Dark Energy, Misteri Sains Terbesar

Dark energy, misteri sains terbesar, tiga ilmuwan AS yang terlatih memenangkan hadiah Nobel dalam fisika, untuk menemukan bukti definitif bahwa pengembangan alam semesta mengalami percepatan..

Penemuan mereka tidak cocok pada teori apapun yang ada, sehingga memiliki pemikiran implikasi bagi pemahaman kita tentang dunia fisik. Pada saat yang sama, itu relatif mudah untuk menjelaskan kepada nonspecialists. Jadi kencangkan sabuk pengaman Anda untuk tur singkat dari perbatasan pengetahuan: Apa penemuan yang sebenarnya, mengapa itu penting, dan apa artinya bagi dunia kita?

Kembali ke tahun 1990-an, ketika dua tim penelitian independen berangkat untuk "mempertimbangkan" dunia ini,  satu dipimpin oleh Saul Perlmutter, seorang fisikawan muda di Lawrence Berkeley Laboratory, yang lain oleh seorang profesor Harvard seorang astronomi, Bob Kirshner, dengan mantan Brian Schmidt mahasiswa pascasarjana, sekarang di Australia National University, dan kemudian-mahasiswa pascasarjana Adam Riess, sekarang seorang astronom senior di Space Telescope Science Institute dan Johns Hopkins University.

Para astrofisikawan ini tahu alam semesta adalah sebuah ruang luas sebagian besar kosong, dihiasi dengan bintang-bintang di lautan galaksi tipis atom. Berkat kerja 70 tahun sebelumnya oleh Edwin Hubble (setelah teleskop ruang angkasa yang bernama NASA), mereka juga tahu alam semesta telah berkembang selama miliaran tahun. Seperti semua astronom, mereka diharapkan ekspansi akan melambatnya akibat tarikan gravitasi antara galaksi dan materi lainnya.

Ini sangat sederhana: lebih banyak barang di alam semesta, semakin besar gravitasi "pengereman" dari ekspansi. Jadi, pemenang hadiah Nobel eksperimen dirancang untuk mengukur tingkat perlambatan ekspansi, dan dengan demikian jumlah total materi di alam semesta.

Apa yang salah? kemudian, gravitasi adalah kekuatan yang hanya dikenal dapat memainkan peran. Kedua tim mengukur jarak ke supernova di galaksi jauh, mengharapkan mereka akan lebih dekat kepada kita, daripada jika tidak ada gravitasi di semua.

Bayangkan saja, sebuah kejutan ketika data menunjukkan adanya ekspansi itu mempercepat. Supernova tampak lebih jauh - redup - daripada jika kecepatan ekspansinya yang tidak berubah. Apa?! Tingkat percepatan ekspansi sinyal bahwa gravitasi-- kekuatan kita telah mengetahui tentang dan dicintai sejak apel pertama jatuh dari pohon-- adalah hal yang remeh dibandingkan dengan beberapa bidang, baru benar-benar tidak diketahui, energi yang mendorong galaksi terpisah.

Kami menyebutnya hal baru "energi gelap" - menandakan energi yang muncul untuk mendorong keluar, dengan kata sifat "gelap" menandakan bahwa kita tahu apa-apa tentang alam.

Selain itu, pada tahun 2003, NASA satelit WMAP menunjukkan kosmologi meyakinkan bahwa energi gelap adalah konstituen dominan dari alam semesta.

Hal ini tidak diprediksi oleh teori fisika dan benar-benar tidak diketahui sampai pemenang hadiah Nobel tim astronom dan fisikawan membuat pengukuran mereka - namun ada lebih banyak daripada apa pun di alam semesta. Lebih dari atom-atom yang membentuk Anda dan saya dan Bumi kita, lebih dari hidrogen dan helium yang meresapi alam semesta, lebih dari partikel materi gelap yang tidak diketahui yang menyebabkan gravitasi menarik dan memungkinkan galaksi terbentuk di tempat pertama. Apapun itu, itu mengajarkan kita sesuatu yang sama sekali baru tentang bagaimana materi dan ruang dan waktu berperilaku. Sebuah teori fisika fundamental baru diperlukan.

Faktanya adalah, energi gelap adalah misteri terbesar dalam ilmu pengetahuan. Ini telah mendorong sejumlah besar penelitian dalam dekade terakhir, dan merupakan pendorong utama dalam tahun lalu "Dunia Baru, New Horizons" laporan dari Akademi Sains Nasional, yang diprioritaskan astronomi masa depan dan proyek astrofisika. Membuat pengukuran yang lebih baik dari sifat energi gelap sangat tinggi dalam daftar, dengan menggunakan James Webb Space Telescope, sekarang hampir selesai, serta inframerah-optik teleskop ruang angkasa yang akan dibangun dalam dekade mendatang.

Kedua tim mengukur tingkat ekspansi menggunakan supernova, ledakan yang luar biasa pada akhir bahan bakar-membakar kehidupan sebuah bintang. Para astronom tahu bahwa jenis tertentu dari supernova selalu memancarkan kira-kira jumlah cahaya yang sama, berarti itu adalah "lilin standar" yang dapat digunakan untuk menunjukkan jarak. Redup supernova akan lebih jauh, dan yang terang akan lebih dekat. Untuk membuat pengukuran mereka supernova, tim menggunakan teleskop di seluruh dunia dan di angkasa, sebagian besar dijalankan oleh National Science Foundation dan NASA.

