miercuri, 29 decembrie 2010

Big Bang de Simon Singh


(27-29 dec)
www.simonsingh.net
Review

Update:

Adaug la acestă postare rezumatele capitolelor drept note de lectură:


Capitolul 1 Începuturile

La început, oamenii, explicau totul prin mituri, zei şi monştrii.

1. În sec al VI-lea BC, în Grecia filozofii au început să vorbească despre Univers în termenii fenomenelor naturale (nu supranaturale)

Protosavanţii greci căutau teorii şi modele care să fie:
-         simple
-         precise
-         naturale
-         viabile

Ei au fost în stare să măsoare dimensiunea pământului, a soarelui şi a lunii, precum şi distanţele dintre ele, făcând apel la:
-         experiment/observaţie
-         logică/teorie + matematică

Astronomii greci au ajuns la un model geocentric fals în care soarele, stelele şi planetele se rotesc în jurul unui pământ fix.

2. Când modelul geocentric dădea greş, astronomii răspundeau cu soluţii ad-hoc (de ex. Epiciclurile lui Ptolemeu explicau mişcarea retrograde a planetelor)

Teologii îi îndemnau pe astronomi să rămână fideli modelului geocentric, conform cu Biblia.

3. În sec al XVI-lea
Copernic a elaborat un model heliocentric al Universului, în care Pământul şi celelalte planete se roteau în jurul Soarelui. Era simplu ţi destul de precis.

Din păcate modelul heliocentric a fost ignorat pentru că:
-         autorul lui era practic necunoscut
-         modelul sfida bunul simt
-         era mai puţin exact decât modelul lui Ptolemeu
-         conservatorismul religios (şi ştiinţific) înăbuşă gândirea originală

4. Modelul lui Copernic a fost îmbunătăţit de Kepler folosind observaţiile lui Tycho. El a arătat că planetele urmează orbite (uşor) eliptice, nu circulare. Acum, modelul heliocentric era mai simplu şi mai precis decât modelul geocentric.

5. Galilei a susţinut modelul heliocentric. El a folosit telescopul care a dezvăluit că Jupiter are luni, Soarele are pete, iar Venus are faze, ceea ce contrazicea vechea teorie şi o confirma pe cea nouă.

Galilei a scris o carte în care explica de ce modelul heliocentric era corect. Din păcate, în 1633, Biserica l-a persecutat pe Galilei şi l-a obligat să retracteze.

În secolele următoare, Biserica a devenit mai tolerantă. Astronomii au adoptat modelul heliocentric, iar ştiinţa a înflorit.

6. Pe la 1900, cosmologii au tras concluzia că Universul nu a fost creat, ci a existat dintotdeauna. Nu aveau nicio dovadă în sprijinul acestei teorii. Ipoteza Universului etern nu era decât un mit.

7. Cosmologii din sec XX s-au întors la marea întrebare şi au abordat-o ştiinţific:
Universul a fost creat?
sau
A existat dintotdeauna?



Capitolul 2 Teorii ale Universului

1. Pe la 1670, Cassini a demonstrat ca lumina ar putea avea o viteza finita observând unul dintre sateliţii lui Jupiter

Viteza luminii s-a dovedit a fi de 300000 km/s.

2. Savanţii din epoca Victoriană credeau ca Universul e umplut cu eter – un mediu prin care se propaga lumina.

Se credea ca viteza luminii era măsurata in raport cu eterul.

Prin urmare, cum Pământul se mişca prin spaţiu, el trebuia sa se mişte si prin eter, dând naştere unui “vânt eteric”. Astfel, viteza luminii care se propaga împotriva vântului eteric trebuia să difere de cea a luminii care se propagă în acelaşi sens cu vântul eteric.

În 1880, Michelson şi Morley au testat aceasta concluzie şi au găsit că vitezele nu diferă. Astfel s-a demonstrat că eterul nu există.

3. Dacă lumina nu se propagă prin eter, atunci Albert Einstein a arătat că:
- viteza luminii este constantă în raport cu observatorul,
ceea ce intra in contradicţie cu ce ştim despre toate celelalte forme de mişcare.

A avut dreptate.

Cu această presupunere (+ relativitatea galileană) Einstein a elaborat Teoria relativităţii speciale (1905). Conform ei, Spaţiul si Timpul sunt flexibile si alcătuiesc o entitate unica numita spaţiu-timp.

1915 – Einstein a elaborat Teoria Generala a Relativităţii, o noua teorie a gravitaţiei, mai bună decât cea a lui Newton, fiindcă e valabila si in regiuni cu gravitaţie intensa (de ex. în apropierea stelelor).

