George F. Smoot: Nobelova cena za COBE a dôkazy Veľkého tresku
George F. Smoot: príbeh nobelistu za projekt COBE — presné merania kozmického žiarenia a kľúčové dôkazy Veľkého tresku. Objavte jeho prínos v modernej kozmológii.
George Fitzgerald Smoot III (narodený 20. februára 1945) je americký profesor astrofyziky a kozmológie. V roku 2006 získal Nobelovu cenu za fyziku spolu s Johnom C. Matherom za prácu na družici COBE (Cosmic Background Explorer), ktorá výrazne zlepšila merania kozmického mikrovlnného pozadia (CMB) a prispela k overeniu základných predpokladov modelu Veľkého tresku.
Práca na projekte COBE a jej výsledky
Projekt COBE, vypustený NASA v roku 1989, niesol na palube niekoľko citlivých prístrojov, z ktorých najdôležitejšie boli:
- FIRAS – meral spektrum kozmického mikrovlnného pozadia a ukázal, že jeho spektrum zodpovedá prakticky dokonalému čiernemu telu, čo je silný dôkaz pre teóriu Veľkého tresku,
- DMR – detegoval malé teplotné anizotropie (kolísania) v CMB, ktoré predstavujú „nerovnosti“ v ranom vesmíre a sú semienkami pre vznik galaxií a väčších štruktúr,
- DIRBE – skúmal infračervené pozadie a pomáhal oddeľovať príspevky galaktického a medzigalaktického pôvodu od primárneho kozmického signálu.
Výsledky FIRAS potvrdili, že CMB má takmer dokonalé čierne telové spektrum, a DMR v roku 1992 ukázal drobné teplotné fluktuácie rádu desiatok mikrokelvinov. Tieto objavy poskytli priame dôkazy pre teóriu Veľkého tresku a ukázali mechanizmus, akým sa z homogénneho raného vesmíru mohli vyvinúť galaxie a ďalšie kozmické štruktúry.
Význam pre kozmológiu
Práca projektu COBE a výsledky, ktoré prispeli Smoot a jeho tím, znamenali prechod kozmológie z kvalititatívnych úvah do presnej kvantitatívnej vedy. Nobelov výbor zhrnul význam takto: "Projekt COBE možno tiež považovať za východiskový bod kozmológie ako presnej vedy."
Detekcia anizotropií v CMB vytvorila empirický základ pre následné misie s vyšším rozlíšením, ako boli WMAP a Planck, ktoré ďalej upresnili kozmologické parametre (vek vesmíru, obsah tmavej hmoty a tmavej energie, mieru expanzie) a pomohli overiť modely formovania štruktúr vo vesmíre.
Kariéra a ocenenia
Profesor Smoot pôsobí na katedre fyziky Kalifornskej univerzity v Berkeley a bol dlhodobo zapojený do výskumu kozmického mikrovlnného pozadia a príbuzných experimentov. Jeho vedecká práca otvorila dvere k presnejším meraniam a teoretickým interpretáciám raného vesmíru. V roku 2003 mu bola udelená Einsteinova medaila za významný prínos k fyzike a kozmológii.
Smootova práca mala tiež širší dopad: lepšie pochopenie kozmického mikrovlnného pozadia pomáha pri štúdiu formovania galaxií, hviezd a — nepriamo cez procesy zúčastňujúce sa pri vzniku masívnych objektov — aj čiernych dier. Výsledky COBE zostávajú kľúčovým míľnikom modernej kozmológie.
Raný život
Vzdelávanie
Profesor Smoot sa narodil v meste Yukon na Floride. Do roku 1962 chodil na Upper Arlington High School v Upper Arlingtone v Ohiu. Nejaký čas študoval matematiku a potom odišiel na Massachusettský technologický inštitút, kde v roku 1966 získal dva bakalárske tituly za matematiku a fyziku a v roku 1970 doktorát z časticovej fyziky.
Smootov bratranec Oliver R. Smoot tiež študoval na MIT (Massachusettský technologický inštitút) a preslávil sa Smootovým meraním Harvardského mosta medzi Cambridgeom a Bostonom. Dĺžka "Smoot" bola na moste vyznačená farbou viac ako 360-krát a každý rok sa tam premaľuje. Oliver neskôr pracoval ako predseda Amerického národného normalizačného inštitútu.
Skorý výskum
Profesor Smoot začal študovať kozmológiu a odišiel do Národného laboratória Lawrencea Berkeleyho, kde pracoval s Luisom Walterom Alvarezom na experimente HAPPE, vysoko umiestnenom meteorologickom balóne na detekciu antihmoty v horných vrstvách atmosféry.
