Täpselt 100 aastat tagasi oli meie universumi kontseptsioon tänapäevast väga erinev. Inimesed teadsid Linnutee tähtedest ja teadsid kaugustest nendeni, kuid keegi ei teadnud, mis nende taga oli. Universumit peeti staatiliseks, taevas olevaid spiraale ja ellipse peeti meie enda galaktika objektideks. Newtoni gravitatsiooni ei ületanud Einsteini uus teooria veel ning teaduslikke ideid nagu Suur pauk, tumeaine ja tumeaine ei kuulnud. Kuid siis, sõna otseses mõttes igal kümnendil, hakkasid toimuma läbimurded pärast läbimurdeid ja nii edasi kuni tänaseni. See on Ethan Siegeli Medium.com kroonika sellest, kuidas meie arusaam universumist on viimase saja aasta jooksul muutunud.
1919. aasta Eddingtoni ekspeditsiooni tulemused näitasid, et üldrelatiivsusteooria kirjeldab tähevalguse kõverust massiivsete objektide lähedal.
1910. aastad: Einsteini teooria saab kinnitust. Üldrelatiivsusteooria sai kuulsaks ennustuste andmisega, mida Newtoni teooria ei suutnud anda: Merkuuri orbiidi Päikese ümber. Kuid teadusliku teooria jaoks ei piisanud lihtsalt seletamisest, mida me juba täheldasime; ta pidi tegema ennustusi selle kohta, mida me polnud veel näinud. Kuigi viimase saja aasta jooksul on neid olnud palju - gravitatsiooniaja laienemine, tugev ja nõrk läätsed, gravitatsiooniline punane nihe jne -, oli esimene tähtede kumerus täieliku päikesevarjutuse ajal, mida Eddington ja tema kolleegid täheldasid 1919. aastal. Valguse kõveruse kiirus ümber Päikese oli kooskõlas Einsteini ennustustega ega olnud kooskõlas Newtoni teooriaga. Sellest ajast alates on meie arusaam universumist igaveseks muutunud.
Hubble'i muutuja Cepheidi avastus Andromeda galaktikas M31 avas meile universumi
1920. aastad. Me ei teadnud veel, et Linnuteest kaugemal on universum, kuid see kõik muutus 1920. aastatel Edwin Hubble'i tööga. Taevas mõningaid spiraalseid udusid jälgides suutis ta määrata üksikud Linnutee tuntud sama tüüpi muutlikud tähed. Ainult nende heledus oli nii madal, et see viitas otseselt miljonitele valgusaastatele meie vahel, asetades need kaugele meie galaktika piiridest. Hubble ei piirdunud sellega. Ta mõõtis majanduslanguse määra ja kümnete galaktikate kaugust, laiendades oluliselt teadaoleva universumi piire.
Kaks heledat suurt galaktikat Coma klastri keskel, NGC 4889 (vasakul) ja veidi väiksemat NGC 4874 (paremal), on mõlemad üle miljoni valgusaasta. Arvatakse, et kogu klastrit läbib tohutu tumeaine halo.
1930. aastad. Pikka aega on arvatud, et kui suudaksite mõõta kogu tähtedes sisalduvat massi ja võib-olla lisada gaasi ja tolmu, võiksite kogu universumis oleva aine kokku lugeda. Tihedas parves galaktikaid jälgides (nagu Coma kobar) näitas Fritz Zwicky, et tähtedest ja nn "tavalisest ainest" (st aatomitest) ei piisa nende klastrite sisemise liikumise selgitamiseks. Ta nimetas uut ainet tumeaineks (dunkle materie) ja kuni 1970. aastateni eirati tema tähelepanekuid. Siis uurisid nad tavalist ainet paremini ja selgus, et üksikutes pöörlevates galaktikates on üsna palju tumeainet. Nüüd teame, et tumeaine on viis korda massilisem kui tavaline aine.
1940. aastad. Ehkki suurem osa eksperimentaalsetest ja vaatlusressurssidest läks luuresatelliitidele, raketitehnikale ja tuumatehnoloogia arendamisele, jätkasid teoreetilised füüsikud tööd väsimatult. 1945. aastal lõi Georgy Gamow laieneva universumi täieliku ekstrapoleerimise: kui universum laieneb ja jahtub täna, oleks see pidanud olema minevikus mingil hetkel tihedam ja kuumem. Seetõttu oli kunagi varem aeg, mil universum oli liiga kuum ja neutraalseid aatomeid ei saanud moodustada, ning enne seda ei saanud aatomituumad tekkida. Kui see on nii, siis enne mis tahes tähtede moodustumist algas Universumi aine kõige kergemate elementidega ja meie ajal võib jälgida selle temperatuuri järeltulemist igas suunas - vaid paar kraadi absoluutsest nullist kõrgemal. Täna on see teooria tuntud kui Suure Paugu teooria.ja 1940ndatel ei teadnud nad isegi, kui uhke ta on.
