Tepat 100 tahun yang lalu, konsep alam semesta kita sangat berbeza dari hari ini. Orang ramai mengetahui tentang bintang-bintang di Bima Sakti dan mengetahui jarak dengan mereka, tetapi tidak ada yang tahu apa yang ada di belakangnya. Alam semesta dianggap statik, lingkaran dan elips di langit dianggap objek galaksi kita sendiri. Graviti Newton belum dilampaui oleh teori baru Einstein, dan idea ilmiah seperti Big Bang, materi gelap, dan materi gelap tidak didengar. Tetapi kemudian, secara harfiah setiap dekad, kejayaan demi kejayaan mulai berlaku, dan seterusnya hingga hari ini. Ini adalah kronik Ethan Siegel's Medium.com tentang bagaimana pemahaman kita tentang alam semesta telah berubah sejak seratus tahun yang lalu.
Hasil ekspedisi Eddington pada tahun 1919 menunjukkan bahawa relativiti umum menggambarkan kelengkungan cahaya bintang berhampiran objek besar.
1910-an: Teori Einstein disahkan. Relativiti umum menjadi terkenal kerana memberikan ramalan yang tidak dapat diberikan teori Newton: permulaan orbit Mercury di sekitar Matahari. Tetapi tidak cukup teori ilmiah untuk menjelaskan sesuatu yang telah kita perhatikan; dia harus memberikan ramalan tentang apa yang belum kita lihat. Walaupun telah banyak terjadi dalam seratus tahun yang lalu - pelebaran masa gravitasi, lensa kuat dan lemah, pergeseran merah graviti, dan sebagainya - yang pertama adalah kelengkungan cahaya bintang semasa gerhana matahari total, yang diperhatikan oleh Eddington dan rakan-rakannya pada tahun 1919. Kadar kelengkungan cahaya di sekitar Matahari sesuai dengan ramalan Einstein dan tidak selaras dengan teori Newton. Sejak itu, pemahaman kita tentang alam semesta telah berubah selama-lamanya.
Penemuan Hubble mengenai pemboleh ubah Cepheid di galaksi Andromeda, M31, membuka alam semesta kepada kita
1920-an. Kami belum tahu ada alam semesta di luar Bima Sakti, tetapi semuanya berubah pada tahun 1920-an dengan karya Edwin Hubble. Dengan memerhatikan beberapa nebula lingkaran di langit, dia dapat menentukan bintang berubah-ubah individu dari jenis yang sama yang dikenali di Bima Sakti. Hanya kecerahan mereka yang sangat rendah sehingga secara langsung menunjukkan jutaan tahun cahaya di antara kita, meletakkannya jauh melampaui batas galaksi kita. Hubble tidak berhenti di situ. Dia mengukur kadar kemelesetan dan jarak berpuluh-puluh galaksi, secara signifikan memperluas batas alam semesta yang diketahui.
Dua galaksi besar yang terang di tengah kluster Coma, NGC 4889 (kiri) dan NGC 4874 (kanan) sedikit lebih kecil, masing-masing berukuran lebih dari satu juta tahun cahaya. Halo materi gelap yang besar dipercayai melintasi seluruh kelompok.
1930-an. Telah lama difikirkan bahawa jika anda dapat mengukur semua jisim yang terdapat dalam bintang, dan mungkin menambahkan gas dan debu, anda dapat menghitung semua jirim di alam semesta. Namun, dengan memerhatikan galaksi dalam kelompok yang padat (seperti gugus Coma), Fritz Zwicky menunjukkan bahawa bintang dan apa yang disebut "benda biasa" (iaitu atom) tidak cukup untuk menjelaskan pergerakan dalaman kelompok ini. Dia menamakan perkara baru sebagai bahan gelap (dunkle materie), dan pengamatannya sebahagian besarnya diabaikan hingga tahun 1970-an. Kemudian mereka mempelajari perkara biasa dengan lebih baik dan ternyata terdapat banyak perkara gelap pada galaksi berputar individu. Sekarang kita tahu bahawa bahan gelap 5 kali lebih besar daripada bahan biasa.
1940-an. Walaupun sebahagian besar sumber eksperimen dan pemerhatian menuju ke satelit pengintai, kejuruteraan peluru berpandu dan pengembangan teknologi nuklear, ahli fizik teori terus bekerja tanpa lelah. Pada tahun 1945, Georgy Gamow membuat ekstrapolasi lengkap dari alam semesta yang sedang berkembang: jika alam semesta berkembang dan menyejukkan hari ini, semestinya lebih padat dan panas pada masa lalu. Oleh itu, suatu ketika dahulu ada masa di mana alam semesta terlalu panas dan atom-atom neutral tidak dapat terbentuk, dan sebelum itu, inti atom tidak dapat terbentuk. Sekiranya demikian, sebelum pembentukan bintang mana-mana, perkara Alam Semesta dimulakan dengan unsur-unsur yang paling ringan, dan pada masa kita seseorang dapat melihat susulan suhu itu ke semua arah - hanya beberapa darjah di atas sifar mutlak. Hari ini teori ini dikenali sebagai teori Big Bang.dan pada tahun 1940-an mereka tidak tahu betapa cantiknya dia.
Video promosi:
1950-an. Idea saingan dengan hipotesis Big Bang adalah model alam semesta pegun yang dikemukakan oleh Fred Hoyle dan yang lain. Secara ketara, kedua-dua pihak berpendapat bahawa semua unsur berat yang ada di Bumi hari ini terbentuk semasa Alam Semesta awal. Hoyle dan rakannya berpendapat bahawa ia tidak dibuat dalam keadaan awal, panas, dan padat, melainkan pada generasi bintang sebelumnya. Hoyle, bersama rakannya Willie Fowler dan Margaret Burbidge, menerangkan secara terperinci bagaimana elemen menyusun jadual berkala semasa peleburan nuklear di bintang. Cukup mengejutkan, mereka meramalkan sintesis karbon dari helium dalam proses yang belum pernah kita lihat sebelumnya: proses tiga alpha yang memerlukan keadaan karbon baru. Keadaan ini ditemui oleh Fowler beberapa tahun selepas ramalan asal Hoyle dan hari ini dikenali sebagai keadaan karbon Hoyle. Oleh itu, kami mendapati bahawa semua unsur berat yang ada di Bumi berhutang asalnya kepada semua generasi bintang sebelumnya.
Sekiranya kita dapat melihat cahaya gelombang mikro, langit malam akan kelihatan seperti bujur hijau dengan suhu 2.7 Kelvin, dengan "bunyi" di tengah-tengah dari sumbangan panas dari pesawat galaksi kita. Sinaran seragam ini dengan spektrum badan hitam menunjukkan kilauan Big Bang: ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik
1960-an. Setelah perbincangan selama 20 tahun, dibuat pemerhatian utama yang akan menentukan sejarah alam semesta: penemuan susulan yang diramalkan dari Big Bang, atau latar belakang gelombang mikro kosmik. Sinaran seragam ini dengan suhu 2.725 Kelvin ditemui pada tahun 1965 oleh Arno Penzias dan Bob Wilson, yang mana tidak ada yang tahu dengan segera apa yang mereka hadapi. Hanya dengan masa spektrum hitam hitam radiasi ini dan turun naiknya diukur dan menunjukkan bahawa Alam Semesta kita bermula dengan "ledakan".
Tahap awal Alam Semesta, bahkan sebelum Big Bang, menetapkan semua syarat asal untuk semua yang kita lihat hari ini. Ini adalah idea besar Alan Guth: inflasi kosmik
1970-anPada akhir tahun 1979, saintis muda itu menetukan ideanya. Alan Guth mencari jalan untuk menyelesaikan beberapa masalah Big Bang yang tidak dapat dijelaskan - mengapa alam semesta begitu rata di angkasa, mengapa suhu sama ke semua arah, dan mengapa tidak ada peninggalan tenaga tertinggi di dalamnya - dan muncul dengan idea inflasi kosmik. Menurut idea ini, sebelum alam semesta memasuki keadaan panas yang padat, ada keadaan pengembangan yang eksponensial, ketika semua tenaga melekat pada struktur ruang. Ia memerlukan beberapa penyempurnaan idea asal Guth untuk membentuk teori inflasi moden, tetapi pemerhatian berikutnya - termasuk turun naik latar belakang gelombang mikro kosmik - telah mengesahkan ramalannya. Alam semesta tidak hanya bermula dengan letupan, tetapi juga memiliki keadaan istimewa yang lain bahkan sebelum Big Bang ini terjadi.
Sisa-sisa supernova 1987a yang terletak di Awan Magellan Besar 165,000 tahun cahaya jauhnya. Selama lebih dari tiga ratus abad, ia adalah supernova yang paling dekat dengan Bumi
1980-an. Nampaknya tidak ada yang serius yang berlaku, tetapi pada tahun 1987 supernova yang paling dekat diperhatikan dari Bumi. Ini berlaku seratus tahun sekali. Itu juga merupakan supernova pertama yang berlaku ketika kita mempunyai alat pengesan yang mampu mengesan neutrino dari kejadian tersebut. Walaupun kita telah melihat banyak supernova di galaksi lain, kita tidak pernah melihatnya cukup dekat untuk menyaksikan neutrino dari mereka. 20 atau lebih neutrino ini menandakan permulaan astronomi neutrino dan perkembangan seterusnya yang menyebabkan osilasi neutrino, pengesanan massa neutrino dan neutrino neutrino dari supernova yang berlaku di galaksi berjuta-juta tahun cahaya. Sekiranya pengesan moden kita berfungsi pada waktu yang tepat, letupan supernova seterusnya akan membolehkan ratusan ribu neutrino ditangkap.