Potom sa začal zaujímať o mikrovlny v kozmickom žiarení, ktoré v roku 1964 objavili Arno Allan Penzias a Robert Woodrow Wilson. Táto práca priniesla nové dôkazy o tom, z čoho sa skladá vesmír. Niektorí výskumníci si mysleli, že vesmír rotuje, čo by znamenalo, že teplota mikrovĺn by sa pri meraní z rôznych uhlov zdala odlišná. Profesor Smoot s pomocou Alvareza a Richarda A. Mullera vyvinul rádiometer na meranie rozdielu teplôt z dvoch uhlov vzdialených od seba 60 stupňov. Radiometer bol umiestnený na vrchole lietadla Lockheed U-2, ale merania zdanlivo ukázali, že vesmír sa nerotuje. Zistil však iný rozdiel v mikrovlnnej teplote na jednej strane oblohy. Nazvali to dipólovým obrazcom a Dopplerovým efektom pohybu Zeme. K Dopplerovmu efektu dochádza, pretože Slnko a Mliečna dráha sa pohybujú rýchlosťou takmer 600 km/s. Myslia si, že je to spôsobené gravitáciou Veľkého priťahovača.
COBE
Merania z rádiometra ukázali, že jedna strana oblohy sa líšila od druhej, čo však bolo prekvapujúce, pretože sa očakávalo, že na celej oblohe sa nájde veľa rozdielov. Smoot pracoval na hľadaní týchto menších rozdielov koncom 70. rokov, keď vnukol NASA myšlienku vyrobiť satelit s detektorom, ktorý by bol podobný tomu, ktorý bol namontovaný na lietadle Lockheed. Tento detektor by bol oveľa výkonnejší a neovplyvňovala by ho atmosféra. NASA na tento satelit vynaložila 160 miliónov USD a pomenovala ho COBE. Po zničení raketoplánu Challenger sa satelit COBE oneskoril, ale 18. novembra bol úspešne vypustený, 1989. Po viac ako dvoch rokoch, 21. apríla 1992výskumný tím COBE vyhlásil, že satelit zistil malé rozdiely, ktoré hľadal. To bolo veľmi dôležité pri štúdiu raného vesmíru. Štúdia bola "dôkazom zrodu vesmíru". Profesor Smoot uviedol: ,,V súčasnosti sa v oblasti vesmíru objavuje viac ako 20 tisíc vesmírnych telies: "Ak ste veriaci, je to ako pohľad na Boha."
Na výrobe COBE sa podieľalo viac ako 1 000 výskumníkov, inžinierov a ďalších pracovníkov. John Mather riadil celý projekt a experimenty, ktoré umožnili realizáciu COBE. George Smoot riadil meranie malých rozdielov v teplote žiarenia.
Smoot spolupracoval s novinárom Keayom Davidsonom zo San Francisco Chronicles na napísaní knihy s názvom Wrinkles in Time (Vrásky v čase), ktorá je celá o práci tohto tímu. V knihe The Very First Light (Úplne prvé svetlo) John Mather a John Boslough píšu ďalšie príbehy o COBE. V Mathersovej knihe sa píše, že profesor Smoot poskytol novinárom správy o COBE skôr ako NASA. To v minulosti spôsobilo problémy medzi Smootom a Matherom.
Nedávna práca
Po COBE sa Smoot podieľal na ďalšom experimente so stratosférickým balónom s názvom MAXIMA. Tento balón uskutočnil niektoré lepšie merania ako COBE. Smoot pokračoval v štúdiu kozmického žiarenia a teraz pracuje na tretej generácii družice COBE Planck. Pracuje aj na návrhu družice SNAP (Supernova/Acceleration Probe), ktorá má merať temnú energiu. Pomáhal aj pri analýze údajov zo Spitzerovho vesmírneho teleskopu v súvislosti s meraním vzdialeného infračerveného žiarenia pozadia.
Mapa fluktuácií CMB zistených pomocou COBE.
Otázky a odpovede
Otázka: Kto je George Fitzgerald Smoot III?
Odpoveď: George Fitzgerald Smoot III je americký profesor astrofyziky a kozmológie.
Otázka: Za čo získal George Smoot Nobelovu cenu za fyziku?
Odpoveď: George Smoot získal Nobelovu cenu za fyziku v roku 2006 za svoju prácu na kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia a COBE s Johnom C. Matherom.
Otázka: Čo umožnila práca Georgea Smoota na kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia a COBE?
Odpoveď: Práca Georgea Smoota na kozmickom mikrovlnnom žiarení pozadia a COBE umožnila merať čierne diery a kozmické žiarenie oveľa presnejšie, ako to bolo možné predtým.
Otázka: Aké nové dôkazy priniesla práca Georgea Smoota pre myšlienku veľkého tresku?
Odpoveď: Práca Georgea Smoota priniesla nové dôkazy pre myšlienku veľkého tresku, že vesmír bol kedysi veľkou explóziou.
Otázka: Aký satelit použil George Smoot na svoju prácu?
Odpoveď: George Smoot použil na svoju prácu družicu COBE (Cosmic Background Explorer).
Otázka: Čo povedal výbor pre udeľovanie Nobelovej ceny o práci Georgea Smoota na COBE?
Odpoveď: Výbor pre udeľovanie Nobelovej ceny uviedol, že "projekt COBE možno považovať aj za východiskový bod kozmológie ako presnej vedy".
Otázka: Aké ďalšie ocenenie získal profesor Smoot?
Odpoveď: V roku 2003 bola profesorovi Smootovi udelená Einsteinova medaila.
Prehľadať