Redaktörens anteckning (10/9/19): kosmologen James Peebles vann ett 2019 Nobelpris i fysik för hans bidrag till teorier om hur vårt universum började och utvecklades. Han beskriver de senaste idéerna i kosmologi i den här artikeln skrev han för Scientific American 2001.
det här är en spännande tid för kosmologer: resultaten häller in, idéer bubblar upp och forskning för att testa dessa idéer simmering bort. Men det är också en förvirrande tid., Alla de idéer som diskuteras kan omöjligen vara rätt; de är inte ens förenliga med varandra. Hur är man att bedöma framstegen? Så här gör jag.
För allt prat om välte teorier har kosmologer etablerat grunden för vårt område. Under de senaste 70 åren har vi samlat rikliga bevis på att vårt universum expanderar och kyler. För det första skiftas ljuset från avlägsna galaxer mot det röda, som det borde vara om rymden expanderar och galaxer dras bort från varandra., För det andra fyller ett hav av termisk strålning utrymme, som det borde om utrymmet brukade vara tätare och varmare. För det tredje innehåller universum stora mängder deuterium och helium, som det borde om temperaturerna en gång var mycket högre. För det fjärde ser galaxer för miljarder år sedan tydligt yngre ut, som de borde om de är närmare den tid då inga galaxer existerade. Slutligen verkar rumtidens krökning vara relaterad till universums materiella innehåll, som det borde vara om universum expanderar enligt förutsägelserna av Einsteins gravitationsteori, den allmänna relativitetsteorin.,
att universum expanderar och kyler är kärnan i big bang-teorin. Du kommer att märka att jag inte har sagt något om en ”explosion”—big bang-teorin beskriver hur vårt universum utvecklas, inte hur det började.
Jag jämför processen med att upprätta sådana övertygande resultat, i kosmologi eller annan vetenskap, till montering av en ram. Vi strävar efter att förstärka varje bit av bevis genom att lägga kors stag från olika mätningar., Vår ram för universums expansion är braced tätt nog för att vara solid. Big bang-teorin är inte längre allvarligt ifrågasatt; den passar ihop för bra. Även det mest radikala alternativet—den senaste inkarnationen av steady state-teorin-ifrågasätter inte att universum expanderar och kyler. Du hör fortfarande meningsskiljaktigheter i kosmologi, för att vara säker, men de gäller tillägg till den fasta delen.
till exempel vet vi inte vad universum gjorde innan det expanderade., En ledande teori, inflation, är ett attraktivt tillägg till ramverket, men det saknar korsstagning. Det är precis vad kosmologer nu söker. Om mätningar pågår håller med om de unika signaturerna av inflationen, kommer vi att räkna dem som ett övertygande argument för denna teori. Men fram till den tiden skulle jag inte lösa några satsningar på om inflationen verkligen hände. Jag kritiserar inte teorin; jag menar helt enkelt att detta är modigt, banbrytande arbete som fortfarande ska testas.,
mer solid är beviset på att det mesta av universums massa består av mörk materia som klumpas runt de yttre delarna av galaxer. Vi har också ett rimligt fall för Einsteins ökända kosmologiska konstant eller något liknande; det skulle vara agenten för den acceleration som universum nu verkar genomgå. För tio år sedan välkomnade kosmologer i allmänhet mörk materia som ett elegant sätt att redogöra för rörelser av stjärnor och gas i galaxer. De flesta forskare hade dock en riktig distaste för den kosmologiska konstanten., Nu accepterar majoriteten det, eller dess allierade koncept, kvintessensen. Partikelfysiker har kommit att välkomna den utmaning som den kosmologiska konstanten utgör för kvantteori. Denna förändring i åsikt är inte en återspegling av någon inneboende svaghet; snarare visar ämnet i ett hälsosamt tillstånd av kaos runt en långsamt växande fast ram. Vi är naturens studenter, och vi anpassar våra begrepp när lektionerna fortsätter.,
lektionerna inkluderar i detta fall tecknen på att kosmisk expansion accelererar: supernovaes ljusstyrka nära och långt; åldrarna av de äldsta stjärnorna; böjning av ljus runt avlägsna massor; och fluktuationerna av temperaturen hos den termiska strålningen över himlen. Bevisen är imponerande, men jag är fortfarande orolig för detaljer om fallet för den kosmologiska konstanten, inklusive möjliga motsättningar med galaxernas utveckling och deras rumsliga fördelning. Teorin om det accelererande universum är ett pågående arbete., Jag beundrar arkitekturen, men jag vill inte flytta in ännu.
hur kan man bedöma rapporter i media om kosmologins framsteg? Jag känner mig orolig för artiklar baserade på en intervju med bara en person. Forskning är en komplex och rörig verksamhet. Även den mest erfarna forskaren finner det svårt att hålla allt i perspektiv. Hur vet jag att den här personen har lyckats bra? En hel grupp forskare kan också gå i fel riktning, men det händer mindre ofta., Det är därför jag känner mig bättre när jag ser att journalisten har rådfrågat ett tvärsnitt av gemenskapen och funnit en överenskommelse om att ett visst resultat är värt att överväga. Resultatet blir mer intressant när andra reproducerar det. Det börjar bli övertygande när oberoende bevislinjer pekar på samma slutsats. Enligt min mening beskriver de bästa medierapporterna om vetenskap inte bara de senaste upptäckterna och idéerna utan också det väsentliga, om det ibland är tråkigt, processen att testa och installera korset.,
över tiden kommer inflationen, kvintessensen och andra begrepp som nu diskuteras antingen att vara solidt integrerade i den centrala ramen eller kommer att överges och ersättas av något bättre. På sätt och vis arbetar vi oss själva ur ett jobb. Men universum är en komplicerad plats, för att uttrycka det mildt, och det är dumt att tro att vi kommer att få slut på produktiva forskningslinjer när som helst snart. Förvirring är ett tecken på att vi gör något rätt: det är en bördig uppståndelse på en byggarbetsplats.
Leave a Reply