Sebuah spektrum supernova tersebut (bagaimana cahaya didistribusikan di seluruh spektrum biru-hijau-kuning-merah optik) mengungkapkan kecepatan yang sudah surut dari kita karena perluasan alam semesta. Anda mungkin telah melihat bagaimana nada perubahan sirene ketika bergerak menuju atau menjauh dari Anda, dan bahwa perubahan lebih besar semakin cepat kendaraan bergerak. Cahaya yang dipancarkan dari supernova menunjukkan jenis yang sama pergeseran frekuensi, sehingga kecepatan dapat diukur sangat akurat.

Satu bahan yang lebih sangat penting untuk eksperimen: kemampuan untuk melihat ke belakang dalam waktu. Dibutuhkan waktu yang sangat lama untuk cahaya, untuk bepergian ke kita dari supernova, adalah kejadian yang langka di galaksi jauh. Cahaya dari supernova terdekat mungkin mengambil ratusan ribu tahun untuk mencapai kita, sedangkan cahaya dari yang jauh dicari oleh Perlmutter dan Schmidt-Riess-Kirshner tim perjalanan selama miliaran tahun. Ini berarti bahwa melihat supernova atau galaksi pada jarak yang berbeda peta sejarah ekspansi alam semesta - yaitu, tingkat di mana ia berkembang pada waktu yang berbeda di masa lalu. Mengukur perubahan dalam kecepatan ekspansi - deselerasi - adalah tujuan percobaan '.

Sebaliknya Perlmutter dan Schmidt-Riess-Kirshner tim menemukan mempercepat ekspansi ini - sebagai terduga seperti melihat bola jatuh ke atas saat Anda menjatuhkannya.

Data baru adalah penting untuk gambaran baru yang aneh. Adam Riess, menggunakan Hubble Space Telescope untuk mengukur supernova yang sangat jauh, menunjukkan bahwa sebelumnya dalam gravitasi alam semesta benar-benar menang atas energi gelap - yaitu, perluasan Ledakan awal besar ruang yang melambat. Kemudian, sebagai galaksi bergerak jauh terpisah, gaya gravitasi yang menarik antara mereka melemah, dan energi gelap, yang tampaknya menjadi sebuah properti konstan ruang itu sendiri- mengambil alih. Dalam alam semesta sekarang, 13,7 miliar tahun setelah ledakan besar, gravitasi jauh lebih lemah dari energi gelap. Jadi Riess "Penemuan meraih itu: penjelasan Alternatif untuk penemuan asli tidak akan menunjukkan evolusi dari gravitasi-didominasi energi gelap yang didominasi ruang.

Apakah arti penemuan ini bagi seluruh dunia, bagi orang yang tidak terlibat dalam mencari tahu hukum-hukum alam? Energi gelap tidak berdampak langsung terhadap kehidupan kita, setidaknya tidak sekarang. Galaksi kita memiliki miliaran tahun untuk pergi sebelum energi gelap dapat cukup kuat untuk merobek terpisah. Sampai bergerak lambat ke alam semesta kita pada saat waktunya.

Tetapi jika sejarah adalah panduan, pemahaman fisika partikel, ruang dan waktu telah terbukti sangat berharga waktu dan waktu lagi. Sebagian besar inovasi teknologi yang menggerakkan perekonomian kita saat ini berasal dari penemuan fisika dekade yang lalu, menurut 2006 "Mengumpulkan Badai" laporan dari Akademi Nasional Ilmu Pengetahuan.

Perkembangan teori mekanika kuantum materi di tahun 1920-an menyebabkan elektronik di komputer saat ini, elektronik industri dan rumah tangga, dari iPod Anda ke pemanggang roti Anda. Pencitraan diagnostik yang digunakan untuk menemukan kanker atau gangguan lain berakar dalam hamburan cahaya dan partikel oleh materi, seperti yang dipelajari oleh fisikawan menggunakan akselerator partikel. Para astronom memimpin pengembangan perangkat pencitraan elektronik yang sekarang digunakan secara luas dalam kamera digital. Bandara X-ray scanner dibangun oleh perusahaan dijalankan oleh para astronom tertarik dalam mendeteksi sinar-X dari bintang-bintang dan galaksi. Daftar berjalan dan terus.

Ketika Brian Schmidt menjadi seorang ahli pada supernova, ia berpikir tentang bagaimana bintang-bintang meledak, bukan hadiah Nobel. Ketika Adam Riess mulai lulusan sekolah, ia berpikir tentang bagaimana alam semesta berevolusi sampai sekarang. Ketika Saul Perlmutter membujuk laboratorium untuk melakukan eksperimen supernova, ia ingin mempertimbangkan alam semesta. Ketika Bob Kirshner menarik ratusan siswa untuk kelas astronomi di Harvard, ia mengajarkan mereka tentang obyek yang jauh dan peristiwa yang tampaknya sangat jauh dari kehidupan kita sehari-hari.

Tapi semangat mereka untuk ilmu pengetahuan menyebabkan penemuan hadiah Nobel-layak. Ini mengingatkan kita bahwa Amerika Serikat tetap menjadi salah satu pemimpin dalam pemotongan-tepi penelitian ilmiah dan pelatihan ilmuwan masa depan. Penemuan ini telah menantang teori terbaik kami dan menarik orang muda cerdas untuk ilmu pengetahuan. Dan beberapa hari jauh di masa depan, memahami bagaimana energi gelap bisa menjadi milik ruang kosong di seluruh alam semesta mungkin memiliki dampak besar pada bagaimana kita hidup kembali ke sini di Bumi.