Tieši pirms 100 gadiem mūsu Visuma koncepcija ļoti atšķīrās no šodienas. Cilvēki zināja par zvaigznēm Piena ceļā un zināja par attālumiem līdz tām, bet neviens nezināja, kas stāv aiz viņiem. Visums tika uzskatīts par statisku, spirāles un elipses debesīs - par mūsu pašu galaktikas objektiem. Ņūtona gravitāciju Einšteina jaunā teorija vēl nepārspēja, un netika dzirdētas tādas zinātniskas idejas kā Lielais sprādziens, tumšā matērija un tumšā matērija. Bet tad, burtiski katru desmitgadi, sāka notikt izrāvieni pēc izrāvieniem utt. Līdz mūsdienām. Šī ir Ītana Siegela Medium.com hronika par to, kā mūsu simbols Visumā ir mainījies pēdējo simts gadu laikā.
1919. gada Edingtonas ekspedīcijas rezultāti parādīja, ka vispārējā relativitāte raksturo zvaigznes gaismas izliekumu masīvu objektu tuvumā.
1910. gadi : Einšteina teorija ir apstiprināta. Vispārējā relativitāte kļuva slavena ar to, ka sniedza prognozes, kuras Ņūtona teorija nevarēja dot: Merkūra orbītas ap Sauli precedence. Bet nepietiek, lai zinātniskā teorija vienkārši izskaidrotu kaut ko, ko mēs jau esam novērojuši; viņai bija jāsniedz prognozes par to, ko mēs vēl nebijām redzējuši. Lai gan pēdējos simts gados to ir bijis daudz - gravitācijas laika dilatācija, spēcīga un vāja lēcu veidošanās, gravitācijas sarkanā nobīde utt. - pirmais bija zvaigžņu gaismas izliekums pilnīga Saules aptumsuma laikā, ko Eddingtons un viņa kolēģi novēroja 1919. gadā. Gaismas izliekuma ātrums ap Sauli bija saskaņā ar Einšteina prognozēm un nebija atbilstošs Ņūtona teorijai. Kopš tā laika mūsu izpratne par Visumu ir mainījusies uz visiem laikiem.
Habla mainīgā Cefeida atklājums Andromedas galaktikā M31 mums pavēra Visumu.
1920. gadi. Mēs vēl nezinājām, ka ārpus Piena ceļa ir visums, bet tas viss mainījās 20. gadsimta 20. gados ar Edvīna Habla darbu. Novērojot debesīs dažus spirālveida miglājus, viņš spēja precīzi noteikt atsevišķas tā paša tipa mainīgās zvaigznes, kas bija pazīstamas Piena ceļā. Tikai to spilgtums bija tik zems, ka tas tieši norādīja uz miljoniem gaismas gadu starp mums, liekot tos tālu aiz mūsu galaktikas robežām. Habls neapstājās pie tā. Viņš mēra recesijas ātrumu un attālumu līdz desmitiem galaktiku, ievērojami paplašinot zināmā Visuma robežas.
Divas spilgtas lielas galaktikas Komas kopas centrā, NGC 4889 (pa kreisi) un nedaudz mazākas NGC 4874 (pa labi), katra ir lielāka par miljonu gaismas gadu. Tiek uzskatīts, ka milzīgs tumšās vielas oreols iet cauri visai kopai.
30. gadi. Jau sen tika domāts, ka, ja jūs varētu izmērīt visu zvaigznēs esošo masu un, iespējams, pievienot gāzi un putekļus, jūs varētu saskaitīt visu Visuma vielu. Tomēr, novērojot galaktikas blīvā kopā (piemēram, Komas kopā), Fricis Zvickijs parādīja, ka zvaigznes un tā sauktās "parastās vielas" (ti, atomi) nav pietiekami, lai izskaidrotu šo kopu iekšējo kustību. Viņš jauno vielu nosauca par tumšo vielu (dunkle materie), un līdz 1970. gadiem viņa novērojumi lielā mērā tika ignorēti. Tad viņi labāk pētīja parasto vielu un izrādījās, ka atsevišķās rotējošās galaktikās ir diezgan daudz tumšās matērijas. Tagad mēs zinām, ka tumšā viela ir 5 reizes masīvāka nekā parasta viela.
1940. gadi. Lai gan lielākā daļa eksperimentālo un novērošanas resursu nonāca izlūkošanas satelītos, raķešu inženierijā un kodoltehnoloģiju izstrādē, teorētiskie fiziķi turpināja strādāt nenogurstoši. 1945. gadā Georgijs Gamovs izveidoja pilnīgu paplašinātā Visuma ekstrapolāciju: ja šodien Visums paplašinās un atdziest, tam kādreiz agrāk bija jābūt blīvākam un karstākam. Tāpēc kādreiz pagātnē bija laiks, kad Visums bija pārāk karsts un nevarēja veidoties neitrāli atomi, un pirms tam nevarēja veidoties atomu kodoli. Ja tas tā ir, tad pirms jebkuru zvaigžņu veidošanās Visuma matērija sākās ar visvieglākajiem elementiem, un mūsu laikā var novērot šīs temperatūras pēcspīdēšanu visos virzienos - tikai dažus grādus virs absolūtās nulles. Mūsdienās šī teorija ir pazīstama kā Lielā sprādziena teorija.un 1940. gados neviens nezināja, cik viņa ir krāšņa.
