53 obserwujących
416 notek
398k odsłon
  805   0

Jak to jest z tym Wszechświatem – rozpędza się, czy nie?

Faktu ekspansji Wszechświata nikt poważny dziś już nie kwestionuje. Teoretyczny model rozszerzającego się Wszechświata, po raz pierwszy otrzymany niezależnie przez A. Friedmana i G. Lemaître'a, znalazł potwierdzenie w obserwacjach E. Hubble'a, a potem wielu innych, którzy swymi coraz większymi teleskopami sięgali w coraz dalsze obszary Kosmosu. Tak przynajmniej było do końca ubiegłego wieku. Cóż to takiego się wówczas stało?

Z modelu Friedmana wynika, że prędkość rozszerzania się Wszechświata powinna maleć z czasem. Przyczyną jest działająca na materię grawitacja, która spowalnia ekspansję. (Z tego samego powodu rakieta wystrzelona pionowo z Ziemi po wyłączeniu silników porusza się coraz wolniej, gdyż jest przyciągana przez naszą planetę). Jednakże w końcu lat 90. dwie grupy astronomów, które niezależnie od siebie wyznaczały odległości do galaktyk za pomocą supernowych typu Ia (które w astronomii pełnią rolę tzw. świec standardowych), stwierdziły że od pewnego momentu ekspansja, zamiast maleć, przyspiesza! Jeżeli to prawda, to Wszechświat nie działa jak rakieta lecąca bezwładnie, ale jak statek kosmiczny ze stale włączonym silnikiem. Odkrycie uznano za tak ważne, że w 2011 roku S. Perlmutter, A.G. Riess i B.P. Schmidt otrzymali za nie Nagrodę Nobla.

Jeżeli Wszechświat faktycznie się rozpędza, to jego „silnikowi” musi być dostarczane jakieś paliwo. Kosmologowie, nie mając pewności, czym to paliwo może być, nadali mu nazwę ciemnej energii.

Czy jednak jest to prawda? Czy ciemna energia rzeczywiście istnieje? Niedawno sporo szumu narobiła opublikowana w internecie praca, której sam tytuł Marginal evidence for cosmic acceleration from Type Ia supernovae sugeruje, że nasze obecne wyobrażenie o dynamice Wszechświata może być błędne. Profesor Subir Sarkar, lider zespołu, który przygotował powyższy artykuł, oświadczył: Stwierdziliśmy, że dowód na przyspieszoną ekspansję jest co najwyżej na poziomie, który fizycy nazywają „3 sigma”. To o wiele mniej niż standardowe „5 sigma”, jakie jest wymagane, aby ogłosić odkrycie o fundamentalnym znaczeniu.

O co w tym wszystkim chodzi i jak rozumieć tę wypowiedź? Czyżby Wszechświat nie przyspieszał, a Nagrodę Nobla przyznano zbyt pochopnie? Sprawa nie jest aż tak prosta.

Aby dalsza część tekstu była zrozumiała także dla osób, które nigdy nie miały do czynienia z analizą danych eksperymentalnych, muszę umieścić tutaj nieco dłuższą dygresję. Każdy pomiar jakiejś wielkości (np. zmiennego tempa ekspansji Wszechświata) jest procesem statystycznym. Wynika to z faktu, że przyrządy pomiarowe nigdy nie dają wyniku absolutnie precyzyjnego, ale z jakąś skończoną dokładnością. (Czasami dodatkowo dochodzi do tego fakt, że badamy tylko jakąś drobną próbkę z całej populacji, np. niezbyt wielką liczbę galaktyk). Nie wystarczy więc podać sam otrzymany wynik  x – trzeba jeszcze określić, o ile mogliśmy się pomylić.

Eksperymentatorzy robią to za pomocą wyznaczanego przez nich tzw.  odchylenia standardowego, które zwykle oznacza się grecką literą sigma (σ). Z teorii błędów wynika, że (przy pewnych założeniach) prawdopodobieństwo, iż prawdziwa wartość wyznaczanej wielkości zawiera się w przedziale (x-σx+σ), wynosi 68,3%; w przedziale (x-2σx +2σ) – 95,4%, w przedziale (x-3σx+3σ) – 99,7%;a w przedziale (x-5σx+5σ) – 99,99994%.

Co to oznacza w ludzkim języku? Oto przetłumaczony krótki fragment z angielskiej wiki:  W naukach empirycznych tak zwana  reguła trzy sigma  wyraża heurystyczne podejście, które mówi, że „prawie wszystkie” wartości leżą wewnątrz trzech odchyleń standardowych od wyniku, tzn. wygodnie jest traktować prawdopodobieństwo równe 99,7% jako „prawie pewność”. (…) Istnieją też inne konwencje, np. w naukach społecznych wynik uważa się za „istotny”, jeśli jego poziom ufności jest rzędu dwóch sigma (95%), podczas gdy w fizyce cząstek elementarnych  (a także w astronomii – przyp. kierdel) przyjmuje się, że dla „odkrycia” wymagany jest poziom pięć sigma (prawdopodobieństwo 99,99994%).

Na pozór sprawa wydaje się więc prosta. Znajdujemy wynik, określamy odchylenie standardowe i od razu wiemy, jakie jest prawdopodobieństwo, że otrzymany rezultat pasuje do naszej koncepcji (np. przyspieszającego Wszechświata).

Diabeł jak zwykle tkwi w szczegółach. W praktyce największą trudność stanowi wyznaczenie wartości odchylenia standardowego, zwłaszcza w sytuacji, gdy mamy do czynienia z tzw. błędami systematycznymi, o których wiemy niewiele albo zgoła nic. Często zdarza się, że wartość sigma jest niedoszacowana (lub przeszacowana).

Po tym nieco przydługim wyjaśnieniu wracamy do wyników grupy profesora Sarkara. Cóż oni takiego nowego zrobili? Uwzględnili mianowicie większą liczbę supernowych oraz zmienili nieco metodę analizy danych, za pomocą której wyznaczane są kosmologiczne parametry Wszechświata. Swój najważniejszy wynik przedstawili na poniższym rysunku.

Lubię to! Skomentuj36 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie