Nearly forgotten results in development of physical cosmology
Dit artikel belicht over het hoofd geziene of ondergewaardeerde bijdragen aan de fysieke kosmologie, waarbij de nadere nadruk wordt gelegd op Alexander Friedmanns fundamentele niet-stationaire modellen, Georges Lemaîtres vroege voorspellingen van de oerknal en kosmische achtergrondstraling, en de voortijdige ontdekking van de kosmische microgolfachtergrond door T. Shmaonov, terwijl het ook de vertraagde erkenning van deze ideeën binnen de Sovjet-Unie opmerkt.
Oorspronkelijk artikel vrijgegeven aan het publieke domein onder CC0 1.0 (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Om het verhaal van ons universum te begrijpen, moeten we eerst een simpel, verbijsterend idee accepteren: het kosmos is geen statisch, onveranderlijk podium, maar een dynamische entiteit die elk moment groter wordt. Eeuwenlang namen mensen aan dat het universum eeuwig en bewegingloos was, een vast decor voor het drama van sterren en planeten. Dit beeld veranderde in het begin van de 20e eeuw toen een nieuwe zwaartekrachttheorie, bekend als de algemene relativiteitstheorie, suggereerde dat de ruimte zelf kon uitrekken en krimpen. In het begin probeerde zelfs de bedenker van deze theorie, Albert Einstein, de vergelijkingen te dwingen een universum te beschrijven dat stilstond, door een speciale term toe te voegen om de aantrekkingskracht van de zwaartekracht in evenwicht te houden. Dit statische beeld was echter onstabiel, zoals een potlood dat op zijn punt staat; de kleinste duw zou ervoor zorgen dat het omvalt. De ware aard van het kosmos bleek veel dramatischer te zijn: het is uitdijend, een concept dat ons begrip van tijd, ruimte en het absolute begin van alles heeft hervormd.
Een recente paper van natuurkundige A. F. Zakharov brengt verschillende vergeten hoofdstukken in dit grootse verhaal aan het licht, waarbij de focus ligt op wetenschappers die hun tijd vooruit waren, maar werden over het hoofd gezien vanwege politiek, pech of de grillen van de geschiedenis. Het narratief begint met Alexander Friedmann, een Russische wiskundige die in de vroewe jaren 1920 de eerste was die aantoonde dat Einsteins vergelijkingen in feite een uitdijend universum toelieten. Friedmann deed niet alleen de wiskunde; hij dwong het universum tot beweging, net zoals Copernicus de aarde dwong om rond de zon te draaien. Ondanks zijn genialiteit stierf Friedmann jong in 1925, en decennialang werd zijn werk in zijn eigen land grotendeels genegeerd. In de Sovjet-Unie werd het idee van een universum met een begin met argwaan bekeken, omdat het te veel leek op religieuze scheppingsverhalen. Als gevolg hiervan werden Sovjet-wetenschappers ontmoedigd om uitbreidende universummodellen te bestuderen, en werden de bijdragen van Friedmann behandeld als louter wiskundige oefeningen in plaats van beschrijvingen van de werkelijkheid.
Terwijl Friedmann in Rusland werkte, kwam een Belgische priester en natuurkundige genaamd Georges Lemaître in Europa tot soortgelijke conclusies. In 1927 publiceerde Lemaître een artikel waarin een uitdijend universum werd beschreven en een relatie werd afgeleid tussen de afstand van sterrenstelsels en de snelheid waarmee ze van ons weg bewegen. Deze relatie staat nu bekend als de wet van Hubble, vernoemd naar de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble, die de observatie enkele jaren later bevestigde. Lemaître's werk verscheen echter in een weinig bekend Belgisch tijdschrift en werd door de bredere wetenschappelijke gemeenschap grotendeels gemist. Toen Lemaître Einstein ontmoette, verwierp Einstein het idee van een uitdijend universum, waarbij hij zei dat zijn berekeningen weliswaar correct waren, maar zijn fysieke inzicht gebrekkig. Het duurde tot de invloed van andere wetenschappers, zoals de Britse astronoom Arthur Eddington, voordat de wereld eindelijk overtuigd werd dat Lemaître het raadsel van het gedrag van het universum had opgelost. Lemaître ging nog verder door voor te stellen dat het universum begon als één enkel, ongelooflijk dicht punt, wat hij het "oeratoom" noemde, en hij voorspelde zelfs dat een zwakke gloed van restwarmte van dit begin vandaag de dag nog steeds detecteerbaar zou moeten zijn.
