Editor ‘ s Note (10/9/19): Kosmolog James Peebles vandt en 2019 Nobelprisen i Fysik for hans bidrag til teorier om, hvordan vores univers begyndte og udviklede sig. Han beskriver de nyeste ideer inden for kosmologi i denne artikel, han skrev til Scientific American i 2001.
Dette er en spændende tid for kosmologer: fund strømmer ind, ideer bobler op, og forskning for at teste disse ideer simmer væk. Men det er også en forvirrende tid., Alle de tanker, der diskuteres, kan umuligt være rigtige, de er ikke engang i overensstemmelse med hinanden. Hvordan skal man bedømme fremskridtene? Her er hvordan jeg går om det.
for al snak om væltede teorier har kosmologer fast etableret grundlaget for vores felt. I løbet af de sidste 70 år har vi samlet rigelige beviser for, at vores univers udvider og køler. For det første forskydes lyset fra fjerne galakser mod det røde, som det burde være, hvis rummet udvides og galakser trækkes væk fra hinanden., For det andet fylder et hav af termisk stråling rummet, som det skulle, hvis rummet plejede at være tættere og varmere. For det tredje indeholder universet store mængder deuterium og helium, som det skulle, hvis temperaturerne engang var meget højere. For det fjerde ser galakser for milliarder af år siden tydeligt yngre ud, som de burde, hvis de er tættere på det tidspunkt, hvor der ikke eksisterede nogen galakser. Endelig synes krumningen af rumtiden at være relateret til universets materielle indhold, som det burde være, hvis universet ekspanderer i henhold til forudsigelserne af Einsteins tyngdekraftsteori, den generelle relativitetsteori.,
at universet udvider og køler er essensen af big bang teorien. Du vil bemærke, at jeg ikke har sagt noget om en “eksplosion”—big bang-teorien beskriver, hvordan vores univers udvikler sig, ikke hvordan det begyndte.
jeg sammenligner processen for at etablere en sådan overbevisende resultater, i kosmologi eller enhver anden videnskab, til montering af en ramme. Vi søger at styrke hvert bevis ved at tilføje krydsbøjning fra forskellige målinger., Vores rammer for universets ekspansion er afstivet tæt nok til at være solide. Big bang-teorien stilles ikke længere alvorligt spørgsmålstegn ved; den passer for godt sammen. Selv det mest radikale alternativ—den seneste inkarnation af steady state—teorien-bestrider ikke, at universet udvider og køler. Du hører stadig meningsforskelle i kosmologi, for at være sikker, men de vedrører tilføjelser til den faste del.
for eksempel ved vi ikke, hvad universet gjorde, før det ekspanderede., En førende teori, inflation, er en attraktiv tilføjelse til rammen, men den mangler krydsbøjning. Det er netop, hvad kosmologer nu søger. Hvis de igangværende målinger er i overensstemmelse med de unikke underskrifter af inflation, vil vi tælle dem som et overbevisende argument for denne teori. Men indtil den tid ville jeg ikke afregne nogen væddemål om, hvorvidt inflationen virkelig skete. Jeg kritiserer ikke teorien; jeg mener simpelthen, at dette er modigt, banebrydende arbejde, der stadig skal testes.,
mere solidt er beviset for, at det meste af universets masse består af mørkt stof klumpet omkring de ydre dele af galakser. Vi har også et rimeligt tilfælde for Einsteins berygtede kosmologiske konstant eller noget lignende; det ville være agenten for den acceleration, som universet nu ser ud til at gennemgå. For ti år siden hilste kosmologer generelt mørkt stof velkommen som en elegant måde at redegøre for bevægelser af stjerner og gas i galakser. De fleste forskere havde imidlertid en reel utilfredshed med den kosmologiske konstant., Nu accepterer flertallet det, eller dets allierede koncept, kvintessens. Partikelfysikere er kommet for at byde velkommen til den udfordring, som den kosmologiske konstant udgør for kvanteteori. Dette skift i mening er ikke en afspejling af nogle iboende svaghed; snarere det viser emnet i en sund tilstand af kaos omkring en langsomt voksende faste rammer. Vi er studerende på naturen, og vi tilpasser vores koncepter, når lektionerne fortsætter.,
lektionerne inkluderer i dette tilfælde tegnene på, at kosmisk ekspansion accelererer: supernovaernes lysstyrke nær og fjern; de ældste stjerners aldre; bøjning af lys omkring fjerne masser; og svingningerne i temperaturen på den termiske stråling over himlen. Beviserne er imponerende, men jeg er stadig urolig over detaljer om sagen for den kosmologiske konstant, herunder mulige modsætninger med udviklingen af galakser og deres rumlige fordeling. Teorien om det accelererende univers er et igangværende arbejde., Jeg beundrer arkitekturen, men jeg vil ikke flytte ind endnu.
hvordan kan en dommer rapportere i medierne om kosmologiens fremskridt? Jeg føler mig urolig over artikler baseret på et intervie.med kun en person. Forskning er en kompleks og rodet forretning. Selv den mest erfarne videnskabsmand finder det svært at holde alt i perspektiv. Hvordan ved jeg, at denne person har formået det godt? Et helt samfund af forskere kan også gå i den forkerte retning, men det sker sjældnere., Derfor har jeg det bedre, når jeg kan se, at journalisten har konsulteret et tværsnit af fællesskabet og er enig i, at et bestemt resultat er værd at overveje. Resultatet bliver mere interessant, når andre gengiver det. Det begynder at blive overbevisende, når uafhængige bevislinjer peger på den samme konklusion. Efter min mening beskriver de bedste medierapporter om videnskab ikke kun de nyeste opdagelser og ideer, men også den væsentlige, hvis nogle gange kedelige, proces med test og installation af krydsbøjningen.,
over tid vil inflation, kvintessens og andre begreber, der nu diskuteres, enten blive solidt integreret i den centrale ramme eller vil blive forladt og erstattet af noget bedre. På en måde arbejder vi os ud af et job. Men universet er et kompliceret sted, for at sige det mildt, og det er fjollet at tro, at vi snart vil løbe tør for produktive forskningslinjer. Forvirring er et tegn på, at vi gør noget rigtigt: det er den frugtbare opstand på en byggeplads.
Leave a Reply