Porozumění kosmetice a jejím dopadům

Kosmologie může být obtížnou disciplínou, protože se jedná o obor studia fyziky, který se dotýká mnoha dalších oblastí. (Ačkoli, ve skutečnosti, v dnešní době se téměř všechny oblasti studia fyziky dotýkají mnoha jiných oblastí.) Co je to kosmologie? Co vlastně lidé, kteří to studují (nazývají se kosmologové)? Jaké důkazy existují pro podporu jejich práce?

Kosmologie je disciplína vědy, která studuje původ a eventuální osud vesmíru. To je nejvíce blízko příbuzný specifickým polím astronomie a astrofyziky, ačkoli minulé století také přineslo kosmologii těsně v souladu s klíčovými poznatky z fyziky částic.

Jinými slovy, dosáhneme fascinující realizace:

Naše chápání moderní kosmologie vychází ze spojení chování největší struktury v našem vesmíru (planety, hvězdy, galaxie a shluky galaxií) společně s těmi nejmenší struktury v našem vesmíru (základní částice).

Studium kosmologie je pravděpodobně jednou z nejstarších forem spekulativního zkoumání přírody a začalo v určitém okamžiku v historii, když se starodávný člověk podíval k nebi, položil otázky jako Následující:

• Jak jsme se sem dostali?
• Co se děje na noční obloze?
• Jsme sami ve vesmíru?
• Jaké jsou ty lesklé věci na obloze?

Získáte nápad.

Staří přišli s několika docela dobrými pokusy to vysvětlit. Šéf mezi nimi v západní vědecké tradici je fyzika starověkých Řeků, který vyvinul komplexní geocentrický model vesmíru, který byl po staletí vylepšován až do doby Ptolemaia, kdy kosmologie se po staletí opravdu nerozvinula, s výjimkou některých podrobností o rychlosti různých složek Systém.

Další významný pokrok v této oblasti přišel od Nicolause Copernicuse v roce 1543, kdy vydal svou astronomickou knihu o svém smrtelném loži (očekávat, že by to způsobilo kontroverzi s katolickou církví), naznačující důkazy o jeho heliocentrickém modelu sluneční energie Systém. Klíčovým vhledem, který motivoval tuto transformaci v myšlení, byla představa, že neexistují skutečné důvod předpokládat, že Země obsahuje zásadně privilegované postavení ve fyzickém kosmos. Tato změna předpokladů se nazývá Kopernikův princip. Copernicův heliocentrický model se stal ještě populárnějším a akceptovaným na základě práce Tycha Brahe, Galileo Galilei, a Johannes Kepler, který nashromáždil podstatné experimentální důkazy na podporu Copernican heliocentrického modelu.

to bylo Sir Isaac Newton který dokázal všechny tyto objevy spojit do skutečného vysvětlení planetárních pohybů. Měl intuici a vhled, aby si uvědomil, že pohyb předmětů padajících na Zemi byl podobný pohybu objektů obíhajících kolem Země (v podstatě tyto objekty neustále klesají kolem Země). Protože byl tento pohyb podobný, uvědomil si, že byl pravděpodobně způsoben stejnou silou, jakou nazýval gravitace. Pečlivým pozorováním a vývojem nové matematiky se říká počet a jeho tři zákony pohybu„Newton dokázal vytvořit rovnice, které tento pohyb popsaly v různých situacích.

Ačkoli Newtonův gravitační zákon pracoval na předpovídání pohybu nebes, byl tu jeden problém... nebylo úplně jasné, jak to funguje. Teorie navrhovala, že objekty s hmotou se navzájem přitahují napříč vesmírem, ale Newton nebyl schopen vyvinout vědecké vysvětlení mechanismu, který gravitace k dosažení tohoto cíle použila. Aby vysvětlil nevysvětlitelné, Newton se spoléhal na obecný apel na Boha, objekty se v zásadě chovají tímto způsobem v reakci na Boží dokonalou přítomnost ve vesmíru. Získání fyzického vysvětlení by čekalo dvě století, až do příchodu génia, jehož intelekt by mohl zatměnit i Newtonův rozum.

