SME
Piatok, 18. október, 2019 | Meniny má Lukáš

Oprávnené vavríny za podporu veľkého tresku

O objektívnosti udeľovania Nobelových cien sa niekedy diskutuje, v tomto roku však vedecká verejnosť prijala ocenenie za priekopnícku prácu pri overovaní ohnivého zrodu vesmíru mimoriadne priaznivo

O objektívnosti udeľovania Nobelových cien sa niekedy diskutuje, v tomto roku však vedecká verejnosť prijala ocenenie za priekopnícku prácu pri overovaní ohnivého zrodu vesmíru mimoriadne priaznivo

Američania John Mather a George Smoot sú vedúce postavy tisícčlenného tímu satelitu NASA zvaného COBE. Detektory na jeho palube zabodovali naplno. Náuka o stavbe a evolúcii vesmíru, kozmológia, sa vďaka nim stala presnou vedou. Ide o druhú Nobelovu cenu za výskum jedného z kľúčových dôkazov horúceho počiatku kozmu.

Článok pokračuje pod video reklamou

Prieskumník kozmického pozadia

COBE meral mikrovlnné žiarenie kozmického pozadia (CMB - cosmic microwave background). Vyjadruje to samotný názov satelitu, skratka anglického výrazu COsmic Background Explorer, Prieskumník kozmického mikrovlnného pozadia. CMB je žiarenie tepelného pôvodu, prítomné na celej oblohe. Má teplotu necelé tri kelviny, tri stupne nad absolútnou nulou. Teda čosi pod mínus 270 stupňov Celzia. Vesmír sa v ňom doslova kúpe.

Iný častý názov, kozmické reliktné, čiže zvyškové žiarenie, odráža dnes prakticky všeobecne prijímané vysvetlenie. Podľa neho je CMB dlhotrvajúcim rozpínaním značne ochladená žiara ohnivej gule, v ktorej sa kedysi zrodil náš vesmír. Táto kľúčová udalosť sa datuje do doby pred 13,7-miliardy rokov (vek vesmíru vedci vždy určujú z najpresnejších údajov, aké majú k dispozícii).

Podľa svojich proponentov veľký tresk najlepšie vysvetľoval rozlietanie galaxií, pozorované od 20. rokov, ako aj viaceré iné nové fakty. Pri spätnom pohľade v súhrne poukazovali na vesmírny počiatok.

Prvá nobelovka: Penzias a Wilson

CMB (mikrovlnné žiarenie kozmického pozadia) objavili v roku 1964 pracovníci Bellových laboratórií v USA Arno Penzias a Robert Wilson. Viac-menej náhodou, ako spočiatku záhadný šum v prijímači ich špeciálnej pokusnej antény. O rok neskôr ho iní vedci na čele s Robertom Dickeom z Princetonskej univerzity (USA) vysvetlili. CMB predpovedali viacerí bádatelia, ktorí v závere 40. rokov minulého storočia kládli základy teórie veľkého tresku. Tí istí a ďalší vedci to zopakovali v 50. rokoch. Ba CMB bolo prinajmenšom dva razy zachytené už vtedy. Spomínaní vedci si to však neuvedomili, alebo nevedeli dokázať. A kozmológiu všeobecne stále ešte obklopovala atmosféra "ezoterickosti". Preto všetko načas zapadlo v odbornej literatúre. Penzias a Wilson dostali za objav CMB Nobelovu cenu až v roku 1978.

Silné postavenie však vtedy mala konkurenčná teória stacionárneho vesmíru. Podľa nej nová hmota vznikala nepretržite vo voľnom priestore medzi galaxiami bez globálneho počiatku. Objav CMB a jeho vysvetlenie ako zvyškového žiarenia významne podporilo veľký tresk. Teória stacionárneho stavu ustúpila do pozadia. Nikdy však úplne nezanikla. Sčasti vystupuje aj v najmodernejších kozmologických predstavách. Tie hovoria o akomsi supervesmíre alebo multiverze (rozšírenie pojmu univerzum) s množstvom lokálnych veľkých treskov.

Napriek tomu vec mala háčik. Áno, pôvodné pozorovania CMB potvrdili ďalšie merania zo zemského povrchu či tesne nad ním - z vrcholov hôr a palúb lietadiel i balónov. Atmosféra Zeme však znemožňuje alebo sťažuje skúmanie veľkej časti vlnových dĺžok, na ktorých sa CMB prejavuje. To bránilo doplniť podrobnosti a skúmať CMB na dostatočne veľkých plochách oblohy. A stále nebola definitívne overená ani tepelná podstata CMB. Základ jeho štatútu ako dôkazu horúceho veľkého tresku nestál na úplne pevných nohách. Súrne bolo treba preskúmať vlastnosti CMB z orbity.

