Tip:
Highlight text to annotate it
X
To są oryginalne dane Hubble’a
z 1929
I to jest jeden z powodów, dzieki którym był tak świetnym naukowcem,
ponieważ wiedział jak narysować prostą linię przez ten zbiór,
który, sam w sobie,
nie jest do końca jasny
Nie jest oczywistym dostrzec właściwą odpowiedź
a on, ale to, co on odkrył, to że prędkość
jest wprost proporcjonalna do odległości
I wspaniałą rzeczą jest to, że jego pomyłka jest rzędu jednej dziesiątej faktycznego stanu
co, ehm...
było żenujące już w tamtym czasie
Po raz kolejny, zarzucę małym komentarzem
bo gdyby wszechświat rozszerzał się tak szybko można by obliczyć jego wiek, a jego wiek byłby wtedy równy
1,5 miliardowi lat
To było w 1929
Teraz, jak każdy wie, jeśli czytaliście którąkolwiek z książek Richarda to wiecie, że w 1929
wiedzieliśmy już, że Ziemia
była starsza niż 1,5 miliarda lat
I to było takie żenujące
Że wszechświat był młodszy od Ziemi
Jedno z wielu upokorzeń w kosmologii, które miały miejsce na przestrzeni lat...
i, znowuż właśnie, wykorzystane przez niektórych, do głoszenia, iż nauka sama nie wie co robi
Problemem oczywiście było, nie to, że był złym astronomem, złym naukowcem, problemem była
próba pomiaru odległości, ponieważ nie miał świec standardowych
I to, jak mówię, było
Świętym Graalem, że tak powiem, kosmologii na przestrzeni zeszłego stulecia
A teraz mamy świece standardowe – tu jest jedna – Chciałbym mieć lepszą rozdzielczość
na tym...
projektorze, to przepiękne zdjęcie zrobione przez Teleskop Hubble’a,
zdjęcie odległej galaktyki
daleko, daleko stąd
i dawno, dawno temu
I, ehm...
I mamy tu całą galaktykę jest oddalona o jakieś miliard lat świetlnych
Widzimy ją taką, jak wyglądała miliard lat temu
tak więc wiele z tych gwiazd już nie istnieje
A tutaj jest obiekt, który jest tak jasny jak całe centrum tej galaktyki, można by pomyśleć, że to gwiazda,
która jest blisko, gdzieś w okolicy nas, która po prostu dała się złapać w klatkę tego zdjęcia – ale nie!
To jest gwiazda na skraju tamtej galaktyki, która eksplodowała
A eksplodujące gwiazdy świecą z jasnością dziesięciu miliardów gwiazd, są najjaśniejszymi fajerwerkami
we wszechświecie – supernowymi.
Są wyjątkowe, i znowu, wciąż miewam dygresje, może w końcu przejdę do sedna...
ale...
To jest coś, na co poświęciłem całą książkę
I ktoś zapytał mnie wczoraj dlaczego napisałem tę książkę
Ponieważ to jest jedna z najbardziej poetyckich rzeczy jakie można powiedzieć o wszechświecie
Richard napisał wspaniałą książkę pod tytułem... nie pamiętam, „Nasi przodkowie...” jak się nazywała...
„The Ancestor’s Tale [Opowieść naszych przodków]” tak, chciałem się upewnić, czy dobrze znam tytuł
A ja napisałem książkę, która była inną opowieścią przodków, pod tytułem „Atom”
Ale co jest tak wspaniałe, to że każdy atom w Twoim ciele
pochodzi od gwiazdy, która kiedyś ekslodowała
I atomy w Twojej lewej dłoni prawdopodobnie są z innej gwiazdy niż atomy w Twojej prawej dłoni
To naprawdę jest najbardziej poetycka rzecz, jaką znam, w fizyce
wszyscy jesteście pyłem gwiezdnym!
Nie mielibyście prawa istnieć, gdyby gwiazdy nie eksplodowały, ponieważ większość pierwiastków, węgiel, azot, tlen i żelazo
i wszystkie inne istotne
dla ewolucji
nie były stworzone u zarania dziejów – To nuklearne kotły gwiazd je wytworzyły!