Reklaamvideo:
1950. aastad. Suure Paugu hüpoteesiga konkureeriv idee oli Fred Hoyle ja teiste esitatud universumi statsionaarne mudel. On märkimisväärne, et mõlemad pooled väitsid, et kõik rasked elemendid, mis praegu Maal esinevad, moodustati varases Universumis. Hoyle ja tema kolleegid väitsid, et neid ei tehtud varajases, kuumas ja tihedas olekus, vaid pigem eelmistes staaripõlvkondades. Hoyle selgitas koos kolleegide Willie Fowleri ja Margaret Burbidge'iga üksikasjalikult, kuidas elemendid tähtedes tuumasünteesi ajal perioodilisustabelit korraldavad. Kummalisel kombel ennustasid nad heeliumist tuleneva süsiniku sünteesi protsessis, mida me polnud kunagi varem näinud: kolmekordne alfa-protsess, mis nõuab uue süsiniku seisundi olemasolu. Selle seisundi avastas Fowler mitu aastat pärast Hoyle'i algset ennustust ja tänapäeval tuntakse seda Hoyle'i süsiniku olekuna. Niisiis saime teada, et kõik Maal eksisteerivad rasked elemendid võlgnevad oma päritolu kõigile varasematele tähepõlvkondadele.
Kui näeksime mikrolainekiirgust, näeks öötaevas välja nagu roheline ovaalne temperatuuriga 2,7 kelvinit, mille keskel oleks müra meie galaktika tasapinna kuumast sissekandest. See ühtlane mustkeha spektriga kiirgus viitab Suure Paugu järelhelele: see on kosmiline mikrolainete taust.
1960ndad. Pärast 20 aastat kestnud arutelu tehti peamine tähelepanek, mis määraks universumi ajaloo: avastati Suure Paugu prognoositav järeltuli või kosmiline mikrolainete taust. Selle ühtlase kiirguse, mille temperatuur oli 2,725 kelvinit, avastasid 1965. aastal Arno Penzias ja Bob Wilson, kes kumbki ei teadnud kohe, mida nad komistasid. Ainult aja jooksul mõõdeti selle kiirguse mustkeha spekter ja selle kõikumised, mis näitasid, et meie Universum sai alguse „plahvatusest“.
Universumi varaseim staadium, isegi enne Suurt Pauku, seadis kõik algsed tingimused kõigeks, mida me täna näeme. See oli Alan Guthi suur idee: kosmiline inflatsioon
1970ndad1979. aasta lõpus oli noor teadlane oma ideed haudumas. Alan Guth otsis viisi, kuidas lahendada mõned Suure Paugu seletamatud probleemid - miks universum on ruumis nii tasane, miks on igas suunas sama temperatuur ja miks pole selles kõrgeimate energiate reliikviaid - ja tuli ideele kosmilisest inflatsioonist. Selle idee kohaselt oli enne universumi kuuma tihedasse olekusse jõudmist eksponentsiaalse laienemise seisund, kui kogu energia oli omane just kosmosekangale. Moodsa inflatsiooniteooria kujundamiseks kulus Guthi algsetest ideedest mitu täpsustust, kuid järgnevad tähelepanekud - sealhulgas kõikumised kosmilises mikrolaineahjus - on kinnitanud selle ennustusi. Universum algas mitte ainult plahvatusest, vaid sellel oli ka teine eriline seisund juba enne selle Suure Paugu toimumist.
Supernova jäänused 1987a, mis paiknevad 165 000 valgusaasta kaugusel asuvas Suures Magellani pilves. Üle kolmesaja sajandi oli see Maale kõige lähemal täheldatud supernoova
1980ndad. Võib tunduda, et midagi tõsist ei juhtunud, kuid just 1987. aastal täheldati Maalt lähimat supernoovat. See juhtub üks kord saja aasta jooksul. See oli ka esimene supernoova, mis tekkis, kui meil olid detektorid, mis olid võimelised tuvastama selliste sündmuste neutriinoid. Ehkki oleme teistes galaktikates näinud palju supernooove, ei ole me neid kunagi piisavalt lähedal jälginud, et neist neutriinosid tunnistada. Need umbes 20 neutriinot tähistasid neutriino astronoomia ja järgnevate arengute algust, mis viisid miljonite valgusaastate kaugusel asuvates galaktikates neutriino võnkumisteni, neutriinomasside avastamiseni ja supernoovade neutriinonutriinodeni. Kui meie kaasaegsed detektorid töötaksid õigel ajal, võimaldaks järgmine supernoova plahvatus tabada sadu tuhandeid neutriinoid.
