Hawking Stephen W Krotka Historia Czasu

Podstrony

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Podobnie, gdy źródło oddala się, częstość odbieranych fal obniża się.W wypadku fal świetlnych wynika stąd, że widmo gwiazd oddalających się od nas jest przesunięte w kierunku czerwonego krańca, zaś widmo gwiazd zbliżających się — w kierunku krańca niebieskiego.Ten związek między częstością a względną prędkością można obserwować w codziennej praktyce.Wystarczy przysłuchać się nadjeżdżającemu samochodowi: gdy zbliża się, dźwięk jego silnika jest wyższy (co odpowiada wyższej częstości fal dźwiękowych), niż gdy się oddala.Fale świetlne i radiowe zachowują się podobnie; policja wykorzystuje efekt Dopplera i mierzy prędkość samochodów, dokonując pomiaru częstości impulsów fal radiowych odbitych od nich.Po udowodnieniu istnienia innych galaktyk Hubble spędził kolejne lata, mierząc ich odległości i widma.W tym czasie większość astronomów sądziła, że galaktyki poruszają się zupełnie przypadkowo, oczekiwano zatem, że połowa widm będzie przesunięta w stronę czerwieni, a połowa w stronę niebieskiego krańca widma.Ku powszechnemu zdumieniu okazało się, że niemal wszystkie widma są przesunięte ku czerwieni: prawie wszystkie galaktyki oddalają się od nas! Jeszcze bardziej zdumiewające było kolejne odkrycie Hubble'a, które ogłosił w 1929 roku: nawet wielkość przesunięcia widma ku czerwieni nie jest przypadkowa, lecz wprost proporcjonalna do odległości do galaktyki.Inaczej mówiąc, galaktyki oddalają się od nas tym szybciej, im większa jest odległość do nich! A to oznacza, że wszechświat nie jest statyczny, jak uważano przedtem, lecz rozszerza się: odległości między galaktykami stale rosną.Odkrycie, że wszechświat się rozszerza, było jedną z wielkich rewolucji intelektualnych dwudziestego wieku.Znając już rozwiązanie zagadki, łatwo się dziwić, że nikt nie wpadł na nie wcześniej.Newton i inni uczeni powinni byli zdawać sobie sprawę, że statyczny wszechświat szybko zacząłby zapadać się pod działaniem grawitacji.Przypuśćmy jednak, że wszechświat rozszerza się.Jeśli tempo ekspansji byłoby niewielkie, to siła ciążenia wkrótce powstrzymałaby rozszerzanie się wszechświata, a następnie spowodowałaby jego kurczenie się.Gdyby jednak tempo ekspansji było większe niż pewna krytyczna wielkość, to grawitacja nigdy nie byłaby zdolna do powstrzymania ekspansji i wszechświat rozszerzałby się już zawsze.Przypomina to odpalenie rakiety z powierzchni Ziemi.Jeśli prędkość rakiety jest dość niewielka, to ciążenie zatrzymuje rakietę i powoduje jej spadek na Ziemię.Jeśli jednak prędkość rakiety jest większa niż pewna prędkość krytyczna (około 11 km/s), to grawitacja nie może jej zatrzymać i rakieta oddala się w przestrzeń kosmiczną na zawsze.Takie zachowanie się wszechświata można było wydedukować z teorii Newtona w dowolnej chwili w XIX, XVIII wieku, a nawet pod koniec XVII wieku, jednak wiara w statyczny wszechświat przetrwała aż do początków XX stulecia.Nawet Einstein wierzył weń tak mocno, że już po sformułowaniu ogólnej teorii względności zdecydował się zmodyfikować ją przez dodanie tak zwanej stałej kosmologicznej, wyłącznie po to, by pogodzić istnienie statycznego wszechświata z tą teorią.W ten sposób wprowadził on nową “antygrawitacyjną" siłę, która, w odróżnieniu od wszystkich innych sił, nie jest związana z żadnym konkretnym źródłem, lecz wynika niejako ze struktury samej czasoprzestrzeni.Twierdził, że czasoprzestrzeń obdarzona jest tendencją do rozszerzania się, która może dokładnie zrównoważyć przyciąganie materii