I jednym sposobem, by mogły one budować Wasze ciała
jest by gwiazdy były na tyle uprzejme aby eksplodować!
Daj sobie spokój z Jezusem! Gwiazdy oddały swoje żyie, zebyś Ty mógł tutaj być...
... dzisiaj! Zrozumiano?!
W każdym razie...
chodzi o to, że prawdziwym powodem, dla którego pokazałem to zdjęcie, jest że te obiekty,
te eksplodujące gwiazdy
są świetnymi świecami standardowymi Możemy je faktycznie obserwować
Wspaniale! Pomimo faktu, iż tylko jedna wybucha raz na sto lat w każdej galaktyce,
jest wystarczająco dużo galaktyk
że, nawet jeśli podniesiesz rękę w kierunku nocnego nieba,
zdala od świateł Los Angeles
i popatrzyłbyś na jakiś ciemny skrawek nieba przez dziurkę nie większą od dwudziestogroszówki
z wystarczająco dobrym teleskopem zobaczyłbyś sto tysięcy galaktyk
A to oznacza, że chociaż gwiazdy eksplodują z częstotliwością jednej na sto lat w każdej z galaktyk
w tym maleńkim obszarze ze stoma tysiącami galaktyk
w daną noc, zobaczysz dziesięć wybuchających gwiazd
Wszechświat jest ogromny i stary, i rzadkie rzeczy dzieją się cały czas włącznie z życiem!
Także, to niesłychana rzecz, A skoro możemy obserwować eksplodujące gwiazdy,
możemy zmierzyć ich jasność
możemy zbadać ich kolory, i to pozwoliło nam na stworzenie świetnej świecy standardowej
I po
75-ciu latach jesteśmy w stanie określić tempo rozszerzania się wszechświata To jest już nowy...
diagram Hubble’a
o wiele lepszy niż oryginał
Został wykonany po odkryciu, że w długim logarytmie wszystko jest linią prostą... i....
... ehm, ale mimo wszystko, teraz znamy tempo rozszerzania się wszechświata z dokładnością do 90-ciu
a nie 10-ciu procent
I tak oto poznaliśmy wiek wszechświata
oraz innych rzeczy, z niezwykłą dokładnością
do niemal czterech miejsc po przecinku
13,72 miliarda lat
to jest wiek wszechświata
To niesamowite, że możemy to powiedzieć
bez żadnych wątpliwości
oraz mieć ku temu naukowe dowody
Dobra, super,
wróćmy więc do Einsteina
Einstein miał tą stałą kosmologiczną, mówił: „To moja największa wpadka, chcę ją wyrzucić...
chcę się jej pozbyć!”, ale sęk w tym, że nie tak łatwo się jej pozbyć
Ale korzystając z cudów współczesnej matematyki można przepisać to równanie
I, ehm...
Uwaga, choć to mały krok dla matematyka, to jednak ogromny skok
dla fizyka!
nie dlatego, że trudno to tak
przełożyć z miejsca na miejsce, każdy z nas byłby w stanie,
ale dlatego, że teraz ukazuje coś całkowicie odmiennego niż kiedy było na poprzedniej stronie równania
Tutaj, była to jakoś wartość geometryczna
Ale kiedy tutaj, to wygląda jak jeden ze współczynników energii i pędu wszechświata
Co mogłoby uczynić z niej taki współczynnik?
Znamy na to odpowiedź -
Nic!
I przez nic, rozumiem nie nic, tylko Nic
Jeśli weźmie się pustą przestrzeń, a to oznacza pozbycie się wszystkich cząstek
całego promieniowania
kompletnie wszystkiego
tak, że nic nie zostaje,
jeśli to nic
coś waży
wtedy może być współczynnikiem energii.
To brzmi niedorzecznie. Jak nic może coś ważyć?!
Nic to nic!
Odpowiedź brzmi, że Nic to już nie jest po prostu nic
w fizyce, dzięki prawom mechaniki kwantowej oraz szczególnej teorii względności
w niezwykle małych skalach
Nic to, tak naprawdę, wrzący i bulgocący wywar cząstek wirtualnych, które spontanicznie się
materializują,
w skali czasu tak krótkiej, że ich nie widać
To brzmi bardziej jak filozofia jak próba zliczenia ilości aniołów na główce od szpilki,
jak religia albo coś podobnie
bezużytecznego! Ach, nie powinienem mówić...