Reklāmas video:
1950. gadi. Konkurējoša ideja ar Lielā sprādziena hipotēzi bija stacionārs Visuma modelis, ko izvirzīja Freds Hoils un citi. Zīmīgi, ka abas puses apgalvoja, ka visi smagie elementi, kas šodien atrodas uz Zemes, ir izveidojušies agrīnā Visuma laikā. Hoils un viņa kolēģi apgalvoja, ka tie nav izgatavoti agrā, karstā un blīvā stāvoklī, bet gan iepriekšējo zvaigžņu paaudzēs. Hoils kopā ar kolēģiem Villiju Fauleru un Mārgaretu Burbidžu sīki izskaidroja, kā elementi sakārto periodisko tabulu kodolsintēzes laikā zvaigznēs. Interesanti, ka viņi paredzēja oglekļa sintēzi no hēlija procesā, kuru mēs nekad iepriekš nebijām redzējuši: trīskāršs alfa process, kura pastāvēšanai nepieciešams jauns oglekļa stāvoklis. Šo stāvokli Fovlers atklāja vairākus gadus pēc Hoila sākotnējās prognozes, un mūsdienās to sauc par Hoilas oglekļa stāvokli. Tātad, mēs noskaidrojām, ka visi uz Zemes esošie smagie elementi ir parādā savu izcelsmi visām iepriekšējām zvaigžņu paaudzēm.
Ja mēs redzētu mikroviļņu gaismu, nakts debesis izskatītos kā zaļi ovāli ar temperatūru 2,7 Kelvin, un centrā būtu “troksnis” no karstām mūsu galaktikas plaknes ieejām. Šis vienotais starojums ar melnā ķermeņa spektru norāda uz Lielā sprādziena pēcspīdumu: tas ir kosmiskais mikroviļņu fons
60. gadi. Pēc 20 gadu ilgām diskusijām tika veikts galvenais novērojums, kas noteiks Visuma vēsturi: atklāja paredzēto pēcpārsegu no Lielā sprādziena vai kosmisko mikroviļņu fonu. Šo vienveidīgo starojumu ar temperatūru 2,725 Kelvinu 1965. gadā atklāja Arno Penziass un Bobs Vilsons, no kuriem neviens uzreiz nezināja, uz ko viņi ir paklupuši. Tikai ar laiku tika mērīts šī starojuma melnā ķermeņa spektrs un tā svārstības, kas parādīja, ka mūsu Visums sākās ar “sprādzienu”.
Visuma agrākais posms, vēl pirms Lielā sprādziena, noteica visus sākotnējos nosacījumus visam, ko mēs redzam šodien. Tā bija Alana Guta lielā ideja: kosmiskā inflācija
1970. gadiPašā 1979. gada beigās jaunais zinātnieks izperēja savu ideju. Alans Guts meklēja veidu, kā atrisināt dažas no neizskaidrojamajām Lielā sprādziena problēmām - kāpēc Visums ir tik plakans telpā, kāpēc tā ir vienāda temperatūra visos virzienos un kāpēc tajā nav augstāko enerģiju relikviju - un nāca klajā ar ideju par kosmisko inflāciju. Saskaņā ar šo ideju, pirms Visums nonāca karstā blīvā stāvoklī, bija eksponenciālas izplešanās stāvoklis, kad visa enerģija bija raksturīga pašam kosmosa audumam. Lai izveidotu moderno inflācijas teoriju, bija nepieciešami vairāki Guta sākotnējo ideju uzlabojumi, taču turpmākie novērojumi - ieskaitot svārstības kosmiskā mikroviļņu fonā - apstiprināja tā prognozes. Visums sākās ne tikai ar sprādzienu, bet tam bija vēl viens īpašs stāvoklis pat pirms šī Lielā sprādziena.
Supernovas paliekas 1987a, kas atrodas Lielajā Magelāna mākonī 165 000 gaismas gadu attālumā. Vairāk nekā trīs simtus gadsimtu tā bija vistuvākā Zemei novērotā supernova.