Newtonova kosmologie ovládala vědu až do počátku dvacátého století, kdy Albert Einstein vyvinul jeho teorii obecná relativita, který předefinoval vědecké chápání gravitace. V Einsteinově nové formulaci byla gravitace způsobena ohýbáním 4-rozměrného časoprostoru v reakci na přítomnost masivního objektu, jako je planeta, hvězda nebo dokonce galaxie.

Jedním ze zajímavých důsledků této nové formulace bylo, že prostoročas sám nebyl v rovnováze. V poměrně krátkém pořadí si vědci uvědomili, že obecná relativnost předpovídá, že časoprostor se buď rozšíří, nebo zkrátí. Věřte, že Einstein věřil, že vesmír byl skutečně věčný, a představil kosmologická konstanta do teorie, která poskytla tlak, který působil proti expanzi nebo kontrakci. Když však astronom Edwin Hubble nakonec zjistil, že vesmír se ve skutečnosti rozšiřuje, uvědomil si Einstein, že udělal chybu a odstranil kosmologickou konstantu z teorie.

Pokud se vesmír rozšiřoval, pak je přirozeným závěrem, že pokud byste měli vesmír převinout zpět, viděli byste, že to muselo začít v malém, hustém shluku hmoty. Tato teorie, jak začal vesmír, se nazývala Teorie velkého třesku. Toto byla kontroverzní teorie přes střední desetiletí dvacátého století, zatímco to soupeřilo o nadvládu proti Fredovi Hoylovi teorie ustáleného stavu. Objev kosmického mikrovlnného záření v roce 1965 však potvrdil předpověď, která byla učiněna ve vztahu k velkému třesku, takže mezi fyziky se široce přijímala.

Ačkoli on se ukázal být špatný v teorii ustáleného stavu, Hoyle je připočítán s hlavním vývojem v teorii hvězdná nukleosyntéza, což je teorie, podle které se vodík a další lehké atomy přeměňují na těžší atomy uvnitř jaderných kelímků zvaných hvězdy a po smrti hvězdy se vyplivnou do vesmíru. Tyto těžší atomy se pak formují do vody, planet a nakonec do života na Zemi, včetně lidí! Podle slov mnoha awestruckových kosmologů jsme tedy všichni tvořeni z hvězd.

Každopádně zpět k evoluci vesmíru. Jak vědci získávali více informací o vesmíru a pečlivěji měřili kosmické mikrovlnné záření v pozadí, došlo k problému. Jak byla prováděna podrobná měření astronomických dat, bylo jasné, že pojmy z kvantového Fyzika musela hrát silnější roli v pochopení raných fází a vývoje vesmír. Toto pole teoretické kosmologie, i když stále velmi spekulativní, se rozrostlo docela úrodně a někdy se nazývá kvantová kosmologie.

Kvantová fyzika ukázala vesmír, který byl docela blízký uniformě v energii a hmotě, ale nebyl zcela jednotný. Jakékoli výkyvy v ranném vesmíru by se však během miliard let, které se vesmír rozšířil, výrazně rozšířily... a výkyvy byly mnohem menší, než by se dalo očekávat. Kosmologové tedy museli vymyslet způsob, jak vysvětlit nejednotný raný vesmír, ale ten, který měl pouze extrémně malé výkyvy.

Zadejte Alan Guth, částicového fyzika, který tento problém vyřešil v roce 1980 vývojem teorie inflace. Fluktuace v časném vesmíru byly menší kvantové fluktuace, ale rychle se rozšířily v časném vesmíru díky ultrarychlé době expanze. Astronomická pozorování od roku 1980 podporovala předpovědi teorie inflace a nyní je to u většiny kosmologů konsensuální pohled.

