Η είκονα μας για το Σύμπαν τα τελευταία 100 χρόνια

in Astronomy by

Για πολλές χιλιάδες χρόνια ο άνθρωπος πίστευε πως αυτός είναι το κέντρο του Σύμπαντος. Και πως όσα βλέπει δια γυμνού οφθαλμού στο νυχτερινό ουρανό αποτελούν ολόκληρο το Σύμπαν. Πεποιθήσεις για ζωή πέρα από τη Γη δεν υπήρχαν (πέραν από κάποιες εξαιρέσεις ίσως, που κυρίως επηρεάστηκαν από θρύλους και μύθους παλαιότερων πολιτισμών), αφού και μόνο ότι είμασταν στο κέντρο του Σύμπαντος μας έκανε ξεχωριστούς σαν υπάρξεις.

Ακόμα και πριν από 100 χρόνια, η αντίληψη μας για το Σύμπαν ήταν πολύ διαφορετική από αυτή που είναι σήμερα. Τα αστέρια μέσα στον Γαλαξία ήταν γνωστά και ήταν επίσης γνωστό ότι βρίσκονται σε αποστάσεις χιλιάδων ετών φωτός μακριά (όχι όμως παραπάνω). Το Σύμπαν θεωρήθηκε στατικό και οι νόμοι στους οποίους υπάκουε ήταν ίδιοι με αυτούς εδώ στη Γη. Η βαρύτητα του Νεύτωνα δεν είχε ακόμη ανατραπεί από τη νέα θεωρία του Αϊνστάιν και οι επιστημονικές ιδέες όπως η Μεγάλη Έκρηξη, η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια δεν είχαν καν διατυπωθεί.

 

1910s

Τα αποτελεσματα απο την αποστολη του Eddington το 1919, επιβεβαιωσε την προβλεψη πως η πορεια του φωτος καμπτεται οταν περναει κοντα απο μεγαλες μαζες.    Image Credit: The Illustrated London News, 1919 via forbes.com

Η περίφημη θεωρία του Αϊνστάιν επιβεβαιώνεται. Ο λόγος για τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που σύμφωνα με αυτήν, ο χωροχρόνος υπαγορεύει στην ύλη πως να κινηθεί ενώ η ύλη υπαγορεύει στον χώρο πως να καμπυλωθεί. Αποτελεί μια νέα θεωρία βαρύτητας και πλέον εκτόπισε τη βαρυτική θεωρία του Νεύτωνα.

Βασικός λόγος της επικράτησης της, ήταν η εξήγηση της μετάπτωσης του περιηλίου του Ερμή (κάτι που η Νευτώνεια Βαρύτητα αδυνατούσε). Όμως δεν αρκούσε αυτό, καθώς η νέα θεωρία θα έπρεπε να κάνει και νέες προβλέψεις. Κάποιες από αυτές ήταν βαρυτική ερυθρή μετατόπιση του φωτός και των ρολογιών και η εκτροπή του φωτός εξαιτίας της βαρύτητας. Η τελευταία παρατηρήθηκε και επιβεβαιώθηκε το 1919 από τον Eddington και τους συνεργάτες του κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης.

 

1920s

Η ανακαλυψη ενος Cepheid variable στον Γαλαξια της Ανδρομεδας απο τον Hubble, αλλαξε την αποψη μας για το Συμπαν.     Image credit: E. Hubble, NASA, ESA, R. Gendler, Z. Levay and the Hubble Heritage Team via forbes.com

 

Μέχρι τότε δεν γνωρίζαμε πως το Σύμπαν διαστέλλεται. Όλα όμως άλλαξαν με το έργο του Edwin Hubble, όπου υπολόγισε τις αποστάσεις και τις ταχύτητες για πάνω από δώδεκα γαλαξίες και απέδειξε πως το Σύμπαν διαστέλλεται και πως όσο πιο μακρια από εμάς βρίσκεται κάτι, τόσο γρηγορότερα απομακρύνεται.

Μέχρι τότε ακόμα και ο Αϊνστάιν είχε την πεποίθηση πως ζούμε σε στατικό Σύμπαν, κάνοντας αλλαγές στις εξισώσεις του ώστε να συμμορφωθούν τα αποτελέσματα με αυτό (εισήγαγε έναν νέο όρο, την κοσμολογική σταθερα λ). Και όμως όλο αυτό ήταν μεγάλο του λάθος, γιατί όπως έχει πει και ο Ηράκλειτος, τα πάντα ρεί.

 

1930s

Οι 2 μεγαλοι και λαμπροι Γαλαξιες στο κεντρο του Comma Cluster, ο NGC 4889 (αριστερα) και ο ελαχιστα μικροτερος NGC 4874 (αριστερα).     Image Credit: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona via forbes.com

Έως τώρα ακμάζει η άποψη πως το σύνολο της μάζας του Σύμπαντος περιορίζεται στο άθροισμα των άστρων, των αερίων και της σκόνης (αυτό δηλαδή που ονομάζουμε «κανονική» ύλη). Ωστόσο, παρατηρώντας τους γαλαξίες μέσα σε ένα πυκνό σύμπλεγμα (όπως το σύμπλεγμα Κώμα), οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα πως η “κανονική ύλη” (δηλ. τα άτομα από τα οποία αποτελούνται όλα τα γνωστά στοιχεία) δεν επαρκούσαν για να εξηγήσουν τις εσωτερικές κινήσεις αυτών των συστάδων.