Dan Dennett tu jest, nie powinienem mówić, że filozofia jest bezużyteczna. W każdym razie...
To też dobry znajomy
ale, eee...
Sens w tym, że nie potrafimy mierzyć cząstek wirtualnych bezpośrednio
ale możemy za to mierzyć ich skutki pośrednio,
i właściwie to, są one odpowiedzialne za najlepsze predykcje w fizyce
Tutaj mamy, przy okazji, to właściwie jest...
animacja, która była pokazana podczas ceremonii wręczania Nagród Noble’a jakieś 5 lat temu, przez mojego przyjaciela
który, tak się złożyło, wygrał nagrodę Noble’a
za opracowanie teorii, której ten obraz jest efektem
To jest przestrzeń wewnątrz protonu
Pusta przestrzeń wewnątrz protonu
nie tam, gdzie są kwarki, ale w pustej przestrzeni pomiędzy kwarkami.
Ale nie myślcie, że to tylko prosta animacja to jest dokładna symulacja
na podstawie obliczeń fizycznych
Tak wygląda ta przestrzeń
Teraz, skąd to wiemy? Coż, z wielu powodów Ale jednym z nich jest, że jak się okazuje, większość masy
protonu
nie pochodzi od kwarków w jego wnętrzu ale z pustej przestrzeni pomiędzy tymi kwarkami
Te pola
spontanicznie się materializujące
stanowią 90% masy
protonu
A skoro protony i neutrony
są głównym elementem Waszych ciał,
pusta przestrzeń jest odpowiedzialna za 90% Waszej masy
Także te puste przestrzenie są kluczowe
dla nauki, podobnie te obliczenia, są kluczowe do zrozumienia
nie tylko protonów, ale również elektronów i atomów i tworzą najlepsze
porównania, pozwólcie że powtórzę, NAJLEPSZE zestawienia teorii i doświadczenia
w całej nauce
aż po dziesiąte miejsce po przecinku, w elektrodynamice kwantowej
Wykorzystując te obliczenia,
możemy dojść do właściwego rozwiązania
To niesamowite!
W takim wypadku, Obliczmy wartość energii niczego
gdzie nic już innego nie ma
Ale kiedy to robimy
dochodzimy do wyniku,
który jest tragiczny – to najgorsza predykacja w całej fizyce
Wyliczyliśmy, i nie wiem czy widziecie, wydaje mi się, że tam z przodu jest jedynka
Wyliczyliśmy, że energia pustej przestrzeni
jest niewyobrażalnie razy większa od energii wszystkiego, co widzimy
To dlatego, jak mówię, jest to najgorsza predykacja w fizyce, to też powód, dla którego nie wspominaliśmy o niej
przez długi czas
Obliczyliśmy, że energia pustej przestrzeni powinna mieć wartość dziesięć do sto dwudziestej potęgi
razy większą
niż galaktyki, gwiazdy, ludzie i kosmici
I jeśli to byłaby prawda, po prostu by nas tu nie było
Tak więc wiedzieliśmy, że coś było nie tak z tym wynikiem który jest znany odkąd ja byłem jeszcze na studiach
I wiedzieliśmy, co jest prawidłową odpowiedzią
Teoretycy zawsze znają odpowiedź, tylko czasami jednak mają rację
ehm...
