Общият вид на Вселената: за какво дадоха Нобеловата награда за физика

9
1965

Нобеловата награда за физика тази година бе връчена на учените, разширили нашето познание за структурата на Вселената и нашето място в нея.

Наградата за физика бе разделена на три части, които получиха учените, обединили достиженията в изследването на Вселената. Според формулировката на Нобеловия комитет, наградата се присъжда „за приноса в нашето разбиране за еволюцията на Вселената и мястото на Земята в космоса„.

Първата половина на Нобеловата награда получи Джеймс Пийбълс (James Peebles) – физик-теоретик и космолог, предложил в края на миналия век теоретичната основа на нашата представа за безкрайната и разширяващата се Вселена. Втората половина от приза разделиха Мишел Майор (Michel Mayor) и Дидие Кело (Didier Queloz), задълбочили човешките представи за космоса: именно те в средата на 1990-те години показаха, че нашата Слънчева система не е изключение и както бе установено в наши дни с помощта на най-съвременна техника, тя е много типичен космически обект.

Плоският и вечен свят

Космологията от средата на 20-ти век разглежда Вселената като обект, описван от Общата теория на относителността на Айнщайн. Тя се разглежда като обект с два принципни параметъра: скорост на разширение и геометричните свойства на пространството. Скоростта на разширение на Вселената зависи от плътността на материята в нея: ако материята е твърде малко, Вселената ще се разширява безкрайно, но ако плътността е голяма, то разширението неизбежно ще се замени със свиване.

От плътността на материята зависи и геометрията на пространството, При една точно определена (критична плътност) това пространство ще бъде евклидово – тоест ще има геометрия, с която сме свикнали. В тази Вселена успоредните линии никога не се пресичат, а сумата на ъглите на триъгълника, независимо в коя точка на космоса се намира, винаги е равна на 180 градуса. При по-висока плътност пространството има „положително изкривяване“ – в подобна среда успоредните линии се сближават подобно на земните меридиани, а сумата на ъглите на триъгълника е над 180 градуса все едно е нанесен на повърхността на сфера (например на повърхността на Земята). А ако плътността е по-малка от критичната, изкривяването ще бъде отрицателни и успоредните линии ще се раздалечават.

Към 1980 година астрономическите данни показаха, че нашето пространство с голяма точност е евклидово (изкривяването клони към 0). В тези условия видимата материя – всички галактики и междугалактическия газ няма как да е повече от 5% от критичната плътност. Това се оказа сериозно предизвикателство за космологията: във вселената недостига 95% от плътността, необходима за да може пространството да е именно такова, каквото се наблюдава в реалността. Този парадокс учените се опитаха да решат, като предположиха, че съществува тъмна материя, съставена от неутрино. Но тази хипотеза не дава отговор на всички въпроси и не съответства на наблюдаваните данни.

През 1982 година Джеймс Пийбълс предположи, че съществува друг тип тъмна материя, съставена от студени и тежки частици. Подобна материя би могла да обясни видимото движение на звездите в галактиките. Но количеството обикновена и тъмна материя взети заедно биха образували едва 31% от критичната плътност, необходима за съществуването на „Плоската Вселена“ – тоест на пространство с нулево изкривяване.

През 1984 година група теоретици, включително и Пийбълс решават да се върнат към идеята, която навремето предложи Айнщайн: в Общата теория на относителността да бъде въведен допълнителен параметър. Този параметър описва свойството на празното пространство – нещо като налягане, което го побутва отвътре. Този параметър получи името „Тъмна енергия„. Тъмната енергия е свойство на вакуума което го подбужда към разширяване. И тъй като в в теорията на Айнщайн енергията винаги е еквивалентна на масата, тъмната енергия добавя именно тези 69% недостигаща плътност и по по този начин сумарната плътност на всичко във Вселената става съвсем точно равна на критичната. И по този начин тези три основни компонента – обикновената видима материя, тъмната материя и тъмната енергия, съвместно създават такава плътност, в която пространството, в което живеем, остава плоско и евклидово, подчинявайки се на училищната геометрия.

Тъмната енергия гарантира, че разширението на Вселената ще продължава вечно и Големият взрив няма да се замени с Голямо свиване. Тази теоретична идея бе потвърдена през 1988 година, когато учените откриха, че скоростта на разширяване на Вселената нараства с течение на времето. За това откритие през 2011 година Нобеловата награда бе връчена на Сол Пърлмутър, Барйън Шмидт и Адам Рийс. Осем години след това престижната награда бе връчена и на автора на тази концепция Джеймс Пийбълс.

Множествеността на световете

Трудно е да се повярва, но само преди 40 години е съществувала хипотеза, че планетната система около нашето Слънце е уникално явление в целия космос и около другите звезди не може да има каквито и да било планети. От това следва, че животът на Земята е уникален и човешката цивилизация е нещо изключително във Вселената. Въпросът за извънземните по този начин е бил решен – няма извънземни.