Empat kemungkinan takdir alam semesta, yang terakhir sesuai dengan data yang terbaik: Alam semesta dengan tenaga gelap. Ia pertama kali ditemui berkat pemerhatian supernova yang jauh
1990-an. Sekiranya anda menganggap bahawa benda gelap dan penemuan permulaan alam semesta adalah penemuan utama, bayangkan betapa mengejutkannya pada tahun 1998 ketika mereka mengetahui bahawa alam semesta akan hampir berakhir. Dari segi sejarah, kami telah membayangkan tiga kemungkinan yang mungkin:
- Perluasan Alam Semesta tidak akan cukup untuk mengatasi tarikan graviti dari segalanya dan semua orang, dan Alam Semesta akan kembali berkontraksi dalam Kompresi Besar
- Perluasan Alam Semesta akan terlalu banyak, dan semua yang disatukan oleh graviti akan tersebar, dan Alam Semesta akan membeku
- Sama ada kita akan berada di sempadan kedua-dua hasil ini dan kadar pengembangannya secara asimtotik cenderung menjadi sifar, tetapi tidak pernah mencapainya: Alam Semesta Kritikal
Namun demikian, supernova yang jauh telah menunjukkan bahawa pengembangan alam semesta semakin cepat dan bahawa, seiring berlalunya waktu, galaksi yang jauh menjauh antara satu sama lain dengan lebih cepat dan cepat. Alam semesta tidak hanya akan membeku, tetapi semua galaksi yang tidak terikat satu sama lain akhirnya akan hilang di luar cakrawala kosmik kita. Selain dari galaksi dalam kumpulan tempatan kita, tidak ada galaksi yang akan menemui Bima Sakti, dan nasib kita akan menjadi sejuk dan sunyi. Dalam 100 bilion tahun, kita tidak akan melihat galaksi selain kita.
2000-an. Pengukuran fluktuasi (atau ketidaksempurnaan) kita selepas kejadian Big Bang mengajar kita perkara-perkara yang luar biasa: kita mengetahui dengan tepat dari mana alam semesta terbuat dari. Data COBE menggantikan data WMAP, yang pada gilirannya diperbaiki oleh Planck. Secara keseluruhan, data dari struktur berskala besar dari tinjauan galaksi besar (seperti 2dF dan SDSS) dan data dari supernova jauh telah memberi kita gambaran moden tentang alam semesta:
- 0,01% sinaran dalam bentuk foton, - 0.1% neutrino, yang menyumbang ringan pada halos graviti yang mengelilingi galaksi dan kelompok, - 4.9% daripada bahan biasa, yang merangkumi semua yang terdiri daripada zarah atom, - 27% zat gelap, atau zarah misteri, tidak berinteraksi (selain graviti) yang menyediakan Alam Semesta dengan struktur yang kita amati, - 68% tenaga gelap, yang wujud dalam ruang itu sendiri.
2010-th. Dekad ini belum berakhir, tetapi kita telah menemui planet seperti Bumi pertama yang berpotensi dapat dihuni (walaupun sangat jauh), antara ribuan dan ribuan eksoplanet baru yang ditemui oleh misi Kepler NASA. Ini mungkin bukan penemuan terbesar dalam dekad ini, kerana pengesanan langsung gelombang graviti LIGO mengesahkan gambar yang diambil Einstein pada tahun 1915. Lebih dari satu abad setelah teori Einstein pertama kali menantang Newton, relativiti umum telah melalui semua ujian dan ujian yang ditawarkannya.
Sejarah ilmiah masih ditulis, dan masih banyak yang dapat ditemui di alam semesta. Tetapi 11 langkah ini membawa kita keluar dari alam semesta yang tidak diketahui usia, tidak lebih besar daripada galaksi kita, yang kebanyakannya terdiri dari bintang-bintang, menjadi alam semesta yang menyebar dan sejuk yang diperintah oleh jirim gelap, tenaga gelap dan benda biasa kita. Ia mengandungi banyak planet yang berpotensi dapat dihuni, berusia 13.8 bilion tahun, dan bermula dengan Big Bang, yang sendiri keluar dari inflasi kosmik. Kami belajar tentang asal usul Alam Semesta, tentang nasibnya, tentang penampilan, struktur dan ukurannya - dan sepanjang lebih dari 100 tahun. Mungkin 100 tahun akan datang akan penuh dengan kejutan yang tidak dapat kita bayangkan.
Ilya Khel