Τη λύση σε αυτό έρχεται να δώσει η εμφάνιση μιας νέας ύλης, της σκοτεινής ύλης. Η ύπαρξή της περιφρονήθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1970, όπου όταν η κανονική ύλη ήταν καλύτερα κατανοητή και η σκοτεινή ύλη αποδείχθηκε ότι υπήρχε σε μεγάλη αφθονία σε μεμονωμένους περιστρεφόμενους γαλαξίες. Τώρα γνωρίζουμε πως η αναλογία σκοτεινής / κανονικής ύλης είναι 5/1.

 

1940s

Παρόλο που οι στρατιωτικοί σκοποί είχαν αντλήσει τηνν πλειονότητα των πόρων, οι θεωριτικοί φυσικοί συνέχισαν τη σκληρή δουλειά τους. Αν το Σύμπαν επετείνεται και ψύχεται σήμερα, τότε θα πρέπει να υπήρξε μια εποχή όπου ήταν τόσο ζεστό και πυκνό που ούτε οι ατομικοί πυρήνες δεν μπορούσαν να σχηματιστούν. Έτσι ανήλθε η ιδέα της Μεγάλης Έκρηξης, που αποτελεί τη μεγαλύτερη ιδέα που άνθισε τη δεκαετία του 1940.

 

1950s

Η πιο ανταγωνιστική ιδέα για το Big Bang ήταν το μοντέλο σταθερής κατάστασης, που τέθηκε από τον Fred Hoyle και άλλους κατά τη διάρκεια της ίδιας χρονικής περιόδου. Θεαματικά, και οι δύο πλευρές υποστήριξαν ότι όλα τα βαρύτερα στοιχεία που υπάρχουν στη Γη σήμερα σχηματίστηκαν σε ένα προγενέστερο στάδιο του Σύμπαντος. Αυτό που υποστήριξε ο Hoyle και οι συνεργάτες του ήταν ότι δεν έγιναν κατά τη διάρκεια ενός πρώιμου, ζεστού και πυκνού κράτους, αλλά μάλλον σε προηγούμενες γενιές αστέγων. Ο Hoyle, μαζί με τους συνεργάτες Willie Fowler και Geoffrey και Margaret Burbidge, αναλύουν με ακρίβεια πώς θα δημιουργηθούν τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα από την πυρηνική σύντηξη που συμβαίνει στα αστέρια.

 

1960s

Οι διακυμανσεις της Μικροκυματικης Ακτινοβολιας Υποβαθρου μετρηθηκαν με ακριβεια απο το COBE τη δεκαετία του ’90 και ακομα ακριβεστερα απο το WMAP την επομενη δεκαετια. Η ακριβεστερη ομως εικονα ηρθε απο το Planck τη δεκαετια που διανυουμε. Image Credit: ESA and the Planck Collaboration via forbes.com

Μετά από περίπου 20 χρόνια συζήτησης, αποκαλύφθηκε η βασική παρατήρηση που θα αποφάσιζε για την ιστορία του Σύμπαντος: η ανακάλυψη της προβλεπόμενης απότομης λάμψης από τη Μεγάλη Έκρηξη ή αλλιώς τη Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (τα απομεινάρια μιας Μεγάλης Έκρηξης).

Αυτή η ομοιόμορφη ακτινοβολία 2.725 K ανακαλύφθηκε το 1965 από τους Arno Penzias και Bob Wilson, οι οποίοι κανείς δεν συνειδητοποίησε αυτό που είχαν αρχικά ανακαλύψει. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, μετρήθηκε το πλήρες φάσμα αυτής της ακτινοβολίας καθώς και οι διακυμάνσεις της, δείχνοντας ότι το Σύμπαν ξεκίνησε τελικά με ένα “Big Bang“.

 

1970s

Στα τέλη του 1979, ένας νέος επιστήμονας είχε μια φανταστική ιδέα. Ο λόγος για τον Alan Guth, ο οποίος αναζητώντας έναν τρόπο να λύσει μερικά από τα ανεξήγητα προβλήματα του Big Bang (όπως γιατί ήταν ίδια η θερμοκρασία προς όλες τις κατευθύνσεις και γιατί δεν υπήρχαν απομεινάρια εξαιρετικά υψηλής ενέργειας), του ήρθε η ιδέα του “Κοσμικού Πληθωρισμού”. Σύμφωνα με αυτή, σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα το ορατό Σύμπαν έχει διασταλεί κατά 1030 φορές, που ισοδυναμεί με 100 διαδοχικούς διπλασιασμούς της διαμέτρου του.

Χρειάστηκαν αρκετές βελτιώσεις στις αρχικές ιδέες του Guth για τη δημιουργία της σύγχρονης θεωρίας του πληθωρισμού. Οι επακόλουθες όμως παρατηρήσεις, όπως οι διακυμάνσεις της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου, της δομής του Σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα και του τρόπου που συγκεντρώνονται οι γαλαξίες, όλες προβλέπουν την κατάσταση του πληθωρισμού και βοήθησαν στην εξέλιξη της θεωρίας.

 

1980s

Αυτή τη δεκαετία μπορεί να μην είχαμε πολλές καινοτομίες στις θεωρίες μας, ωστόσο το 1987 είχαμε την ευκαιρία να απολαύσουμε την πλησιέστερη στη Γη, Σουπερνοβα. Αποτελεί επίσης την πρώτη σουπερνόβα που συνέβη όταν είχαμε ανιχνευτές σε απευθείας σύνδεση, ικανούς να βρουν νετρίνα από αυτά τα γεγονότα. Ενώ έχουμε δει πολλές υπεκαινοφανείς σε άλλους γαλαξίες, ποτέ δεν είχε εμφανιστεί τόσο κοντά, να μπορούμε να παρατηρήσουμε νετρίνα από αυτό.

 

1990s

Οι μακρινές σουπερνόβες έδειξαν ότι η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται και ότι όσο περνάει ο καιρός, οι μακρινοί γαλαξίες αυξάνουν την ταχύτητα τους μακριά ο ένας από τον άλλο. Όχι μόνο το Σύμπαν θα παγώσει, αλλά όλοι οι γαλαξίες που δεν είναι ήδη δεσμευμένοι μεταξύ τους, τελικά θα εξαφανιστούν πέρα από τον κοσμικό μας ορίζοντα. Εκτός από τους γαλαξίες στην τοπική μας ομάδα, κανένας άλλος γαλαξίας δεν θα συναντήσει ποτέ τον Γαλαξία μας και η μοίρα μας θα είναι πράγματι ψυχρή και μοναχική. Σε 100 δισεκατομμύρια χρόνια τελικά, δεν θα είμαστε σε θέση να δούμε άλλους γαλαξίες πέρα από τους δικούς μας.

 

2000s

Η ιστορια του Ορατου μας Συμπαντος.           Image Credit: NASA / WMAP science team via forbes.com

Οι μετρήσεις μας για τις διακυμάνσεις της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου της Μεγάλης Έκρηξης, δε μας έμαθαν μόνο το πώς ακριβώς κατασκευάστηκε το Σύμπαν. Τα δεδομένα από τη συσκευή COBE αντικαταστάθηκαν από αυτά του WMAP, το οποίο με τη σειρά του βελτιώθηκε από το Planck. Επιπλέον, μεγάλης κλίμακας δεδομένα από έρευνες γαλαξιών και δεδομένα υπερκαινοφανών έρχονται όλα μαζί να μας δώσουν τη σύγχρονη εικόνα του Σύμπαντος:

  • ακτινοβολία 0,01% με τη μορφή φωτονίων,
  • 0,1% νετρίνα,
  • 4.9% φυσιολογική ύλη, η οποία περιλαμβάνει όλα τα ατομικά σωματίδια,
  • 27% σκοτεινή ύλη ή τα μυστηριώδη, μη αλληλεπιδρώντα (εκτός από τα βαρυτικά) σωματίδια που δίνουν στο σύμπαν τη δομή που παρατηρούμε,
  • και 68% σκοτεινή ενέργεια, η οποία είναι εγγενής στον ίδιο το χώρο.

 

2010s

Απεικονιση συγχωνευσης δυο μελανων οπων, συγκρισιμης μαζας με αυτο που ανιχνευσε το LIGO.      Image Credit: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) via forbes.com

Η δεκαετία δεν έχει βγει ακόμη, αλλά μέχρι στιγμής έχουμε ανακαλύψει τους πρώτους δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Υπάρχουν χιλιάδες νέοι εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν από την αποστολή Kepler της NASA, αρκετοί εκ των οποίων βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου τους.

Παρόλα αυτά, δεν είναι καν η μεγαλύτερη ανακάλυψη της δεκαετίας, καθώς η άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από το LIGO επιβεβαιώνει την εικόνα που αρχικά ζωγράφισε ο Αϊνστάιν, με τη νέα θεωρία της βαρύτητας, το 1915. Για περισσότερο από έναν αιώνα οι θεωρίες του μεγάλου φυσικού ξεπερνούν κάθε δοκιμασία.

Βέβαια υπάρχουν ακόμα πολλά από το Σύμπαν που θα ανακαλυφθούν. Φανταστείτε πόσο άλλαξε η εικόνα που έχουμε για αυτό μέσα σε μόλις μια 20ετία με την εισαγωγή της σκοτεινής ενέργειας. Και όσο η τεχνολογία αναπτύσσεται, τόσο καλύτερα αντιλαμβανόμαστε τις κρυφές πτυχές του.

 

 

Πηγές:

  • Article’s Image   “reader.gr”
  • forbes.com  άρθρο  “11 Scientific Advances Of The Past 100 Years Gave Us Our Entire Universe”
  • wikipedia.org

Latest from Astronomy

Go to Top