Uwaga wydawcy (10/9/19): kosmolog James Peebles otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2019 roku za swój wkład w teorie o tym, jak nasz wszechświat zaczął się i ewoluował. Opisuje najnowsze idee kosmologii w artykule, który napisał dla Scientific American w 2001 roku.
to ekscytujący czas dla kosmologów: odkrycia napływają, pomysły bulgotają, a badania mające na celu przetestowanie tych pomysłów się rozchodzą. Ale jest to również czas mylący., Wszystkie omawiane idee nie mogą być słuszne, nie są nawet ze sobą spójne. Jak oceniać postępy? Oto jak to zrobię.
przy całym mówieniu o obalonych teoriach kosmolodzy mocno ugruntowali podstawy naszej dziedziny. W ciągu ostatnich 70 lat zgromadziliśmy liczne dowody na to, że nasz wszechświat rozszerza się i ochładza. Po pierwsze, światło z odległych galaktyk jest przesunięte w kierunku czerwonym, tak jak powinno być, jeśli przestrzeń się rozszerza i galaktyki są odciągane od siebie., Po drugie, morze promieniowania cieplnego wypełnia przestrzeń, tak jak powinno, gdyby przestrzeń była gęstsza i gorętsza. Po trzecie, wszechświat zawiera duże ilości deuteru i helu, jak gdyby temperatury były kiedyś znacznie wyższe. Po czwarte, galaktyki miliardy lat temu wyglądają wyraźnie młodziej, tak jak powinny, jeśli są bliżej czasu, w którym nie istniały żadne galaktyki. Wreszcie, krzywizna czasoprzestrzeni wydaje się być związana z materialną zawartością wszechświata, tak jak powinno być, jeśli wszechświat rozszerza się zgodnie z przewidywaniami teorii grawitacji Einsteina, ogólnej teorii względności.,
to, że wszechświat się rozszerza i ochładza jest esencją teorii Wielkiego Wybuchu. Zauważycie, że nie powiedziałem nic o”eksplozji” —Teoria wielkiego wybuchu opisuje jak nasz wszechświat ewoluuje, a nie jak się zaczął.
porównuję proces ustanawiania takich przekonujących wyników, w kosmologii lub jakiejkolwiek innej nauce, do montażu ramy. Staramy się wzmocnić każdy dowód poprzez dodanie usztywnienia krzyżowego z różnych pomiarów., Nasze ramy ekspansji wszechświata są na tyle mocno usztywnione, że są solidne. Teoria wielkiego wybuchu nie jest już poważnie kwestionowana; pasuje do siebie zbyt dobrze. Nawet najbardziej radykalna alternatywa-najnowsze wcielenie teorii stanu stacjonarnego-nie kwestionuje, że wszechświat rozszerza się i ochładza. Nadal słychać różnice zdań w kosmologii, aby być pewnym, ale dotyczą one dodatków do części stałej.
na przykład nie wiemy, co robił wszechświat, zanim się rozszerzał., Wiodąca teoria, inflacja, jest atrakcyjnym dodatkiem do ram, ale brakuje jej krzyżowego usztywnienia. Właśnie tego szukają teraz kosmolodzy. Jeśli pomiary w toku zgadzają się z unikalnymi sygnałami inflacji, to policzymy je jako przekonujący argument dla tej teorii. Ale do tego czasu, Nie będę rozliczać żadnych zakładów na to, czy inflacja rzeczywiście zaszła. Nie krytykuję tej teorii, chodzi mi po prostu o to, że jest to odważna, pionierska praca, którą trzeba jeszcze przetestować.,
bardziej solidny jest dowód, że większość masy wszechświata składa się z ciemnej materii skupionej wokół zewnętrznych części galaktyk. Mamy również uzasadniony przypadek niesławnej stałej kosmologicznej Einsteina lub czegoś podobnego; byłby to czynnik przyspieszenia, którego wszechświat zdaje się teraz doświadczać. Dekadę temu kosmolodzy ogólnie przyjęli ciemną materię jako elegancki sposób na Wyjaśnienie ruchów gwiazd i gazu w galaktykach. Większość badaczy miała jednak prawdziwy niesmak dla stałej kosmologicznej., Teraz większość akceptuje to, lub jego aliancką koncepcję, kwintesencję. Fizycy cząstek elementarnych przyjęli wyzwanie, jakie stała kosmologiczna stanowi dla teorii kwantowej. Ta zmiana zdania nie jest odzwierciedleniem jakiejś wrodzonej słabości, lecz ukazuje podmiot w zdrowym stanie chaosu wokół powoli rosnącej stałej struktury. Jesteśmy uczniami przyrody i dostosowujemy nasze koncepcje w miarę trwania lekcji.,
lekcje w tym przypadku obejmują znaki, że ekspansja kosmiczna przyspiesza: jasność supernowych bliskich i dalekich; wiek najstarszych gwiazd; zginanie światła wokół odległych mas; i wahania temperatury promieniowania cieplnego na niebie. Dowody są imponujące, ale nadal jestem zaniepokojony szczegółami przypadku stałej kosmologicznej, w tym możliwymi sprzecznościami z ewolucją galaktyk i ich rozkładem przestrzennym. Teoria przyspieszającego wszechświata jest w toku., Podziwiam architekturę, ale nie chciałbym się jeszcze wprowadzić.
jak można oceniać doniesienia w mediach o postępach kosmologii? Czuję się nieswojo z artykułami na podstawie wywiadu z tylko jedną osobą. Badania to skomplikowany i brudny biznes. Nawet najbardziej doświadczonemu naukowcowi trudno jest utrzymać wszystko w perspektywie. Skąd mam wiedzieć, że ta osoba dobrze sobie z tym poradziła? Cała społeczność naukowców też może iść w złym kierunku, ale zdarza się to rzadziej., Dlatego czuję się lepiej, gdy widzę, że dziennikarz skonsultował się z przekrojową społecznością i doszedł do porozumienia, że pewien wynik jest wart rozważenia. Wynik staje się bardziej interesujący, gdy inni go odtwarzają. Zaczyna być przekonujące, gdy niezależne linie dowodów wskazują na ten sam wniosek. Według mnie, najlepsze doniesienia medialne na temat nauki opisują nie tylko najnowsze odkrycia i pomysły, ale także istotny, choć czasem żmudny, proces testowania i instalowania Krzyżaków.,
z czasem inflacja, kwintesencja i inne koncepcje obecnie dyskutowane albo zostaną solidnie zintegrowane z centralnymi ramami, albo zostaną porzucone i zastąpione przez coś lepszego. W pewnym sensie sami pracujemy bez pracy. Ale wszechświat jest skomplikowanym miejscem, delikatnie mówiąc, i głupio jest myśleć, że w najbliższym czasie skończą nam się produktywne kierunki badań. Zamieszanie jest znakiem, że robimy coś dobrze: jest to płodne zamieszanie na placu budowy.
Leave a Reply