Druhá nobelovka: Mather a Smoot

Koncepcia COBE vznikala od roku 1974. NASA vtedy vypísala súťaž zameranú na projekty nových vedeckých satelitov. Hlavným hýbateľom projektu COBE bol od začiatku John Mather z Goddardovho strediska pre kozmické lety NASA. Projekt však meškal a predražoval sa. Preto pri ňom z úsporných dôvodov využili rezervné komponenty takisto veľmi úspešného satelitu IRAS, ktorý od roku 1983 skúmal vesmír v oblasti infračerveného žiarenia. Ako druhá dominantná postava sa vyprofiloval George Smoot z Kalifornskej univerzity v Berkeley, dovtedy najmä pozorovateľ CMB z balónov.

Mather a Smoot viedli čiastkové tímy okolo dvoch kľúčových aparatúr. Prvá, "Matherova", mala s mimoriadnou presnosťou definitívne overiť tepelnú podstatu CMB. Bolo to naliehavé, lebo niektoré balónové merania, i nedlho pred štartom COBE, takú podstatu CMB spochybňovali. Druhá, "Smootova", mala pátrať, konkrétne na vlnových dĺžkach 3, 6 a 10 milimetrov, po drobných rozdieloch teploty CMB medzi susednými plochami oblohy. A zostaviť mapu, de facto stôp prvotných zahustení hmoty, z ktorých sa postupným gravitačným nabaľovaním (efekt "snehovej gule") zrodili kopy čiže zoskupenia galaxií, základných kameňov stavby vesmíru. Najskôr sa očakávalo, že by malo ísť o tisíciny priemernej teploty CMB. No z novších kozmologických teórií vyplynuli stotisíciny. To bola obrovská výzva. Projekt navyše ohrozila katastrofa raketoplánu Challenger v roku 1986. COBE totiž mal vyniesť na orbitu práve raketoplán, ktorých lety po tragédii zastavili. Napokon to 18. novembra 1989 urobila raketa Delta.

Potlesk na otvorenej scéne

Projekt COBE priniesol jednoznačný úspech. Na istej vedeckej konferencii v januári 1990 Mather oznámil, že tepelná podstata CMB sa potvrdila už po deviatich minútach merania. Ba závislosť intenzity CMB na vlnovej dĺžke podľa COBE opisovala jedna z najpresvedčivejších čiernotelesových kriviek, dôkazov tepelného pôvodu, aké kedy vedci získali, aj v laboratóriu. (Teoretický pojem čierneho telesa čiže Planckovho žiariča vo fyzike vystupuje ako dokonalý pohlcovač dopadajúceho žiarenia a dokonalý vyžarovač - zo všetkých možných telies s určitou teplotou vydáva najviac žiarenia. Skutočné tepelne žiariace telesá, prírodné či umelé, sa mu v rôznej miere približujú.) Účastníci konferencie Mathera odmenili potleskom postojačky.

Merania COBE upresnili priemernú teplotu CMB na 2,725 kelvina. Splnenie úlohy Smootovho čiastkového tímu trvalo dlhšie. Napokon sa však spoľahlivo preukázali aj očakávané teplotné rozdiely v CMB na úrovni stotisícin. Podrobnosti vynikajúco ladili s od 80-tych rokov čoraz populárnejšími kozmologickými teóriami, ktoré v prvých nepatrných zlomkoch sekundy jestvovania vesmíru predpokladajú fázu prudkého rozpínania, infláciu. Ňou sa mali prvotné kvantové fluktuácie hmoty a energie zväčšiť na zárodky vesmírnej štruktúry.

Od roku 1992, po zverejnení konečných výsledkov, sa už Smoot na konferenciách tešil podobným odozvám ako v januári 1990 Mather. Známy britský fyzik a kozmológ Stephen Hawking označil 29. apríla 1992 výsledky COBE za "najväčší objav storočia, ak nie všetkých čias". To je iste nadsadené, dobre však odráža nadšenie, aké vtedy medzi výskumníkmi vesmíru zavládlo.

Čakanie na ďalšie údaje

V roku 2006 už súlad medzi pozorovaniami CMB a predpoveďami najuznávanejších kozmologických teórií s infláciou nie je taký dokonalý. Spôsobil to nasledovník COBE, citlivejší satelit WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, pomenovaný po zosnulom priekopníkovi pozorovaní CMB Davidovi Wilkinsonovi z Princetonskej univerzity), vypustený NASA roku 2001. WMAP totiž získal aj merania, ktoré teóriám s infláciou v dôležitých zreteľoch odporujú. Tak či onak, nie je jasné, či tieto údaje neskreslil trebárs prach na hraniciach slnečnej sústavy. Preto sa s konečným verdiktom čaká na ďalšie údaje WMAP. A najmä na štart ešte citlivejšieho európskeho satelitu Planck v budúcom roku. Nesie meno veľkého nemeckého fyzika Maxa Plancka, ktorý dostal roku 1918 Nobelovu cenu za výskumy žiarenia a koncepciu čierneho telesa.

