Presne pred 100 rokmi bol náš koncept vesmíru veľmi odlišný od dnešného. Ľudia vedeli o hviezdach v Mliečnej ceste a vedeli o ich vzdialenostiach, ale nikto nevedel, čo je za nimi. Vesmír bol považovaný za statický, špirály a elipsy na oblohe boli považované za objekty našej vlastnej galaxie. Newtonovská gravitácia ešte nebola prekonaná Einsteinovou novou teóriou a vedecké myšlienky ako Veľký tresk, temná hmota a temná hmota neboli vypočuté. Lenže potom, doslova s každou dekádou, začali dochádzať k prielomom za prielomom a podobne až dodnes. Toto je kronika Medium.com od Ethana Siegela o tom, ako sa naše chápanie vesmíru zmenilo za posledných sto rokov.
Výsledky eddingtonskej expedície v roku 1919 ukázali, že všeobecná teória relativity popisuje zakrivenie hviezdneho svetla v blízkosti hmotných objektov.
10. roky 20. storočia: Einsteinova teória je potvrdená. Všeobecná teória relativity sa preslávila predpovedaním, ktoré nemohla poskytnúť Newtonova teória: precesia obežnej dráhy Merkúra okolo Slnka. Ale nestačilo to, aby vedecká teória jednoducho vysvetlila niečo, čo sme už pozorovali; musela dávať predpovede o tom, čo sme ešte nevideli. Aj keď ich za posledných sto rokov bolo veľa - dilatácia času gravitácie, silné a slabé šošovky, gravitačný červený posun atď. - tým prvým bolo zakrivenie svetla hviezd počas úplného zatmenia slnka, ktoré Eddington a jeho kolegovia pozorovali v roku 1919. Rýchlosť zakrivenia svetla okolo Slnka zodpovedala Einsteinovým predpovediam a nezodpovedala Newtonovej teórii. Odvtedy sa naše chápanie vesmíru navždy zmenilo.
Hubblov objav premennej Cefeida v galaxii Andromeda, M31, nám otvoril vesmír
20. roky 20. storočia. To sme ešte nevedeli, že existuje vesmír za Mliečnou dráhou, ale to sa všetko zmenilo v 20. rokoch 20. storočia vďaka dielu Edwina Hubbla. Pozorovaním niektorých špirálových hmlovín na oblohe dokázal určiť jednotlivé premenné hviezdy rovnakého typu známeho z Mliečnej dráhy. Iba ich jas bol taký nízky, že priamo naznačoval milióny svetelných rokov medzi nami a umiestňoval ich ďaleko za hranice našej galaxie. Hubble sa tým nezastavil. Zmeral rýchlosť recesie a vzdialenosť desiatok galaxií, čím významne rozšíril hranice známeho vesmíru.
Dve jasné veľké galaxie v strede zhluku kómy, NGC 4889 (vľavo) a o niečo menšie NGC 4874 (vpravo), sú veľké viac ako milión svetelných rokov. Predpokladá sa, že celým zhlukom prechádza obrovská halo temnej hmoty.
30. roky 20. storočia. Dlho sa myslelo, že ak dokážete zmerať všetku hmotnosť obsiahnutú vo hviezdach a možno pridať plyn a prach, môžete spočítať všetku hmotu vo vesmíre. Fritz Zwicky však pozorovaním galaxií v hustom zhluku (napríklad v klaste Coma) ukázal, že hviezdy a takzvaná „bežná hmota“(tj. Atómy) nestačia na vysvetlenie vnútorného pohybu týchto zhlukov. Novú hmotu nazval temnou hmotou (dunkle materie) a až do 70. rokov boli jeho pozorovania do veľkej miery ignorované. Potom lepšie študovali bežnú hmotu a ukázalo sa, že v jednotlivých rotujúcich galaxiách je dosť veľa tmavej hmoty. Teraz vieme, že temná hmota je 5-krát hmotnejšia ako bežná hmota.
40. roky 20. storočia. Aj keď väčšina experimentálnych a pozorovacích zdrojov smerovala na prieskumné satelity, vývoj rakiet a vývoj jadrových technológií, teoretickí fyzici pokračovali v neúnavnej práci. V roku 1945 vytvoril Georgy Gamow úplnú extrapoláciu rozpínavého vesmíru: ak sa vesmír rozpína a ochladzuje dnes, malo to byť niekedy v minulosti hustejšie a horúcejšie. Preto kedysi v minulosti existovala doba, keď bol vesmír príliš horúci a neutrálne atómy sa nemohli formovať, a predtým sa nemohli formovať atómové jadrá. Ak je to tak, potom pred vznikom akýchkoľvek hviezd začala hmota vesmíru s najľahšími prvkami a v našej dobe je možné pozorovať dosvit tejto teploty vo všetkých smeroch - iba pár stupňov nad absolútnou nulou. Dnes je táto teória známa ako teória veľkého tresku.a v 40. rokoch ani len netušili, aká je nádherná.