4. Teoria lui Einstein despre gravitaţie şi cea a lui Newton au fost testate studiindu-se:
- orbita lui Mercur si
- devierea luminii in apropierea Soarelui (1919)
În ambele cazuri Einstein a avut dreptate, iar Newton s-a înşelat.


5. Cu noua sa teorie a gravitaţiei, Einstein a studiat Universul ca întreg.

Problemă: - Atracţia gravitaţionala ar duce la colapsul Universului.
Soluţie: - Einstein a adăugat constanta cosmologica la relativitatea generala.

Aceasta produce un efect antigravitaţional, care ar opri prăbuşirea Universului, ceea ce corespunde perspectivei generale asupra unui univers static şi etern.

6. Între timp Friedmann şi Lemaitre au ignorat constanta cosmologica şi au propus un Univers care ar putea fi dinamic.

Ei au descris un Univers în expansiune.

Lemaitre a introdus notiunea de Atotputernicul Atom primordial compact, care ar fi explodat, s-ar fi extins si ar fi evoluat devenind Universul de azi.

ð     Numim acum acest model modelul Big Bang al Universului

Univers Big Bang?
Contra
Univers static si etern?

Friedmann, Lemaitre si Universul lor in expansiune sunt ignoraţi.

Fără dovezi observaţionale in sprijinul lor, modelul Big Bang era suferind.

Majoritatea savanţilor au continuat sa creadă intr-un Univers static si etern.


Capitolul 3 Marea Dispută

1. Astronomii au construit telescoape tot mai mari si mai bune.

Ei au explorat cerul si au măsurat distantele pana la stele.

2. Pe la 1700, Herschel a arătat ca Soarele e înglobat într-un grup de stele – Calea Lactee.

Aceasta este galaxia noastră, poate singura galaxie.

3. 1781Messier a catalogat nebuloasele (pete palide) care nu păreau să fie stele (puncte de lumina distincte).

Marea dispută privea natura nebuloaselor:
ð     sunt corpuri din Calea Lactee sau
ð     sunt galaxii separate

Este Calea Lactee unica galaxie?
sau
Galaxiile sunt răspândite pretutindeni in Univers?

4. 1912 Henrietta Leavit a studiat stelele variabile cefeide şi a arătat ca perioada lor de variaţie poate fi folosita pentru a determina strălucirea lor reala şi distanţa până la ele.

Astronomii dispuneau acum de o riglă pentru a măsura Universul.

5. 1923 Edwin Huble a identificat o variabilă cefeidă într-o nebuloasă şi a dovedit ca se afla la mare distanta de Calea Lactee! Prin urmare, nebuloasele (cele mai multe dintre ele) erau galaxii separate, fiecare alcătuită din miliarde de stele, aşa cum e şi Calea Lactee.

Universul e plin de galaxii.

6. Spectroscopie – diferiţi atomi emit/absorb anumite lungimi de unda ale luminii, astfel încât astronomii au studiat lumina stelelor pentru a vedea din ce sunt alcătuite.

Astronomii au observat că lungimile de undă din lumina stelelor erau uşor deplasate. Aceasta se putea explica prin:
Efectul Doppler:
-         pentru o stea care se apropie, lumina e deplasată spre lungimi de undă mai mici (deplasare spre albastru)
-         pentru o stea care se îndepărtează, lumina e deplasată spre lungimi de undă mai mari (deplasare spre roşu)

Majoritatea Galaxiilor par sa fuga de Calea Lactee (prezintă deplasare spre roşu).

7. 1929 Huble a arătat ca există o relaţie directă între distanţa până la o galaxie şi viteza ei.

Aceasta poartă numele de Legea lui Hubble:

Dacă galaxiile se îndepărtează, atunci:
a)      Mâine ele vor fi mai departe de noi
b)      Dar ieri se aflau mai aproape
c)      Iar anul trecut erau încă şi mai aproape
d)      La un moment dat din trecut toate galaxiile trebuie să fi fost exact în acelaşi loc cu noi.

Măsurătorile lui Hubble păreau să ducă la concluzia că Universul a început într-o stare mica şi condensată, iar apoi s-a extins. În prezent, expansiunea lui continuă.

Este aceasta o dovada in favoarea modelului Big Bang?

Capitolul 4 Hoinarii Cosmosului

1. Lemaître a luat observaţiile lui Hubble privind expansiunea Universului drept dovezi că modelul Big Bang al Universului (creaţie si evoluţie) era corect.

2. Einstein şi-a schimbat părerea ţi a susţinut modelul Big Bang.

ð     dar majoritatea savanţilor continuau să creadă în modelul tradiţional al unui Univers etern şi static.
ð     Ei au criticat modelul Big Bang fiindcă din el rezulta că Universul era mai tânăr decât stelele pe care le conţine

Univers Big Bang
contra
Univers etern  şi static

Partizanii Big Bang-ului trebuiau să găsească o dovadă că teoria lor era corectă. Alminteri, Universul etern şi static ar fi rămas teoria dominantă.