Teórie s infláciou sú kritizované aj pre iné veci. No v úhrne stále najlepšie vysvetľujú vesmír. Na ďalšom fronte, úsilí odhaliť podstatu azda 95 percent vesmírnej hmoty, ktoré nesvietia (tmavá hmota - vieme o nej len preto, že gravitačne pôsobí na blízku svietiacu hmotu), pomôže spustenie európskeho urýchľovača LHC (Large Hadron Collider) v stredisku CERN pri švajčiarskej Ženeve v roku 2007. Tmavá hmota a podrobnosti toho, čo ju tvorí, predstavujú zvlášť dôležité kritériá, umožňujúce vybrať z pestrej palety kozmologických teórií "tú pravú".

Nič z práve spomenutého však neznižuje zásluhy projektu COBE a jeho hlavných postáv. Bez ohľadu na osud konkrétnych teórií s infláciou, COBE potvrdil počiatok nášho vesmíru vo veľkom tresku. Kozmológiu uviedol do skupiny skutočných vied, kde možno experimentálne testovať predpovede. Nobelov výbor si málokedy zaslúži kritiku. Napriek objektívnej ťažkosti rozhodovania takmer vždy koná vcelku fér. Hoci sa niekedy polemizuje, či odmenil všetkých kľúčových aktérov. Ohlasy na jeho výber laureátov tohtoročnej fyzikálnej ceny sú osobitne priaznivé.

Najčítanejšie na SME Tech

Téma: Nobelove ceny


Článok je zaradený aj do ďalších tém Nobelova cena za mier

Hlavné správy zo Sme.sk

Gorila vyhnala do ulíc zástupy ľudí, pochodovali Za spravodlivé Slovensko

Organizátori vyzvali na odchod Trnku, Jankovskú, Fica aj Kováčika.

Pochod iniciatívy Za slušné Slovensko podporili tisíce ľudí

Threema potvrdzuje Kočnerov vplyv na novinárku

Pri Kočnerovi sa opäť ukázala Ruttkayová.

Marian Kočner a aplikácia Threema.
Autorská strana Michala Havrana

Kočner pochopil, čo je štát (píše Michal Havran)

A potom sa pokúsil ním stať.

Marian Kočner na súde.

Čo dnes robí Bubeníková z Gorily? Stala sa developerkou

Šéfka FNM rozbehla kariéru v realitnom biznise.

Anna Bubeníková, bývalá šéfka Fondu národného majetku.

Inzercia - Tlačové správy

  1. Prečo Lukáš chodí po tridsiatke ešte stále na strednú školu
  2. Bývať v novom sa dá aj bez hypotéky (a založenia nehnuteľnosti)
  3. Karibik: Dokonalý oddych v špičkových hoteloch
  4. IBA DNES: Získajte plný prístup na SME.sk na 30 dní zadarmo
  5. Ojazdené pneumatiky odovzdajte, šetríte tak životné prostredie
  6. Lidl je odteraz všade! Vitajte v Lidl e-shope
  7. Nestarnú, ale dozrievajú
  8. Výskumný park v Rakúsku zistil, ako sa býva najzdravšie
  9. Limitovaná ponuka: balík SME.sk + DIGI GO so zľavou až 52 %
  10. Rýchlejšie doma. Už čoskoro.
  1. Firma BONATO oddlžila svojich klientov v sume 100 000 000 Eur
  2. Ako manažovať 16 miliónov dielov denne?
  3. Karibik: Dokonalý oddych v špičkových hoteloch
  4. Bývať v novom sa dá aj bez hypotéky (a založenia nehnuteľnosti)
  5. IBA DNES: Získajte plný prístup na SME.sk na 30 dní zadarmo
  6. Slávnostné otvorenie VIVO! Bratislava už o tri týždne
  7. Prečo Lukáš chodí po tridsiatke ešte stále na strednú školu
  8. Udržateľné úspešné podnikanie na Slovensku a v Bulharsku
  9. Slováci sú chlebovým národom
  10. Ojazdené pneumatiky odovzdajte, šetríte tak životné prostredie
  1. Lidl je odteraz všade! Vitajte v Lidl e-shope 12 997
  2. Výskumný park v Rakúsku zistil, ako sa býva najzdravšie 12 594
  3. IBA DNES: Získajte plný prístup na SME.sk na 30 dní zadarmo 12 275
  4. Zanzibar: Čo treba vidieť v africkom raji 10 115
  5. 5 rád Ľudmily Kolesárovej, ako napísať projekt a získať grant 9 452
  6. Čo na aute vymyslela žena a čo výrobca telefónov? 8 209
  7. Čo všetko dnes majú deti v mobiloch? Boli by ste prekvapení 8 100
  8. Vysokoškoláci zarobia už o 587 eur viac ako stredoškoláci 7 363
  9. Vyrába koláče pre celiatikov. Najobľúbenejšie zákusky prekvapia 6 916
  10. Týmto trikom sa dajú v aute umiestniť tri autosedačky 6 834