Propagačné video:
50. roky 20. storočia. Konkurenčnou myšlienkou hypotézy Veľkého tresku bol stacionárny model vesmíru, ktorý predložil Fred Hoyle a ďalší. Je príznačné, že obe strany tvrdili, že všetky ťažké prvky prítomné na Zemi dnes boli formované v ranom vesmíre. Hoyle a jeho kolegovia tvrdili, že neboli vyrobené v ranom, horúcom a hustom stave, ale skôr v predchádzajúcich generáciách hviezd. Hoyle spolu s kolegami Williem Fowlerom a Margaret Burbidgeovou podrobne vysvetlili, ako prvky usporiadajú periodickú tabuľku počas jadrovej fúzie hviezd. Je zvláštne, že predpovedali syntézu uhlíka z hélia v procese, ktorý sme nikdy predtým nevideli: trojitý alfa proces, ktorý si vyžaduje nový stav uhlíka. Tento stav objavil Fowler niekoľko rokov po Hoylovej pôvodnej predpovedi a dnes je známy ako Hoyleov uhlíkový stav. Zistili sme teda, že všetky ťažké prvky existujúce na Zemi vďačia za svoj pôvod všetkým predchádzajúcim generáciám hviezd.
Keby sme videli mikrovlnné svetlo, nočná obloha by vyzerala ako zelený ovál s teplotou 2,7 Kelvina, s „šumom“v strede z horúcich príspevkov našej galaktickej roviny. Toto rovnomerné žiarenie so spektrom čiernych teliesok svedčí o dosvit Veľkého tresku: jedná sa o kozmické mikrovlnné pozadie.
60. roky. Po 20 rokoch diskusií sa uskutočnilo kľúčové pozorovanie, ktoré by určilo históriu vesmíru: objav predpovedaného dosvitu veľkého tresku alebo kozmického mikrovlnného pozadia. Toto rovnomerné žiarenie s teplotou 2 725 Kelvinov objavili v roku 1965 Arno Penzias a Bob Wilson, ani jeden z nich okamžite nevedel, na čo narazili. Iba s časom sa zmeralo spektrum čierneho tela tohto žiarenia a jeho fluktuácie a ukázalo sa, že náš Vesmír začal „výbuchom“.
Najskoršia etapa vesmíru, ešte pred Veľkým treskom, stanovila všetky pôvodné podmienky pre všetko, čo dnes vidíme. Bol to veľký nápad Alana Gutha: kozmická inflácia
70. rokyNa samom konci roku 1979 sa mladý vedec zhostil svojej myšlienky. Alan Guth hľadal spôsob, ako vyriešiť niektoré z nevysvetliteľných problémov Veľkého tresku - prečo je vesmír vo vesmíre taký plochý, prečo je rovnaká teplota vo všetkých smeroch a prečo v ňom nie sú pozostatky najvyšších energií - a prišiel s myšlienkou kozmickej inflácie. Podľa tejto myšlienky predtým, ako vesmír vstúpil do horúceho hustého stavu, nastal stav exponenciálnej expanzie, keď bola všetka energia obsiahnutá v samotnej štruktúre vesmíru. Na vytvorenie modernej teórie inflácie bolo potrebných niekoľko vylepšení pôvodných Guthových myšlienok, ale následné pozorovania - vrátane fluktuácií v kozmickom mikrovlnnom pozadí - potvrdili jej predpovede. Vesmír začal nielen výbuchom, ale mal ešte ďalší zvláštny stav ešte predtým, ako sa tento Veľký tresk stal.
Zvyšky po supernove z roku 1987a nachádzajúce sa vo Veľkom Magellanovom mračne vzdialenom 165 000 svetelných rokov. Za viac ako tristo storočí to bola najbližšie pozorovaná supernova k Zemi
80. roky. Môže sa zdať, že sa nestalo nič vážne, ale až v roku 1987 bola zo Zeme pozorovaná najbližšia supernova. To sa deje raz za sto rokov. Bola to tiež prvá supernova, ktorá sa vyskytla, keď sme mali detektory schopné detekovať neutrína z takýchto udalostí. Aj keď sme v iných galaxiách videli veľa supernov, nikdy sme ich nepozorovali dosť blízko na to, aby sme z nich boli svedkami neutrín. Týchto asi 20 neutrín znamenalo začiatok neutrínovej astronómie a následný vývoj, ktorý viedol k osciláciám neutrín, detekcii hmôt neutrín a neutrínových neutrín zo supernov, ktoré sa vyskytujú v galaxiách vzdialených milióny svetelných rokov. Keby naše moderné detektory fungovali v pravý čas, ďalšia explózia supernovy by umožnila zachytiť státisíce neutrín.