В края на 1980-те години започват да се появяват първите данни, че около другите звезди все пак може да има планети. През 1988 година канадските астрономи получиха данни за съществуването на планета около оранжевия гигант в съзвездието Цефей. А през 1991 година полският астроном Александър Волшчан откри планета около неутронната звезда в съзвездието Дева. И чак през 1995 година двата швейцарски астронома – Дидие Кело и Мишел Майор представиха по време на конференция на астрономите всички данни на своето откритие. Това са първите учени, окрили планета около слънцеподобна звезда.

С помощта на спектрометър астрономите регистрираха колебания на звездата 51 в съзвездието Пегас, която се намира на 50 светлинни години от Слънцето. Колебанията са предизвикани от гравитационното взаимодействие с въртяща се около нея планета с размер на Юпитер, нагрята до около 1000 градуса по Целзий. Въпреки че тази планета съвсем не прилича на нашата, това бе окончателното потвърждение, че около подобните на Слънцето звезди има планети.

Като правило екзопланетите нямат собствени имена, но за планетата 51 Пегас b, предвид важността за историята на астрономията, бе направено изключение. Една година след нейното откритие астрономът Джефри Мърси предложи тя да бъде наречена Белерофон в чест на гръцкия герой, укротил Пегас. А през 2015 година Международният астрономически съюз официално даде на тази планета името Димидий.

Към днешен ден са открити стотици екзопланети. През 2011 година космическият телескоп Кеплер откри около звездата Кеплер-20 две планети, с размери колкото Земята. През 2017 година около звездата TRAPPIST-1 бяха открити цели седем земеподобни планети.

На откриването на нови екзопланети са посветени няколко мащабни проекта. Kepler откри 132 екзопланети и над 2000 потенциални кандидата. Разходите по този проект прехвърлиха половин милиарда долара. През 2013 година изведената в космоса обсерватория Gaia се очаква да открие над 10 000 екзопланети. Цената на този проект е 577 милиона евро. През 2018 година започна работа космическия телескоп TESS, който е предназначен за откриване на екзопланети чрез транзитен метод. За този проект НАСА даде $200 милиона.

 


Нобеловата награда за физика може да бъде дадена на не повече трима лауреати. В сравнение с другите Нобелови награди, изборът на наградата за физика е дълъг и строг процес. Именно затова Нобеловата награда за физика с течение на годините ставаше все по-авторитетна и към днешен ден се счита за най-важната награда за физика в целия свят.

Самият процес на избор на кандидатите за Нобелова награда по физика е дълъг и изтъкан от традиции. На първия етап няколко хиляди от най-изтъкнатите учени на Земята предлагат кандидатите за наградата по физика. Всички тези хора се изучават и обсъждат от експерти, преди да бъде направен окончателния избор. След това, на около три хиляди специалисти се изпращат специални форми, в които те трябва да дадат предложенията си за избраните от тях кандидатури. Имената на номинираните не се съобщават публично в продължение на цели 50 години. Не се казва нищо и на номинираните. Тези заявки се проверяват от специална комисия, която отсява номинираните до 200 души, имената на които се дават на видни експерти в съответната област. Те намаляват този списък до 15 души и Нобеловият комитет дава своите препоръки за тези хора.

Но Правилата за Нобелова награда за физика изискват научните постижения в съответната област да бъдат доказани във времето. А това означава, че между откритието и даването на Нобеловата награда за физика обикновено минават 20 и повече години.

9
ДОБАВИ КОМЕНТАР

avatar
4 Коментари
5 Отговори на коментарите
0 Последователи
 
Коментарът с най-много реакции
Най-горещият коментар
  Абонирай се  
нови стари оценка
Извести ме за
Калин
Калин

Браво!

Андрей
Андрей

„Наградата за физика бе разделена на три равни части“, „Първата половина … получи Джеймс Пийбълс“, „Втората половина от приза разделиха…“ И Нобеловата награда за достижения математиката тази година отива при… (сещате се при кой)

Mitko
Mitko

Класика! 🙂 Жалко само, че няма Нобелова награда за математика, иначе авторът я заслужава напълно. Става за кръчмар.

Калин
Калин

Наградата е разделена между 3ма. В 2 дисциплини.
В първата диспиплина е награден единият.
Във втората дисциплина другите двама 😀
Преди да коментирате нобеловите награди, може да се върнете на задачите тип „басейн се пълни от 3 тръби за 2 часа“ 😀

Андрей
Андрей

Калине, двете половини на едно нещо, са еднакво големи, и по-голямата половина от хората не го разбират това (ако схващаш сарказма ми…)

Калин
Калин

Паричната награда е разделена на три. Нобеловата награда е дадена на два проекта.
Изказа може да се оптимира, тук съм съгласен. Но не това е важното.
Много разбираемо е обяснено, откъде идва идеята за черна материя и енергия. Повече такива теми трябва да има 🙂

Андрей
Андрей

Проблемът е, че не е казано, че е „разделена на три“, а че е „разделена на три **РАВНИ** части“. След коментара статията е редактирана. Но това е обичайното ниво на осмисляне на материала тука…

Gero
Gero

Учен по астрофизика, получава нобелова награда за въвеждане на константа, предложена от Айнщайн …
Потрудил се е малко, но ми се струва, че заслугата не е негова. ‘така го чувствам’

U4en
U4en

като професионален учЕн бих казал, че тея нобелови награди си ги изсмукаха от пръстите