Het verhaal van de ontdekking zocht verder naar die restwarmte, bekend als de kosmische achtergrondstraling. Aan het eind van de jaren 1940 berekenden de natuurkundige George Gamow en zijn studenten dat als het universum begon in een hete, dichte toestand, het gevuld zou moeten zijn met een zwakke straling op een temperatuur van slechts enkele graden boven het absolute nulpunt. Terwijl Gamow in de Verenigde Staten werkte, deed een Sovjet-natuurkundige genaamd Tigran Shmaonov een opmerkelijke ontdekking in Rusland. In 1956 detecteerde Shmaonov, met behulp van apparatuur bij het Pulkovo-observatorium, deze achtergrondstraling jaren voordat de beroemde Amerikaanse ontdekking door Arno Penzias en Robert Wilson plaatsvond, die later een Nobelprijs voor won. Echter, in de Sovjet-Unie was het idee van een heet universum politiek gevoelig. Shmaonovs supervisor, de briljante natuurkundige Semyon Khaikin, wist dat de resultaten overeenkwamen met de voorspellingen van Gamow, maar vreesde de politieke tegenreactie van het koppelen van de ontdekking aan een theorie die als "burgerlijk" en religieus werd beschouwd. Bijgevolg werd het werk van Shmaonov destijds niet breed gepubliceerd of verbonden aan de kosmologische theorie, en bleef de Sovjet-wetenschappelijke gemeenschap decennialang stil over deze zaak.
De paper belicht ook een recenter hoofdstuk betreffende de Sovjet-ruimtevaartmissie Relikt-1, gelanceerd in 1983. Dit ruimtevaartuig was ontworpen om de minuscule temperatuurvariaties in de kosmische achtergrondstraling in kaart te brengen, die cruciaal zijn voor het begrijpen van de vorming van sterrenstelsels. Het team, onder leiding van Igor Strukov, slaagde erin deze variaties te meten en vond bewijs voor een specifiek patroon genaamd kwadrupool-anisotropie. Zij dienden hun bevindingen in het begin van 1992 in. Slechts enkele maanden later kondigde het Amerikaanse COBE-satellietteam, onder leiding van George Smoot, een soortgelijke ontdekking aan en kreeg enorme media-aandacht en uiteindelijk een Nobelprijs. De paper betoogt dat het Sovjet-team feitelijk dezelfde fenomenologie als eerste had gevonden, maar dat hun resultaten werden gepubliceerd in minder zichtbare tijdschriften en werden overschaduwd door de Amerikaanse aankondiging. De auteur suggereert dat de Sovjet-wetenschappers niet onwetend waren over de theorie, maar werden gehinderd door een politiek klimaat dat open discussie over uitdijende universummodellen ontmoedigde en door een gebrek aan middelen om hun werk wereldwijd te promoten.
Ten slotte raakt de paper aan het werk van Erast Gliner, die in de jaren 1960 voorstelde dat het universum een periode van extreem snelle, exponentiële expansie zou kunnen ondergaan, een concept dat nu bekend staat als inflatie. Dit idee, dat verklaart waarom het universum in alle richtingen zo uniform lijkt, werd decennialang grotendeels genegeerd tot de late jaren 90, toen astronomen ontdekten dat de expansie van het universum daadwerkelijk versnelt. Gliners vroege inzichten in dit gedrag waren bijna vergeten, om pas later herontdekt te worden als essentieel voor de moderne kosmologie. De auteur van de paper concludeert dat de geschiedenis vaak onrechtvaardig is geweest tegenover deze wetenschappers. Of het nu de voortijdige dood van Friedmann was, de obscure publicatie van Lemaître, de politieke beperkingen van Shmaonov of de over het hoofd geziene theorieën van Gliner; de voortgang van de wetenschap is vertraagd door menselijke factoren in plaats van een gebrek aan genialiteit. De paper dient als een herinnering dat het verhaal van het universum niet alleen gaat over vergelijkingen en data, maar ook over de mensen die vochten om hun ontdekkingen te delen met een wereld die soms klaar was om te luisteren, en soms, tragisch genoeg, niet.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.