Neli võimalikku universumi saatust, millest viimane sobib andmetele kõige paremini: tumeda energiaga universum. See avastati esmakordselt tänu kaugete supernoovade vaatlustele
1990ndad. Kui arvasite, et tume aine ja universumi alguse avastamine olid peamised avastused, kujutage ette 1998. aastal tekkinud šokki, kui nad avastasid, et universum peaks lõppema. Ajalooliselt oleme ette kujutanud kolme võimalikku saatust:
- Universumi laienemisest ei piisa kõigi ja kõigi gravitatsioonilise tõmbe ületamiseks ning Universum tõmbub uuesti kokku suures kompressioonis
- Universumi paisumine on liiga suur ja kõik, mida raskusjõud ühendab, hajub ja Universum külmub
Kas leiame end nende kahe tulemuse piirilt ja paisumiskiirus kipub asümptootiliselt nulli minema, kuid ei jõua kunagi selleni: kriitiline universum
Selle asemel on aga kauged supernoovad näidanud, et universumi paisumine kiireneb ja et aja möödudes kaugenevad galaktikad üksteisest üha kiiremini eemale. Universum mitte ainult ei külmuta, vaid kõik galaktikad, mis pole üksteisega seotud, kaovad lõpuks meie kosmilisest silmapiirist välja. Peale meie kohaliku rühma galaktikate ei kohtu Linnuteel ükski galaktika ning meie saatus on külm ja üksildane. 100 miljardi aasta pärast ei näe me teisi galaktikaid kui meie oma.
2000. aastad. Meie kõikumised (või ebatäiuslikkused) Suure Paugu järelheles õpetasid meile uskumatuid asju: õppisime täpselt, millest universum koosneb. COBE andmed asendasid WMAP-i andmed, mida omakorda parandas Planck. Kokkuvõttes on suurte galaktikauuringute (näiteks 2dF ja SDSS) suuremahuliste struktuuride andmed ja kaugete supernoovade andmed andnud meile kaasaegse pildi universumist:
- 0,01% kiirgust footonite kujul, - 0,1% neutriinosid, mis aitavad kergelt kaasa galaktikaid ja kobaraid ümbritsevatele gravitatsioonilistele halodele, - 4,9% tavalisest ainest, mis sisaldab kõike, mis koosneb aatomiosakestest, - 27% tumeainet või salapäraseid mittetoimivaid osakesi (v.a gravitatsiooniliselt), mis tagavad universumile meie jälgitava struktuuri, - 68% tumedast energiast, mis on omane kosmosele endale.
2010. See kümnend pole veel läbi, kuid NASA Kepleri missiooni avastatud tuhandete ja tuhandete uute eksoplaneetide seast oleme juba leidnud oma esimesed potentsiaalselt elamiskõlblikud Maa-laadsed planeedid (ehkki väga kaugel). See ei pruugi olla kümnendi suurim avastus, sest LIGO otsene gravitatsioonilainete tuvastamine kinnitas pilti, mille Einstein joonistas tagasi 1915. aastal. Üle sajandi pärast seda, kui Einsteini teooria esitas Newtonile esimest korda väljakutse, on üldrelatiivsusteooria läbinud kõik katsed ja testid, mida see pakkus.
Teadusajalugu kirjutatakse endiselt ja universumis on veel palju avastada. Kuid need 11 sammu viisid meid teadmata vanuses universumist, mis ei ole suurem kui meie galaktikast ja koosneb peamiselt tähtedest, laienevaks jahtuvaks universumiks, mida valitseb tume aine, tume energia ja meie tavaline aine. Sellel on palju potentsiaalselt elamiskõlbulikke planeete, see on 13,8 miljardit aastat vana ja see algas Suure Pauguga, mis ise voolas välja kosmilisest inflatsioonist. Saime teada Universumi päritolust, selle saatusest, välimusest, struktuurist ja suurusest - ja seda kõike 100 aasta jooksul. Võib-olla on järgmised 100 aastat täis üllatusi, mida me isegi ette ei kujuta.
Ilja Khel
