Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 15

Artykuły

Kura domowa, która odkryła wszechświat

20th Sie '12

Kobiety nie mają łatwo w życiu zawodowym i naukowym. Gdy przychodzi czas wyboru między karierą a rodziną, często wybierają to drugie tłumiąc swoje ambicje. Vera Cooper nie zlękła się walki na dwa fronty: zawstydzała najtęższe umysły astronomii, nie rezygnując przy tym z wychowania gromadki dzieci.

Wirujący wszechświat

Gdy w latach 50. młoda dziew­czyna marzyła o zgłę­bianiu tajemnic kosmosu, patrzono na nią z poli­to­wa­niem. Wymowna anegdota głosi, że żadne poważne obser­wa­to­rium astro­no­miczne nie jest wypo­sa­żone w żeńskie ubikacje. W nauce, a zwłaszcza w naukach ścisłych, szo­wi­nizm był na porządku dziennym i wyjątki typu Marii Skło­dow­skiej niewiele zmieniły. (Nikomu też nie przy­cho­dziły do głowy hasła typu „Dziew­czyny na poli­tech­niki!”). Vera roz­po­częła studia na Uni­wer­sy­tecie Cornella w Ithaca (gdzie fizykę teo­re­tyczną wykładał uta­len­to­wany Richard Feynman). Jej stu­denckie życie nie należało do naj­ła­twiej­szych – nie dość, że nie miała zbyt wielu kole­żanek, to jeszcze niedługo przed wyborem tematu pracy magi­ster­skiej zaszła w ciążę z dok­to­rantem fizyki Robertem Rubinem. Kilka tygodni przed jej ukoń­cze­niem urodziła pierw­szego syna.

Eks­pansja prze­strzeni pozba­wionej centrum.

Żeby wszyscy studenci mieli tyle werwy i ambicji co nasza boha­terka. Obecnie jesteśmy przy­zwy­cza­jeni, że wszelkie prace licen­cjackie i magi­ster­skie to zaledwie kil­ka­dzie­siąt nie­przy­dat­nych nikomu stron, powta­rza­ją­cych już dawno odkryte tezy. Vera Cooper-Rubin, być może nie­umyślnie, chwyciła za bardzo ciekawe i nie­po­pu­larne zagad­nienie: obrotu całego wszech­świata. Kręcą się planety, kręcą się gwiazdy, kręcą się galak­tyki, dlaczego więc cały kosmos nie miałby wirować? Choć pytanie wydaje się intry­gu­jące, to jednak przed młodą stu­dentką zadało je sobie raptem kilka osób, nie wycią­gając wią­żą­cych wniosków. Trzeba pamiętać, że w oma­wia­nych czasach kosmo­logia dopiero racz­ko­wała. Mimo prze­pę­dzenia kon­cepcji wszech­świata sta­cjo­nar­nego, same niuanse teorii wiel­kiego wybuchu, nie wspo­mi­nając już o idei inflacji, dopiero miały zostać opra­co­wane. Naukowcy nie­chętnie dywa­go­wali nad tym co było na początku i jaki miało to wpływ na aktualny stan wszech­rzeczy. Przy ówcze­snym stanie wiedzy nie­zwykle trudno było ugryźć temat, nie wycho­dząc poza ramy meto­do­logii naukowej. Dziś na przykład zdajemy sobie sprawę, że wszech­świat nie posiada jako takiego środka, podobnie jak nie ma żadnej fizycznej krawędzi. Prze­strzeń pęcz­nieje rów­no­miernie w każdym miejscu, nie mając żadnego centrum (odsyłam do Małego kosmo­lo­gicz­nego FAQ). To samo w sobie rzuca cień na teorię wiru­ją­cego kosmosu. Zanim nauka do tego doszła, nie­którzy intu­icyjnie spo­dzie­wali się czegoś w rodzaju osi, wokół której wszystko mogłoby się obracać.