1980. gadi. Var šķist, ka nekas nopietns nenotika, taču tieši 1987. gadā no Zemes tika novērota tuvākā supernova. Tas notiek reizi simts gados. Tā bija arī pirmā supernova, kas notika, kad mums bija detektori, kas spēja noteikt neitrīno no šādiem notikumiem. Lai gan mēs esam redzējuši daudzas supernovas citās galaktikās, mēs nekad neesam novērojuši tās pietiekami tuvu, lai no tām liecinātu neitrīno. Šie aptuveni 20 neitrīno iezīmēja neitrīno astronomijas sākumu un turpmākās norises, kas noveda pie neitrīno svārstībām, neitrīno masu noteikšanas un neitrīno neitrīno no supernovām, kas sastopamas galaktikās, kas atrodas miljonu gaismas gadu attālumā. Ja mūsu mūsdienu detektori darbotos īstajā laikā, nākamais supernovas sprādziens ļautu notvert simtiem tūkstošu neitrīno.
Četri iespējamie Visuma likteņi, no kuriem pēdējais vislabāk atbilst datiem: Visums ar tumšu enerģiju. Tas pirmo reizi tika atklāts, pateicoties tālu supernovas novērojumiem
90. gadi. Ja jūs domājāt, ka tumšā viela un Visuma sākuma atklāšana bija galvenie atklājumi, iedomājieties šoku 1998. gadā, kad viņi atklāja, ka Visumam drīz beigsies. Vēsturiski mēs esam iedomājušies trīs iespējamos likteņus:
- Visuma paplašināšanās nebūs pietiekama, lai pārvarētu visa un visu gravitācijas pievilcību, un Visums atkal saruks Lielajā saspiešanā
- Visuma paplašināšanās būs par daudz, un viss, ko vieno gravitācija, izkaisīsies, un Visums sastings
Vai nu mēs atradīsimies uz šo divu rezultātu robežas, un paplašināšanās ātrums asimptotiski mēdz būt nulle, bet nekad to nesasniegs: kritiskais Visums
Tomēr tā vietā tālas supernovas ir parādījušas, ka Visuma izplešanās paātrinās un ka laika gaitā tālas galaktikas aizvien ātrāk attālinās viena no otras. Visums ne tikai sastings, bet visas galaktikas, kas nav saistītas viena ar otru, galu galā izzudīs aiz mūsu kosmiskā horizonta. Izņemot mūsu vietējās grupas galaktikas, Piena ceļu nesatiks neviena galaktika, un mūsu liktenis būs auksts un vientuļš. Pēc 100 miljardiem gadu mēs neredzēsim citas galaktikas kā tikai mūsējās.
2000. gadi. Mūsu svārstību (vai nepilnību) mērījumi Lielā sprādziena pēcnāvē iemācīja mums neticamas lietas: mēs uzzinājām tieši to, no kā sastāv Visums. COBE dati aizstāja WMAP datus, kurus savukārt uzlaboja Planks. Kopumā dati no liela mēroga struktūras no lielām galaktiku aptaujām (piemēram, 2dF un SDSS) un dati no attālām supernovām ir devuši mūsdienīgu priekšstatu par Visumu:
- 0,01% starojums fotonu veidā, - 0,1% neitrīno, kas viegli veicina gravitācijas halos, kas ieskauj galaktikas un kopas, - 4,9% no parastās vielas, kas ietver visu, kas sastāv no atomu daļiņām, - 27% tumšās matērijas vai noslēpumainas, bez mijiedarbības (izņemot gravitācijas) daļiņas, kas Visumam nodrošina mūsu novēroto struktūru, - 68% tumšās enerģijas, kas raksturīga pašai telpai.
2010. gads. Šī desmitgade vēl nav beigusies, taču mēs jau esam atraduši savas pirmās potenciāli apdzīvotās Zemes formas planētas (kaut arī ļoti tālu), starp tūkstošiem un tūkstošiem jauno eksoplanētu, kuras atklāja NASA Keplera misija. Tas, iespējams, nav lielākais atklājums desmitgadē, jo LIGO tiešā gravitācijas viļņu noteikšana apstiprināja attēlu, kuru Einšteins uzzīmēja tālajā 1915. gadā. Vairāk nekā gadsimtu pēc tam, kad Einšteina teorija pirmo reizi meta izaicinājumu Ņūtonam, vispārējā relativitāte ir izgājusi cauri visiem tās piedāvātajiem izmēģinājumiem un testiem.
Zinātniskā vēsture joprojām tiek rakstīta, un Visumā vēl ir daudz ko atklāt. Bet šie 11 soļi izveda mūs no nezināmā vecuma Visuma, kas nav lielāks par mūsu galaktiku, kuru galvenokārt veido zvaigznes, par paplašinošu, dzesējošu Visumu, kuru pārvalda tumšā matērija, tumšā enerģija un mūsu parastā matērija. Tajā ir daudz potenciāli apdzīvojamu planētu, tas ir 13,8 miljardus gadu vecs, un tas sākās ar Lielo sprādzienu, kas pats izplūda no kosmiskās inflācijas. Mēs uzzinājām par Visuma izcelsmi, par tā likteni, par izskatu, uzbūvi un lielumu - un visu to 100 gadus. Varbūt nākamie 100 gadi būs pilni pārsteigumu, kurus mēs pat nevaram iedomāties.
Iļja Khels
