesmíru strukturu, kterou pozorujeme, - 68% temné energie, která je vlastní samotnému prostoru.
2010. Toto desetiletí ještě neskončilo, ale již jsme našli naše první potenciálně obývatelné planety podobné Zemi (byť velmi vzdálené), mezi tisíci a tisíci nových exoplanet objevených misí Kepler NASA. To nemusí být největší objev desetiletí, protože přímá detekce gravitačních vln LIGO potvrdila obraz, který Einstein vykreslil v roce 1915. Více než sto let poté, co Einsteinova teorie poprvé zpochybnila Newtona, prošla obecná relativita všemi zkouškami a testy, které byly nabízeny.
Vědecká historie se stále píše a ve vesmíru je stále co objevovat. Těchto 11 kroků nás ale vyvedlo z vesmíru neznámého věku, ne většího než naše galaxie, většinou tvořeného hvězdami, do rozpínajícího se chladícího vesmíru ovládaného temnou hmotou, temnou energií a naší obyčejnou hmotou. Má mnoho potenciálně obyvatelných planet, je stará 13,8 miliard let a začala velkým třeskem, který sám vytekl z kosmické inflace. Dozvěděli jsme se o vzniku vesmíru, o jeho osudu, o vzhledu, struktuře a velikosti - a to vše za více než 100 let. Možná bude příštích 100 let plných překvapení, která si ani neumíme představit.
Ilya Khel