Ačkoli kosmologie v posledním století hodně pokročila, stále existuje několik otevřených záhad. Ve skutečnosti jsou dvě z hlavních tajemství moderní fyziky dominantními problémy kosmologie a astrofyziky:

• Dark Matter - Některé galaxie se pohybují způsobem, který nelze úplně vysvětlit na základě množství hmoty, které je pozorované v nich (nazývané „viditelná hmota“), ale které lze vysvětlit, pokud je uvnitř galaxie. Tato zvláštní hmota, která podle předpovědí zabírá asi 25% vesmíru, se nazývá temná hmota. Kromě astronomických pozorování, experimenty na Zemi, jako je Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) se snaží přímo pozorovat temnou hmotu.
• Temná energie - V roce 1998 se astronomové pokusili odhalit rychlost, jakou vesmír zpomaloval... ale zjistili, že se to nezpomaluje. Ve skutečnosti se rychlost zrychlování zrychlovala. Zdá se, že Einsteinova kosmologická konstanta byla nakonec potřebná, ale místo toho, aby udržovala vesmír jako a rovnovážný stav, jak se zdá, ve skutečnosti tlačí galaxie od sebe rychleji a rychleji na. Není přesně známo, co způsobuje tuto „odpudivou gravitaci“, ale jméno fyzici této látce dali je „temná energie“. Astronomická pozorování předpovídají, že tato temná energie tvoří asi 70% vesmíru látka.

Existují další návrhy, jak vysvětlit tyto neobvyklé výsledky, jako je například modifikovaná newtonovská dynamika (MOND) a proměnná rychlost. světelné kosmologie, ale tyto alternativy jsou považovány za okrajové teorie, které nejsou mezi mnoha fyziky přijaty pole.

Stojí za zmínku, že teorie velkého třesku skutečně popisuje způsob, jakým se vesmír vyvíjel od té doby krátce po svém vzniku, ale nemůže poskytnout žádné přímé informace o skutečném původu vesmír.

Tím nechceme říci, že fyzika nám o původu vesmíru neříká nic. Když fyzici prozkoumají nejmenší měřítko vesmíru, zjistí, že kvantová fyzika má za následek vytvoření virtuálních částic, jak o tom svědčí Casimirův efekt. Teorie inflace ve skutečnosti předpovídá, že v případě absence jakékoli hmoty nebo energie by se časoprostor prodloužil. Vezmeme-li v úvahu nominální hodnotu, dává to vědcům rozumné vysvětlení toho, jak by vesmír mohl zpočátku vzniknout. Pokud by existovalo skutečné „nic“, bez ohledu na to, žádná energie, žádný časoprostor, pak by nic nebylo nestabilní a začalo by vytvářet hmotu, energii a rozšiřující se časoprostor. Toto je ústřední teze knih, jako je Velký design a Vesmír od nic, které předpokládají, že vesmír lze vysvětlit bez odkazu na nadpřirozené tvůrčí božstvo.

Bylo by těžké zdůraznit kosmologický, filozofický a možná i teologický význam uznání, že Země nebyla středem vesmíru. V tomto smyslu je kosmologie jedním z prvních polí, které poskytlo důkazy, které byly v rozporu s tradičním náboženským světonázorem. Ve skutečnosti se zdá, že každý pokrok v kosmologii létá tváří v tvář nejuznávanějším předpokladům, které bychom chtěli učinit o tom, jak zvláštní lidstvo je jako druh... alespoň z hlediska kosmologické historie. Tato pasáž z Velký design podle Stephen Hawking a Leonard Mlodinow výmluvně stanoví transformaci myšlení, které vycházelo z kosmologie:

Heliocentrický model sluneční soustavy Nicolaus Copernicus je považován za první přesvědčivou vědeckou demonstraci, že my lidé nejsme ohniskem vesmíru... Nyní si uvědomujeme, že Copernicusův výsledek je pouze jedním z řady vnořených demotivací, které svrhly dlouhodobé předpoklady týkající se zvláštní postavení lidstva: nenacházíme se ve středu sluneční soustavy, nenacházíme se ve středu galaxie, jsme nenacházející se ve středu vesmíru, nejsme ani vyrobeni z temných ingrediencí tvořících drtivou většinu vesmíru hmota vesmíru. Takový kosmický downgrading... je příkladem toho, co vědci nyní nazývají kopernovským principem: ve velkém schématu věcí vše, co víme, ukazuje na lidské bytosti, které nezastávají privilegované postavení.