Förstå kosmologi och dess inverkan

Kosmologi kan vara en svår disciplin att ta hand om, eftersom det är ett studieområde inom fysik som berör många andra områden. (Även om det i själva verket i dag är nästan alla studier inom fysik som berör många andra områden.) Vad är kosmologi? Vad gör de som studerar det (kallas kosmologer) egentligen? Vilka bevis finns för att stödja deras arbete?

Kosmologi på en överblick

kosmologi är vetenskapens disciplin som studerar universums ursprung och eventuella öde. Det är närmast besläktat med de specifika områdena astronomi och astrofysik, men förra seklet har också fört kosmologin nära i linje med nyckelinsikter från partikelfysik.

Med andra ord når vi en fascinerande insikt:

Vår förståelse av modern kosmologi kommer från att ansluta beteendet hos största strukturer i vårt universum (planeter, stjärnor, galaxer och galaxkluster) tillsammans med de i minsta strukturer i vårt universum (grundläggande partiklar).

Kosmologins historia

Studien av kosmologi är förmodligen en av de äldsta formerna av spekulativ undersökning av naturen, och den började vid någon tidpunkt i historien när en forntida människa tittade mot himlen och ställde frågor som följande:

• Hur kom vi att vara här?
• Vad händer på natthimlen?
• Är vi ensamma i universum?
• Vad är de glänsande sakerna på himlen?

Du får idén.

De gamla kom med några ganska bra försök att förklara dessa. Huvud bland dessa i den västerländska vetenskapliga traditionen är fysiken hos de antika grekerna, som utvecklade en omfattande geocentrisk modell av universum som förfinades under århundradena fram till tiden för Ptolemeus tid, då kosmologin verkligen inte utvecklades vidare under flera århundraden , utom i några av detaljerna om hastigheterna för de olika komponenterna i systemet.

Nästa stora framsteg inom detta område kom från Nicolaus Copernicus 1543, då han publicerade sin astronomibok på sin dödsbädd (förväntar sig att det skulle orsaka kontrovers med den katolska kyrkan) och beskrev bevisen för hans heliocentriska modell av solsystemet. Den viktigaste insikten som motiverade denna omvandling i tänkande var tanken att det inte fanns någon verklig anledning att anta att jorden innehåller en grundläggande privilegierad position inom det fysiska kosmos. Denna förändring av antaganden är känd som den kopernikanska principen. Copernicus heliocentriska modell blev ännu mer populär och accepterad baserat på arbetet av Tycho Brahe, Galileo Galilei och Johannes Kepler, som samlade betydande experimentella bevis till stöd för den kopernikanska heliocentriska modellen.

Det var Sir Isaac Newton som kunde förena alla dessa upptäckter för att faktiskt förklara planetrörelserna. Han hade intuitionen och insikten att inse att rörelsen hos föremål som faller till jorden liknade rörelsen av föremål som kretsar runt jorden (i huvudsak faller dessa föremål ständigt runt om jorden). Eftersom denna rörelse var liknande, insåg han att den antagligen orsakades av samma kraft, som han kallade gravitation. Genom noggrann observation och utvecklingen av ny matematik, kallad calculus och hans tre rörelseregler, kunde Newton skapa ekvationer som beskrev denna rörelse i olika situationer.

Även om Newtons tyngdelag fungerade för att förutsäga himmelrörelsen, fanns det ett problem ... det var inte riktigt klart hur det fungerade. Teorin föreslog att föremål med massa lockar varandra över rymden, men Newton kunde inte utveckla en vetenskaplig förklaring för den mekanism som tyngdkraften använde för att uppnå detta. För att förklara det oförklarliga, förlitade Newton sig på en generisk appell till Gud, i princip uppför sig objekt på detta sätt som svar på Guds perfekta närvaro i universum. Att få en fysisk förklaring skulle vänta i två århundraden, fram till ankomsten av ett geni vars intellekt kunde förmörka även Newtons.

Allmän relativitet och Big Bang

Newtons kosmologi dominerade vetenskapen fram till början av det tjugonde århundradet då Albert Einstein utvecklade sin teori om allmän relativitet, vilket omdefinierade den vetenskapliga förståelsen av allvar. I Einsteins nya formulering orsakades tyngdkraften av böjning av 4-dimensionell rymdtid som svar på förekomsten av ett massivt objekt, till exempel en planet, en stjärna eller till och med en galax.

En av de intressanta konsekvenserna av denna nya formulering var att rymdtiden i sig inte var i jämvikt. I ganska kort ordning insåg forskare att den allmänna relativiteten förutspådde att rymdtiden antingen skulle utvidgas eller minska. Tro Einstein trodde att universum faktiskt var evigt, han införde en kosmologisk konstant i teorin, som gav ett tryck som motverkade expansionen eller sammandragningen. Men när astronomen Edwin Hubble så småningom upptäckte att universum faktiskt expanderade, insåg Einstein att han hade gjort ett misstag och tagit bort den kosmologiska konstanten från teorin.

Om universum expanderade är den naturliga slutsatsen att om du skulle spola tillbaka universum, skulle du se att det måste ha börjat i en liten, tät klump av materia. Denna teori om hur universum började kallades Big Bang Theory. Detta var en kontroversiell teori under mitten av årtionden av det tjugonde århundradet, eftersom det gick ut för dominans mot Fred Hoyles stadighetstillståndsteori. Upptäckten av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen 1965 bekräftade dock en förutsägelse som hade gjorts i förhållande till big bang, så det blev allmänt accepterat bland fysiker.

Även om han visade sig fel med teorin om stabil tillstånd, krediteras Hoyle den stora utvecklingen i teorin om stellär nukleosyntes, vilket är teorin om att väte och andra lätta atomer förvandlas till tyngre atomer inom de kärnvärden som kallas stjärnor och spottar ut in i universum efter stjärns död. Dessa tyngre atomer bildas sedan till vatten, planeter och slutligen liv på jorden, inklusive människor! Således är vi, i många onödiga kosmologers ord, bildade av stardust.