Nobelova nagrada 2011 – fizika

14 milijardi godina širenja svemira

Dobitnici Nobelove nagrade za 2011 godinu za fiziku su trojica astrofizičara iz Amerike: Saul Perlmutter (Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California, Berkeley, CA, USA), Brian P. Schmidt (Australian National University, Weston Creek, Australia) i Adam G. Riess (Johns Hopkins University and Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD, USA).

Trojica naučnika dobila su Nobelovu nagradu za fiziku za otkriće ubrzanog širenja svemira na osnovu posmatranja supernova. Jednu polovinu nagrade dobio je  Saul Perlmutter a drugu polovinu dele Brian P. Schmidt i Adam G. Riess.

Od nastanka ljudske civilizacije čovek je težio da upozna svet u kome živi, da sazna kako je “svet” nastao i koja je budućnost svega što ga okružuje. Tokom vekova menjale su se slike sveta. Krenulo je od Zemlje – ploče koju nose slonovi i kornjače, Zemlje koja je u centru svemira i oko koje kruže Mesec, planete, Sunce i druge zvezde. Evolucija opisa svemira u kome živimo bila je spora ali tokom XX veka razumevanje svemira u kome živimo polako je prevazilazilo oblast filozofije i postajalo je deo fizike i astrofizike. Više to nije bila samo priča već nešto što može da se posmatra i meri.

Do početka XX veka i Ajnštajnove opšte teorije relativnosti (1916. godina) verovalo se da je svemir stalan i nepromenljiv. Jednačine za gravitaciju opšte teorije relativnosti davale su drugačije rešenje – svemir koji ne miruje već se stalno menja. Tvorac ovih jednačina, Albert Ajnštajn, da bi dobijeni model svemira usaglasio sa svojim verovanjem odlučio je da u jednačine uvede tzv. kosmološku konstantu. Ova konstanta imala je zadatak da omogući da jednačine kao rešenje daju statičan i nepromenljiv svemir. Ubrzo je Ajnštajn priznao da je kosmološka konstantna njegova najveća greška.

Aleksandar Fridman (1922. godina) je rešavajući Ajnštajnove jednačine došao do jednačina koje opisuju evoluciju svemira. Rešenja ovih Fridmanovih jednačina dala su tri modela svemira koji se širi na različite načine. Potvrda širenja svemira stigla je nekoliko godina kasnije. Edvin Habl je posmatrajući promenljive zvezde – Cefeide u galaksijama sa Palomar teleskopa nerio njihove brzine na osnovu doplerovog pomaka. Na osnovu izmerenih rezultata postavio je tzv. Hablov zakon (1929. godina). Prema ovom zakonu sve galaksije se od nas udaljavaju brzinom koja je proporcionalna njihovom rastojanju. Bio je ovo posmatrački dokaz Fridmanovih modela i širenja svemira!

Mehanizam nastanka supernova tipa Ia

Posle ovog otkrića nastupilo je malo zatišije u kosmologiji koje je, u poslednjoj deceniji XX veka, prekinuto iznenadnim i revolucionarnim otkrićem trojice ovogodišnjih dobitnika Nobelove nagrade. Dva tima astrofizičara, jedan koji je vodio Saul Perlmutter od 1988. godine i drugi koji je predvodio Brian Schmidt (od 1994. godine) a Adam Riess igrao glavnu ulogu krenula nezavisno jedan od drugog da preciznije provere i izmere Hablov zakon.

Protekle decenije donele su veliki napredak u razumevanju procesa u evoluciji zvezda a napredak u tehnici (CCD kamere, Nobelova nagrada za fiziku, 2009. godina) omogućio je bolja i preciznija posmatranja još daljih objekata. Rastojanja više nisu merena kao u Hablovo vreme već su korišćenje nove “standardne sveće” – supenove tipa Ia. Ovaj tip supernova nastaje na specifičan način i karakteriše ga veliki i priblično isti apsolutni sjaj eksplozije. Ovakav sjaj eksplozije supernova omogućava merenje velikih rastojanja u svemiru.

Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess i njihovi timovi, nezavisno jedan od drugog, su posmatrajući sjaj supernova tipa Ia, merenjem njihovog rastojanja i Doplerovog pomaka zaključili da se svemir širi ubrzano! Ovo otkriće stiglo je potpuno neočekivano čak i za same istraživače. Rezultat koji su timovi očekibali, na osnovu modela Velikog praska i Fridmanovih modela bio je svemir koji se širi usporeno, ali rezultati posmatranja i merenja brzina 50 udaljenih supernova dali su suprotne rezultate.  Ovo otkriće iznenadilo je sve i dovelo je do potpuno drugačijeg pogleda na svemir u kome živimo. Skoro vek stara teorija Velikog praska i svemira koji usporava koji se širi morala je da bude dopunjena.

Proglašenje dobitnika Nobelove nagrade za fiziku za 2011. godinu

Rezultati su objavljeni u časopisu Science decembra 1998. godine. Na naslovnoj strani nalazila se slika Ajnštajna koji duva veliki balon – svemir. Ubrzano širenje svemira ponovo je u fiziku vratilo Ajnštajnovu kosmološku konstantu, najveću grešku kako je on nazvao. Ideja o kosmološkoj konstanti je vraćena ali njena funkcija bila je suprotna. Ajnštajn je konstantu uveo da bi zaustavio širenje svemira a sada je kosmološka konstanta bila tu da ubrza njegovo širenje. Jedino objašnjenje za ovakve rezultate timova ovogodišnjih laureata Nobelove nagrade je postojanje neke nove, nevidljive i odbojne energije. Ta nevidljiva energija koja pokreće ubrzano širenje svemira nazvana je tamna energija. Ni danas, 13 godina kasnije još uvek niko ne zna šta je tamna energija jedino što znamo je da ona postoji i da je oko 73% ukupne mase svemira izgrađeno od tamne energije.

Rezultati Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess otkrila su tamnu stranu našeg univerzuma. Posle njihovog otkrića videli smo da poznajemo samo 4-5% mase univerzuma – samo to su atomi i čestice koje mi poznajemo. Sve ostalo igrađeno je od tamne materije (23%) i tamne energije (73%). Nekada jasan i razumljiv svemir ponovo je postao mračan i nepoznat.

Image credits: NobelPrize.org, NASA/ESA, Reuters/VOA.