Štyri možné osudy vesmíru, z ktorých posledný sa k údajom hodí najlepšie: Vesmír s temnou energiou. Prvýkrát bol objavený vďaka pozorovaniam vzdialených supernov
90. roky. Ak ste si mysleli, že temná hmota a objav začiatku vesmíru sú hlavnými objavmi, predstavte si šok v roku 1998, keď zistili, že vesmír sa čoskoro končí. Historicky sme si predstavovali tri možné osudy:
- Rozpínanie vesmíru nebude stačiť na prekonanie gravitačnej príťažlivosti všetkého a všetkých a vesmír sa bude opäť sťahovať vo Veľkej kompresii
- Expanzia vesmíru bude príliš veľká a všetko spojené gravitáciou sa rozptýli a vesmír bude mrznúť.
- Alebo sa ocitneme na hranici týchto dvoch výsledkov a rýchlosť expanzie bude mať asymptoticky tendenciu k nule, nikdy ju však nedosiahne: Kritický vesmír
Namiesto toho však vzdialené supernovy ukázali, že rozpínanie vesmíru sa zrýchľuje a že s pribúdajúcim časom sa vzdialené galaxie vzďaľujú od seba čoraz rýchlejšie. Vesmír nielenže zamrzne, ale všetky galaxie, ktoré nie sú navzájom spojené, nakoniec zmiznú za naším kozmickým horizontom. Okrem galaxií v našej miestnej skupine sa žiadne galaxie nestretnú s Mliečnou cestou a náš osud bude chladný a osamelý. Za 100 miliárd rokov neuvidíme žiadne iné ako tie naše.
2000-te roky. Naše merania fluktuácií (alebo nedokonalostí) v dosvite Veľkého tresku nás naučili neuveriteľné veci: dozvedeli sme sa presne to, z čoho sa skladá vesmír. Údaje COBE nahradili údaje WMAP, ktoré zase vylepšil Planck. Dohromady nám dáta z rozsiahlych štruktúr z veľkých prieskumov galaxií (ako 2dF a SDSS) a dáta zo vzdialených supernov poskytli moderný obraz vesmíru:
- 0,01% žiarenia vo forme fotónov, - 0,1% neutrína, ktoré ľahko prispievajú k gravitačným halo obklopujúcim galaxie a zhluky, - 4,9% bežnej hmoty, ktorá zahŕňa všetko pozostávajúce z atómových častíc, - 27% tmavej hmoty alebo tajomných neinteragujúcich (iných ako gravitačných) častíc, ktoré poskytujú vesmíru štruktúru, ktorú pozorujeme, - 68% tmavej energie, ktorá je vlastná samotnému priestoru.
2010-tý. Toto desaťročie ešte neskončilo, ale už sme našli naše prvé potenciálne obývateľné planéty podobné Zemi (aj keď veľmi vzdialené), medzi tisíckami a tisíckami nových exoplanét objavených misiou Kepler NASA. Toto nemusí byť najväčší objav desaťročia, pretože priama detekcia gravitačných vĺn LIGO potvrdila obraz, ktorý Einstein vykreslil späť v roku 1915. Viac ako sto rokov potom, čo Einsteinova teória prvýkrát spochybnila Newtona, prešla všeobecná relativita všetkými skúškami a testami, ktoré sa jej ponúkali.
Vedecké dejiny sa stále píšu a vo vesmíre je ešte stále čo objavovať. Ale týchto 11 krokov nás vyviedlo z vesmíru neznámeho veku, nie väčšieho ako naša galaxia, väčšinou tvoreného hviezdami, do rozpínavého ochladzujúceho sa vesmíru ovládaného temnou hmotou, temnou energiou a našou bežnou hmotou. Má veľa potenciálne obývateľných planét, je stará 13,8 miliárd rokov a začalo sa Veľkým treskom, ktorý sám vytekal z kozmickej inflácie. Dozvedeli sme sa o vzniku vesmíru, o jeho osude, o vzhľade, štruktúre a veľkosti - a to všetko za 100 rokov. Možno bude nasledujúcich 100 rokov plných prekvapení, ktoré si ani len nedokážeme predstaviť.
Iľja Khel