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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Urknall-Konzept. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Die Möglichkeit der Expansion des Universums wurde theoretisch als eine der Konsequenzen der Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie auf die Lösung kosmologischer Probleme vorhergesagt. Die ersten Arbeiten auf diesem Gebiet stammen vom talentierten sowjetischen Mathematiker Alexander Alexandrowitsch Fridman (1888–1925). Er ist weithin als meteorologischer Geophysiker und Spezialist für angewandte Fragen der atmosphärischen Dynamik bekannt. Doch Friedman widmete der mathematischen Analyse der Lösungen von Einsteins kosmologischen Gleichungen viel Zeit. Kurz vor seinem Tod erhielt Friedman eine Reihe von Lösungen für Einsteins Gleichungen. Es stellte sich heraus, dass die Expansion eine der wichtigsten allgemeinen Eigenschaften des Universums sein könnte – das wichtigste Merkmal seiner Entwicklung. Die Arbeiten des russischen Wissenschaftlers erregten zunächst nicht die gebührende Aufmerksamkeit. Sie wurden nur im Zusammenhang mit der Entdeckung gewürdigt E. Hubble Rotverschiebung und die Entwicklung moderner Vorstellungen über das ursprünglich heiße Universum und den Urknall. Im Jahr 1927 stellte J. Lemaitre, ein Student aus Eddington, unabhängig von Friedman seine Idee des Ursprungs des Universums und seiner weiteren Expansion von einem Punkt aus vor. Ihr wurde eine Zeit lang der Name „Atomvater“ gegeben. Lemaitre selbst war kategorisch gegen ein solches Bild und im Allgemeinen gegen die theologische Interpretation seiner Theorie. Lemaitre stellte den Prozess der Entstehung des Universums in Form des Urknalls dar. Der junge Wissenschaftler war der erste, der versuchte, die wahrscheinlichen Spuren der ursprünglichen Explosion zu finden. Lemaitre gab zu, dass ein solches Echo kosmische Strahlung sein könnte. Astronomen bemerkten seine Hypothese erst nach einer Rede im Jahr 1933, als Lemaitre eine neue Version des Konzepts der Expansion des Universums vorstellte – aus einem dichten Materieklumpen endlicher, aber sehr kleiner Größe. Die Aufgabe, ein spezifischeres, physikalisch entwickeltes evolutionäres kosmologisch-kosmogonisches Modell des expandierenden Universums zu bilden, wurde hauptsächlich vom amerikanischen Physiker Gamow gelöst, der russischer Herkunft ist. George (Georgy Antonovich) Gamow (1904–1968) schlug erstmals 1946 eine Theorie vor, die später als „Urknalltheorie“ (genauer: „Big Impact“) bekannt wurde. Demnach ist das gesamte moderne beobachtbare Universum das Ergebnis einer katastrophal schnellen Expansion der Materie, die sich zuvor in einem superdichten Zustand befand und einer Beschreibung im Rahmen der modernen Physik unzugänglich war. Die Entfernung von Galaxien unterliegt ungewöhnlichen mathematischen Mustern. Das passiert in unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Je größer der Abstand zwischen Galaxien ist, desto schneller ist ihre gegenseitige Entfernung. „Wir sind in der Lage, ein Modell der oben beschriebenen „Rezession“ von Galaxien zu erstellen“, schreibt A.A. Gurshtein, „wenn wir nicht den realen unendlichen Raum der drei Dimensionen berücksichtigen, sondern uns in unserem Modell nur auf die Oberfläche beschränken – die.“ Raum aus zwei Dimensionen. Stellen Sie sich vor, dass „das gesamte Universum“ sich auf einer geschlossenen Oberfläche befindet, die der Oberfläche eines ständig aufgeblasenen Gummiballs ähnelt. Lassen Sie die Galaxien in unserem Modell durch Punkte dargestellt werden, die auf der Oberfläche dieses Balls aufgetragen sind . Während es sich aufbläht, werden alle entlang der Oberfläche des Balls gemessenen Abstände zwischen den „Galaxien“ tatsächlich systematisch zunehmen, und die Geschwindigkeit des Rückgangs der „Galaxien“ wird umso größer sein, je größer der anfängliche Abstand zwischen ihnen war. Die gleichzeitig einsetzende Ausdehnung der Materie – in Form eines zunächst untrennbaren Hochtemperaturgemisches aus Strahlung und Materie (Elementarteilchen) – wird, so Gamow, auch heute in Form des „Rotverschiebungs“-Effekts beobachtet. Gamow sagte zusammen mit seinen Mitarbeitern R. Alfer und R. Herman 1948 voraus, dass auch gekühlte primäre isotrope elektromagnetische Wärmestrahlung mit einer Temperatur von etwa 5 K beobachtet werden sollte. „Die Entwicklung der Theorie wurde jedoch weitgehend durch die allgemeine Skepsis der damaligen Astrophysiker gegenüber der Möglichkeit, eine so fantastische Aufgabe zu lösen – den „Beginn der Geschichte des gesamten Universums als Ganzes“ zu verstehen, behindert, schreibt A. I. Eremeeva und F.A. Tsitsin: Andererseits hielten es Radiophysiker für völlig unmöglich, thermische Radioemissionen einer so niedrigen Temperatur im Weltraum mit Hilfe vorhandener Geräte zu erfassen, schon weil ein solches Signal von der Radioemission von Sternen übertönt würde , Galaxien, das interstellare Medium, kurz kosmisches Radiorauschen. Fast zwei Jahrzehnte lang blieb das Konzept des Urknalls für die meisten Astronomen ein „Gedankenspiel“ einiger Physiker und Kosmologen. Erst später wurde deutlich, dass die frühere Lösung des Problems weitgehend durch die Lücke in den wissenschaftlichen Kontakten verhindert wurde, die zwischen modernen Theoretikern und Beobachtern immer noch besteht. Eine erhebliche negative Rolle spielte auch die Ausdifferenzierung der Wissenschaft, aufgrund derer Spezialisten, auch solche, die in verwandten Bereichen tätig sind, manchmal wenig über die Probleme ihrer Nachbarn wissen. Eine Konsequenz aus der Vorstellung eines anfänglich heißen Universums war die Schlussfolgerung, dass als Erbe dieser Ära, wenn sie nur wirklich stattfand, die Rest- oder, wie man sagt, Relikt-Strahlung im Radiobereich überall erhalten bleiben sollte im Universum. Der kanadische Astrophysiker E. McKellar stieß 1941 auf ein ungewöhnliches Phänomen – einen angeregten Zustand interstellarer Cyan-Moleküle. Die Anregungstemperatur betrug 2,3 K. Diese Tatsache könnte die Grundlage für den Schluss sein, dass es im Weltraum eine entsprechende Erregerstrahlung gibt. Es scheint jedoch, dass die Autoren der Urknalltheorie nichts von dieser Entdeckung wussten. Erst viel später entdeckte der sowjetische Astrophysiker I.S. Shklovsky und unabhängig davon eine Reihe anderer Autoren. Berechnungen von A.G. Doroshkevich und I.D. Novikov zeigte 1964, dass der kosmische Mikrowellenhintergrund im Prinzip nachweisbar ist und daher die Schlussfolgerung der Urknalltheorie anhand von Beobachtungen verifiziert werden kann. Viel später wurde im Nachhinein klar, dass zum Zeitpunkt dieser Berechnung die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung bereits in der UdSSR und in Japan entdeckt worden war. In der UdSSR wurde diese Entdeckung von T.A. Schmaonow im Jahr 1957. "Aber das Problem war", schreibt Gurnstein, "dass die Beobachter und Theoretiker isoliert voneinander arbeiteten. Es gab keinen Informationsaustausch zwischen ihnen. Der Beobachter wusste seine seltsamen Ergebnisse nicht richtig zu interpretieren. Der bemerkenswerte Artikel der Theoretiker blieben unbemerkt. Mitte der sechziger Jahre machten sich experimentelle Radioastronomen daran, spezielle Geräte zum Nachweis kosmischer Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu bauen. Sie wurden jedoch von Ingenieuren übertroffen, die an der Bekämpfung von Funkrauschen in der Kommunikation mit künstlichen Erdsatelliten forschten. 1965 entdeckten die Funkingenieure A. Penzias und R. Wilson (USA) beim Testen einer Hornantenne zur Beobachtung des amerikanischen Echo-Satelliten zufällig die Existenz von Mikrowellen (bei einer Wellenlänge von 7,35 cm) kosmischem Funkrauschen, das nicht davon abhängt in Richtung der Antenne. In den Jahren 1966-1967 wurde diese Entdeckung – die Entdeckung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds – von einer Reihe von Forschern in verschiedenen Ländern unabhängig voneinander bestätigt. Die Merkmale dieses Phänomens, das der allgemeinen Wärmestrahlung des Universums mit einer Temperatur von etwa 2,7 K entspricht, stimmten mit den Vorhersagen der Urknalltheorie überein. Die Autoren des Buches „History of Astronomy“ merken an: „Die Entdeckung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung war die größte Errungenschaft der Astronomie des XNUMX selbst war reif für seine Wahrnehmung. Diese Entdeckung machte es zumindest zu einer zuverlässigen Tatsache, dass sich das Universum (Metagalaxie) tatsächlich entwickelt der Urknall. Eine neue Stufe in der Entwicklung von Ideen über die frühen Stadien der Evolution des Universums war die "Theorie des heißen Universums", insbesondere in den Arbeiten des Akademikers Ya.B. Zeldovich (1914–1987) und seine Schule. Die Vorstellung von der Natur der anfänglichen Expansion des Universums hat sich heute stark verändert. Neben der Hauptschwierigkeit, einen solchen "Anfang" zu beschreiben (seine Unzugänglichkeit für die moderne theoretische Physik), zeigten sich weitere gravierende Schwierigkeiten bei dem Versuch, die nachfolgende, der modernen Physik zwar prinzipiell zugängliche, aber noch sehr frühe Geschichte der Expansion zu beschreiben des Universums als Ganzes. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde in den 80er Jahren das Konzept eines sich aufblähenden (oder inflationären) Universums vorgeschlagen (A. Guth, USA; A. D. Linde, UdSSR). Die Idee der Vielfalt und des wiederholten Auftretens der sich aufblähenden Universen selbst zu unterschiedlichen Zeitpunkten wird diskutiert. So entstand die älteste Idee der Wiederbelebung des Universums, die Idee einer endlosen Kette von Geburten und Todesfällen von Welten aller Größenordnungen, sowie das Konzept der Inseluniversen, das bereits daraus entstand Die Kombination von Gravitationstheorie und Beobachtungen wird heute wiederbelebt, allerdings auf einem unvergleichlich höheren Niveau – sowohl in Bezug auf Maßstäbe als auch auf die qualitative Vielfalt der Objekte. Diese Ideen können als Vorbote und vielleicht als Beginn der dritten Revolution im kosmologischen Weltbild betrachtet werden.“ Autor: Samin D. K.
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