znajdującej się we wszechświecie, J w rezultacie wszechświat pozostaje statyczny.Jak się zdaje, tylko jeden uczony gotów był zaakceptować teorie względności ze wszystkimi jej konsekwencjami.W czasie gdy Einstein i inni fizycy szukali sposobu uniknięcia wynikającego z teorii wniosku, że wszechświat statyczny nie jest, rosyjski fizyk i matematyk, Aleksander Friedmann, spróbował wyjaśnić ów rezultat.Friedmann poczynił dwa bardzo proste założenia dotyczące struktury wszechświata: że wszechświat wygląda tak samo niezależnie od kierunku, w którym patrzymy, i że byłoby to prawdą również wówczas, gdybyśmy obserwowali go z innego miejsca.Na podstawie tylko tych dwóch założeń Friedmann wykazał, iż nie powinniśmy spodziewać się statycznego wszechświata.Już w 1922 roku, parę lat przed odkryciem Hubble'a, Friedmann przewidział dokładnie, co Hubble powinien zaobserwować!Założenie, że wszechświat wygląda tak samo w każdym kierunku, jest bezspornie fałszywe.Na przykład, gwiazdy w naszej Galaktyce tworzą na niebie wyraźne pasmo światła zwane Drogą Mleczną.Jeśli jednak będziemy brać pod uwagę tylko odległe galaktyki, to stwierdzimy, że ich liczba jest taka sama w każdym kierunku.Zatem wszechświat rzeczywiście wygląda jednakowo w każdym kierunku, pod warunkiem, że nie zwracamy uwagi na szczegóły o wymiarach charakterystycznych mniejszych od średniej odległości między galaktykami.Przez długi czas uważano, że jest to dostateczne uzasadnienie dla założeń Friedmanna, pozwalające je przyjmować jako z grubsza poprawny opis rzeczywistego wszechświata.Jednak stosunkowo niedawno, dzięki szczęśliwemu trafowi, odkryto, iż założenia Friedmanna opisują wszechświat wyjątkowo dokładnie.W 1965 roku dwaj amerykańscy fizycy: Arno Penzias i Robert Wilson, pracujący w laboratorium firmy telefonicznej Bell w New Jersey, wypróbowywali bardzo czuły detektor mikrofalowy.(Mikrofale to fale podobne do światła, ale o częstości tylko 10 miliardów fal na sekundę).Penzias i Wilson mieli poważny kłopot, ponieważ ich detektor rejestrował więcej szumu, niż powinien.Szum ten nie pochodził z żadnego określonego kierunku.Penzias i Wilson starali się znaleźć wszystkie możliwe źródła szumu, na przykład odkryli ptasie odchody w antenie, ale po jakimś czasie stwierdzili, że wszystko jest w porządku.Wiedzieli również, że wszelkie szumy pochodzące z atmosfery powinny być słabsze, kiedy detektor był skierowany pionowo do góry, niż gdy nie był, ponieważ sygnały odbierane z kierunku tuż nad horyzontem przechodzą przez znacznie grubszą warstwę powietrza niż wtedy, gdy docierają do odbiornika pionowo.Dodatkowy szum był natomiast jednakowo silny, niezależnie od kierunku odbioru, musiał zatem pochodzić spoza atmosfery.Szum był taki sam niezależnie od pory dnia i pory roku, mimo że Ziemia obraca się wokół swej osi i krąży dookoła Słońca, musiał więc pochodzić spoza Układu Słonecznego, a nawet spoza naszej Galaktyki, gdyż inaczej zmieniałby się wraz ze zmianą kierunku osi Ziemi.Obecnie wiemy, iż promieniowanie powodujące szum przebyło niemal cały obserwowalny wszechświat, a skoro wydaje się jednakowe, niezależnie od kierunku, to i wszechświat musi być taki sam w każdym kierunku — jeśli tylko rozpatrujemy to w dostatecznie dużej skali.Późniejsze pomiary wykazały, że niezależnie od kierunku obserwacji natężenie szumu jest takie samo, z dokładnością do jednej dziesięciotysięcznej sygnału.Penzias i Wilson niechcący odkryli wyjątkowo dokładne potwierdzenie pierwszego założenia Friedmanna [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

bezglutenowo.pev.pl