Wiedzieliśmy, że odpowiedź to zero,
ponieważ to jedyna rozsądna odpowiedź
Bo wiecie, nie można po prostu zredukować tak ogromnej liczby
Założmy, że energia pustej przestrzeni byłaby porównywalna do energii wszystkiego, co widzimy. Coż, musielibyśmy
zredukować tą dużą liczbę do 120-ego miejsca po przecinku
i zostawić ostateczną odpowiedź w 121-szym miejscu po przecinku
Nikt nie wie jak tego w nauce dokonać
Ale zero można w nauce cudownie otrzymać. Używamy do tego symetrii matematycznych
rzeczy się redukują, wyrównują
a wartości przeciwne redukują się w nauce cały czas, za pośrednictwem symetrii w naturze
Więc znaliśmy odpowiedź
Nie znaliśmy konkretnego przekształcenia, ale wiedzieliśmy, że rozwiązaniem będzie zero
Także mogliśmy spać spokojnie, i było dobrze
Ale, wiecie, plusem kosmologii
jest fakt, iż jest to nauka
A nauka jest empiryczna
Samo znanie odpowiedzi nic nie znaczy
Przetestowanie swojej wiedzy znaczy wszystko
Także powstaje pytanie powinniśmy przetestować jaka jest energia pustej przestrzeni
A jak możemy to zrobić? Coż, ważymy wszechświat!
Jak tego dokonać? Trzeba stanąć na ramionach gigantów
To jest zdjęcie, które zrobiłem na szwedzkiej wyspie
która kiedyś była wyspą, nie, na duńskiej wyspie która kiedyś była szwedzką
To wyspa Hven, Chyba dobrze to powiedziałem
A ten pan, jeśli dobrze się przyjrzeć nie ma czubka swojego nosa
Ma na imię Tycho Brahe
I, jak wielu z Was wie,
położył podwaliny pod newtońskie prawa grawitacji
robiąc nic ponad leżenie na plecach przez dwadzieścia lat... zacna tradycja...
patrząc, w jego przypadku, patrząc na niebo
bez teleskopu
dokonując pomiarów pozycji planet wokół Słońca Ale, że był kiepskim panem feudalnym
wyrzucono go z wyspy, przekazał swoje dane, pojechał do Pragi
przekazał swoje badania nieszczęsnemu asystentowi o imieniu Jan Kepler
Który to spędził kolejne dwadzieścia lat, bez macintosha, próbując przeanalizować te dane...
Co, jak teraz wiemy, spartaczył
Ostatecznie, oczywiście, ustanowił prawa Keplera, które doprowadziły do netwońskiej grawitacji, co ważne -
Możemy teraz użyć grawitacji do zważenia wszechświata wliczając
wagę pustej przestrzeni
Ale czemu się tym przejmujemy?
Powodem, dla którego zająłem się kosmologią...
Ogólna teoria względności mówi, że przestrzeń zakrzywia się Dlatego wszechświat może mieć jedną z trzech różnych
geometrii -
otwartą, zamkniętą bądź płaską
Nie potrafię, co prawda, rysować trójwymiarowych, zakrzywionych wszechświatów zbyt dobrze
także macie tutaj obrazki dwuwymiarowych, zakrzywionych wszechświatów
Mamy zamknięty wszechświat – powierzchnię kuli w dwu wymiarach
Ale gdybyśmy mieli zamknięty trójwymiarowy wszechświat to bardzo proste, hmm, byłby podobny...
Gdybyśmy, gdyby nasz wszechświat był zamknięty
Jeśli patrzylibyście wystarczająco daleko w jednym konkretnym kierunku
Dojrzelibyśmy tyły naszych głów
Światło okrążyłoby ten wszechświat
A otwarty wszechświat byłby nieskończony w rozmiarach przestrzennych podobnie jak płaski wszechświat – to brzmi całkiem fajnie
ale jest nieistotne
Naprawdę ważną rzeczą jest, że we wszechświecie pełnym materii, zamknięty wszechświat rozszerzy się
i zatrzyma, a potem zapadnie w wielkim, w Wielkim Krachu – odwrotności do Wielkiego Wybuchu
Otwarty wszechświat będzię się rozszerzał wiecznie, a płaski będzie się rozszerzał, zwolni, ale nigdy się do końca nie zatrzyma
I to dlatego chcieliśmy wiedzieć, w którym wszechświecie żyjemy, i jak mówię, dlatego chciałem
dowiedzieć się czegoś na ten temat, ponieważ kiedy wiem, w którym z wszechświatów żyjemy
Mogę stwierdzić jak wszechświat się skończy
Jasne? Tak więc...
zważenie wszechświata określa nam jakie jest jego zakrzywienie I dlatego chcemy go zważyć
Przez następne parę minut, pragnę Wam pokazać jedne z najznamienitszych osiągnięć
kosmologii
I potem powiedzieć Wam, jak diametralnie zmieniły one nasz obraz wszechświata
Tak, że rozumiemy,
iż wszechświat, w którym się znajdujemy
jest najgorszym z możliwych wszechświatów do życia
Dobra? To tak żebyście wiedzieli co nas czeka
To jest gromada galaktyk
Każda kropka na tym zdjęciu
to galaktyka
Jeszcze raz, wspaniała rzecz, kiedy się o tym myśli
Wyjątkowa!