Fizica atomică era un domeniu vital pentru testare: putea oare explica modelul Big Bang de ce atomii uşori (de ex. hidrogenul si heliul) sunt mai răspândiţi decât atomii grei (de ex. fierul si aurul) în Universul de astăzi?

3. Rutherford a dedus structura atomului.

Nucleul central conţine protoni (+) şi neutroni, iar în jurul lui se rotesc electroni. (-).

Fuziune: Doua nuclee mici se unesc pentru a forma un nucleu mai mare şi eliberează energie. De asta străluceşte soarele!

4. Anii 1940 -  Gamow, Alpher si Herman au descris Universul Timpuriu ca pe o supă simplă şi densa de protoni, neutroni si electroni. Ei sperau să poată forma atomi tot mai mari prin fuziune la temperatura ridicată a Big Bang-ului.

Succes: Big Bang-ul putea explica de ce în alcătuirea Universului de azi sunt 90% sunt atomi de hidrogen şi 9% sunt atomi de heliu.

Eşec: Big Bang-ul nu putea explica formarea atomilor mai grei decât heliul.

5. Între timp, Gamow, Alpher si Herman au prezis că un ecou luminos al Big Bang-ului trebuie să fi fost emis la 300000 de ani după momentul creaţiei şi ar putea fi detectat în prezent.

Descoperirea acestui ecou ar dovedi existenţa Big Bang-ului, dar nimeni n-a căutat aşa-numita radiaţie cosmică de fond de microunde (CFM).

6. Tot în anii 1940 Hoyle, Gold şi Bondi au propus modelul stării staţionare, conform căruia Universul se află în expansiune, dar e creată materie nouă care formează noi galaxii în interstiţiile crescânde dintre galaxii.

Ei susţineau că Universul evoluează, dar în ansamblul lui rămâne neschimbat şi durează dintotdeauna.
Aceasta perspectiva era compatibilă cu deplasările spre roşu observate de Hubble şi înlocuia modelul tradiţional de Univers etern şi static.

Disputa cosmologică se concentra acum asupra acestor modele:

Univers Big Bang
şi
Univers Staţionar

Cosmologii erau împărţiţi în două tabere care susţineau cele doua modele.


Capitolul 5 Schimbarea paradigmei

1. 1950 – Comunitatea cosmologică era scindată între partizanii Big Bang-ului şi partizanii modelului stării staţionare. Înainte de a stabili care descriere a Universului e cea corectă, trebuia să se răspundă la unele întrebări:

Dacă a existat un Big Bang atunci:
-         De ce Universul e mai tânăr decât stelele?
-         Cum s-au format elementele grele?
-         Unde se afla radiaţia CFM?
-         Cum s-au format galaxiile?

2. Mai întâi Baade şi apoi Sandage au recalibrat scara distanţelor până la galaxii şi au arătat că Big Bang-ul prezicea de fapt un Univers mult mai bătrân, compatibil cu vârstele stelelor şi galaxiilor din el.

3. Hoyle a reuşit să explice apariţia elementelor grele şi a arătat că ele s-au format prin fuziune în centrul stelelor bătrâne.

Problema nucleosintezei fusese rezolvată:
-         elementele grele s-au format în stelele muribunde
-         elementele uşoare s-au format curând după Big Bang.

4. Anii `60 – Radioastronomia a dus la descoperirea unor noi galaxii (galaxii tinere şi cuasari) care păreau să se afle doar la distanţe foarte mari.

Aceasta distribuţie neomogenă a galaxiilor contrazicea modelul stării staţionare care pretindea ca Universul era în lunii mari pretutindeni la fel.

Aceasta observaţie era însă în deplin acord cu modelul Big Bang.

5. Mijlocul anilor `60 Penzias şi Wilson au descoperit din întâmplare radiaţia CFM prezisă de Alpher, Gamow şi Herman în 1948, aducând o dovadă puternică în favoarea Big Bang-ului.

(Aceasta descoperire întâmplătoare a fost răsplătită în 1978 cu premiul Nobel.)

Aproape toţi cosmologii au trecut în tabăra Big Bang-ului.

6. 1992 – Satelitul Cobe

A descoperit uşoare variaţii în radiaţia provenind din diferite parţi ale cerului, ceea ce indică uşoare variaţii în densitatea Universului Timpuriu care au putut constitui germenii formării galaxiilor.

ð     Schimbarea paradigmei de la Univers Etern la un Univers Big Bang s-a încheiat.


Modelul Big Bang s-a dovedit a fi corect!

SFĂRŞIT



  

Niciun comentariu: