Noot van de redactie (10/9/19): kosmoloog James Peebles won in 2019 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn bijdragen aan theorieën over hoe ons universum begon en evolueerde. Hij beschrijft de nieuwste ideeën in de kosmologie in dit artikel dat hij schreef voor Scientific American in 2001.
Dit is een spannende tijd voor kosmologen: bevindingen stromen binnen, ideeën borrelen op, en onderzoek om die ideeën te testen is aan het sudderen. Maar het is ook een verwarrende tijd., Alle ideeën die ter discussie staan kunnen onmogelijk kloppen; ze zijn zelfs niet eens consistent met elkaar. Hoe kan men de vooruitgang beoordelen? Dit is hoe ik het doe.ondanks al het gepraat over omgekeerde theorieën, hebben kosmologen de fundamenten van ons vakgebied stevig gevestigd. In de afgelopen 70 jaar hebben we overvloedig bewijs verzameld dat ons universum uitdijt en afkoelt. Ten eerste wordt het licht van verre sterrenstelsels verschoven naar het rood, zoals het zou moeten zijn als de ruimte uitdijt en sterrenstelsels van elkaar worden getrokken., Ten tweede vult een zee van thermische straling de ruimte, zoals het zou moeten als de ruimte vroeger dichter en heter was. Ten derde bevat het heelal grote hoeveelheden deuterium en helium, zoals het zou moeten als de temperaturen ooit veel hoger waren. Ten vierde, sterrenstelsels miljarden jaren geleden zien er duidelijk jonger uit, zoals ze zouden moeten zijn als ze dichter bij de tijd staan dat er geen sterrenstelsels bestonden. Tenslotte lijkt de kromming van de ruimtetijd gerelateerd te zijn aan de materiële inhoud van het universum, zoals het zou moeten zijn als het universum uitdijt volgens de voorspellingen van Einsteins zwaartekrachttheorie, de algemene relativiteitstheorie.,
dat het heelal uitdijt en afkoelt is de essentie van de oerknaltheorie. Je zult merken dat ik niets heb gezegd over een “explosie”—de big bang theorie beschrijft hoe ons universum evolueert, niet hoe het begon.
Ik vergelijk het proces van het vaststellen van dergelijke overtuigende resultaten, in de kosmologie of enige andere wetenschap, met de assemblage van een raamwerk. We proberen elk bewijsstuk te versterken door cross bracing van diverse metingen toe te voegen., Ons raamwerk voor de expansie van het universum is strak genoeg om solide te zijn. De big bang-theorie wordt niet langer serieus in twijfel getrokken; het past te goed in elkaar. Zelfs het meest radicale alternatief—de laatste incarnatie van de steady state theorie-betwist niet dat het universum uitdijt en afkoelt. Je hoort nog steeds verschillen van mening in de kosmologie, om zeker te zijn, maar ze hebben betrekking op toevoegingen aan het vaste deel.
bijvoorbeeld, we weten niet wat het universum deed voordat het uitdijde., Een toonaangevende theorie, inflatie, is een aantrekkelijke aanvulling op het kader, maar het ontbreekt aan cross bracing. Dat is precies wat kosmologen nu zoeken. Als de metingen in uitvoering overeenkomen met de unieke kenmerken van inflatie, dan zullen we ze beschouwen als een overtuigend argument voor deze theorie. Maar tot die tijd, zou ik geen weddenschappen op de vraag of inflatie Echt Gebeurd. Ik bekritiseer de theorie niet; ik bedoel alleen dat dit moedig, baanbrekend werk is dat nog op de proef moet worden gesteld.,
meer vast is het bewijs dat het grootste deel van de massa van het heelal bestaat uit donkere materie die rond de buitenste delen van sterrenstelsels is samengeklonterd. We hebben ook een redelijk argument voor Einsteins beruchte kosmologische constante of iets dergelijks; het zou de oorzaak zijn van de versnelling die het universum nu lijkt te ondergaan. Een decennium geleden verwelkomden kosmologen donkere materie als een elegante manier om de bewegingen van sterren en gas in sterrenstelsels te verklaren. De meeste onderzoekers hadden echter een echte afkeer van de kosmologische constante., Nu accepteert de meerderheid het, of het verwante concept, quintessence. Deeltjesfysici zijn gekomen om de uitdaging die de kosmologische constante vormt voor de kwantumtheorie te verwelkomen. Deze mentaliteitsverschuiving is geen weerspiegeling van een inherente zwakte, maar toont het onderwerp in een gezonde staat van chaos rond een langzaam groeiend vast kader. We zijn studenten van de natuur, en we passen onze concepten aan terwijl de lessen doorgaan.,
de lessen omvatten in dit geval de tekenen dat de kosmische expansie versnelt: de helderheid van supernova ’s dichtbij en ver weg; de leeftijden van de oudste sterren; het buigen van licht rond verre massa’ s; en de schommelingen van de temperatuur van de warmtestraling aan de hemel. Het bewijs is indrukwekkend, maar ik ben nog steeds ongemakkelijk over details van de zaak voor de kosmologische constante, inclusief mogelijke tegenstrijdigheden met de evolutie van sterrenstelsels en hun ruimtelijke verdeling. De theorie van het versnellende universum is een werk in uitvoering., Ik bewonder de architectuur, maar Ik wil er nog niet intrekken.
Hoe kan men in de media verslag uitbrengen over de vooruitgang van de kosmologie? Ik voel me ongemakkelijk over artikelen gebaseerd op een interview met slechts één persoon. Onderzoek is een complexe en rommelige business. Zelfs de meest ervaren wetenschapper vindt het moeilijk om alles in perspectief te houden. Hoe Weet ik dat dit individu het goed heeft gedaan? Een hele gemeenschap van wetenschappers kan ook de verkeerde kant op, maar het gebeurt minder vaak., Daarom voel ik me beter als ik zie dat de journalist een dwarsdoorsnede van de Gemeenschap heeft geraadpleegd en het erover eens is geworden dat een bepaald resultaat het overwegen waard is. Het resultaat wordt interessanter als anderen het reproduceren. Het begint overtuigend te worden wanneer onafhankelijke bewijslijnen naar dezelfde conclusie wijzen. Naar mijn mening, de beste media verslagen over de wetenschap beschrijven niet alleen de nieuwste ontdekkingen en ideeën, maar ook de essentiële, zij het soms vervelend, proces van het testen en installeren van de cross bracing.,in de loop van de tijd zullen inflatie, quintessence en andere concepten die nu ter discussie staan, stevig worden geïntegreerd in het centrale kader of zullen ze worden opgegeven en vervangen door iets beters. In zekere zin werken we onszelf uit een baan. Maar het universum is een ingewikkelde plek, op zijn zachtst gezegd, en het is dom om te denken dat we binnenkort geen productieve onderzoekslijnen meer zullen hebben. Verwarring is een teken dat we iets goed doen: het is de vruchtbare commotie van een bouwplaats.
Leave a Reply