Każda z tych galaktyk zawiera setki miliardów gwiazd
i możliwe, że również i cywilizacji
niektóre z nich będą podziwiać religijne szambo inne są już ponad takie prymitywizmy
A jeszcze inne od dawna już nie żyją
Ponieważ to jest jakieś trzy miliardy lat świetlnych od nas
To zdjęcie zostało zrobione trzy miliardy lat temu, tak naprawdę
Gromady galaktyk to największe grawitacyjnie związane obiekty w kosmosie. Więc jeśli możemy je zważyć,
możemy wtedy zważyć masę całego wszechświata A teraz można właśnie tego dokonać
Możemy je zważyć dzięki teorii względności
Bo na tym zdjęciu
zachodzi szczególne
zjawisko, które Einstein przewidział już w 1937 chociaż stwierdził, że nie bedzie ich można nigdy zaobserwować
Nie docenił obserwatorów
Kiedy przyjrzycie się temu zdjęciu zobaczycie te niebieskie rzeczy, te dziwne niebieskie rzeczy
To jest zjawisko,
które teraz rozumiemy jako soczewkowanie grawitacyjne.
Einstein powiedział nam, że masa zakrzywi przeszteń wokół siebie
I zrozumiał, że w związku z tym, jeśli weźmie się wystarczająco dużą masę
I jeśli ma się źródło światła za tą masą – światło zagnie się wokół tego obiektu
i powróci
i może zostać powiększone – tak jak moje okulary powiększają
Albo jak przecięty szklany puchar, jeśli popatrzy się przez niego, zobaczy się wiele, zobaczyłbym wiele obrazów tego pokoju
Masa może działać jak soczewka i powiększać rzeczy
i rozdzielać obrazy
I dokładnie to tutaj widzimy. Wszystkie te niebieskie rzeczy
to różne obrazy tej samej galaktyki, znajdującej się około trzy miliardy lat świetlnych za tą galaktyką
Grawitacja
powiększa ten obraz -
zakłóca go oraz zagina
Niesamowite...
Prawdziwie niesamowite! Ale ponieważ rozumiemy teorię względności możemy ten proces odwrócić
i rozpracować jak dużo masy musi być w tym systemie i gdzie się znajduje, żeby wytworzyć taki obraz
Możemy zważyć ten system
korzystając z ogólnej teorii względności
A kiedy to robimy...
Tutaj mamy inwersję Tony’iego Tysona, który teraz pracuje w Davis
To jest nasz system, te kolce to właśnie, cóż, wszystko to pokazuje gdzie jest masa
w tym systemie
Kolce pokazują gdzie są galaktyki
Ale co rzuca się w oczy, to że większość masy
w całym tym systemie gromad galaktyk
nie jest tam, gdzie są owe galaktyki
Jest pomiędzy tymi galaktykami
Tam, gdzie nic nie świeci
Około 50x więcej masy
w tym systemie, i we wszystkich systemach, które potrafimy zmierzyć
pochodzi od materii, która nie świeci
Więc fizycy ze swoją typową
lingwistyczną przenikliwością, nazwali ją:
ciemną materią
I rozumiemy teraz, że 90% masy
galaktyk i gromad,
włącznie z naszą własną Drogą Mleczną
jest zrobione z materii, która nie świeci
I nie jest to może aż tak ekscytujące, ponieważ istnieje wiele nieświecących rzeczy: Wy nie świecicie
Kiedy zgasiłbym wszystkie światła, no niektórzy może zwłaszcza Ci z Los Alamos, mogliby, ale reszta z Was nie
nie... ale... eee...