Kobieta wraca do kuchni

Praca magi­sterska musiała być nie­zwykle inte­re­su­jąca, bowiem popro­szono Rubin o odczyt na zjeździe Ame­ry­kań­skiego Towa­rzy­stwa Astro­no­micz­nego. Nikomu nieznana 22-latka, która nie miała nawet okazji sko­rzy­stać z pro­fe­sjo­nal­nego tele­skopu, głosiła swoje tezy wśród naj­wy­bit­niej­szych astro­nomów. Jak można się spo­dziewać, dziew­czę­cego głosu nie potrak­to­wano poważnie, a Martin Schwarz­schild jedynie pogra­tu­lował Verze odwagi i podzię­kował za próbę. Taka drobna ironia losu, gdyż podobną pro­tek­cjo­nal­ność znosił kilka dekad wcze­śniej ojciec Martina, Karl Schwarz­child, który mimo kpin śro­do­wiska uparcie forsował roz­wa­żania nad czarnymi dziurami. Czy Rubin rze­czy­wi­ście się myliła? Dziś możemy stwier­dzić, że niemal na pewno tak. Niemal, ponieważ temat co jakiś czas powraca do łask za sprawą kolej­nych obser­wacji (Michael Longo, po prze­ba­daniu kilkuset galaktyk zauważył, że więk­szość jest lewo­skrętna, co może oznaczać, że wszech­świat w momencie stwo­rzenia wirował). Tak czy inaczej, prze­my­ślenia stu­dentki oraz zebrane przez nią dane, miały sporą wartość dla kosmo­logów i nie pozo­stały bez echa.

Po tym wystą­pieniu i obro­nieniu tytułu magistra, Vera na kilka lat zniknęła. Urodziła kolejne dziecko, zaj­mo­wała się domem i przy­go­to­wy­wała obiady swojej rodzinie. Można sobie wyobrazić młodą mamę spo­glą­da­jącą na brzdąców roz­ra­bia­ją­cych w pia­skow­nicy, czy­ta­jącą przy tym Astr­phy­sical Journal. Pewnie jeszcze by to trwało, gdyby nie jeden z głównych teo­re­tyków Wiel­kiego Wybuchu, nieco eks­cen­tryczny George Gamow, . Urodzony w Odessie profesor, znał oso­bi­ście męża Very i zain­te­re­sował się jej pracami; zwłaszcza że dotykały bliskiej mu materii (również posiadał w swoim dorobku artykuł na temat obrotu wszech­świata). Wkrótce zadzwonił do kobiety z ofertą pracy na Uni­wer­sy­tecie Geo­r­ge­town w Waszyng­tonie, gdzie mogłaby dalej zajmować się badaniem ruchu galaktyk. Rubin zdając sobie sprawę, że to ostatni dzwonek dla jej kariery naukowej, przy­stała na pro­po­zycję.

Brakuje materii

Robiła niemal to samo co w czasie studiów: ana­li­zo­wała zacho­wanie się galaktyk i wycią­gała wnioski. Tym razem mogła zdziałać o wiele więcej, mając wreszcie dostęp do tele­skopu oraz moż­li­wość wymiany poglądów z takimi osobami jak Kent Ford, Jere­miach Ostriker czy Jim Peebles. Dwaj ostatni ukoń­czyli właśnie kon­tro­wer­syjny artykuł Badania sta­bil­ności spłasz­czo­nych galaktyk, w którym doszli do nie­po­ko­jącej kon­kluzji: skład­niki wszech­świata poru­szają się w sposób cał­ko­wicie nie­ty­powy i nie­zro­zu­miały. Szcze­gólnie nie­po­koiły ich obli­czenia i symu­lacje doty­czące poje­dyn­czych galaktyk. Gdy pusz­czali kom­pu­te­rową galak­tykę w ruch, ta natych­miast zaczy­nała dygotać, aż w końcu się roz­pa­dała. Naukowcy eks­pe­ry­men­to­wali z różnymi kształ­tami i liczbami, ale efekt ciągle był podobny. Zain­try­go­wani posta­no­wili użyć sztuczki, ota­czając galak­tykę sporą ilością masy sta­bi­li­zu­jącej. Halo. Począt­kowo efekt wydawał się mizerny, ale wraz z powięk­sza­niem halo, galak­tyki stawały się coraz sta­bil­niejsze. Nie było tajem­nicą, że poza jasno świe­cą­cymi gwiaz­dami oraz mgła­wi­cami, galak­tyki budują ciem­niejsze gazy i pyły, ale nie możliwe aby zawie­rały one tak wielką, bra­ku­jącą masę!
vera-rubin

Vera Rubin w latach 80.

Skła­małbym pisząc, że problem był całkiem nowy. Na długo przed tym jak Peebles i Ostriker roz­po­częli kariery naukowe, nie­którzy naukowcy zauwa­żyli, że coś jest nie tak. Stan­dar­dowe obli­czenia doty­czące ruchu ciał nie­bie­skich, nie zdawały egzaminu gdy odno­szono je do wielkich struktur, jak gromady galaktyk. Pojawiły się pewne artykuły na ten temat, ale koniec końców, poprze­stano na zasy­gna­li­zo­waniu dylematu. Praw­do­po­dobnie uważano otrzy­mane dane za bardzo niepewne, wyni­ka­jące z jakiegoś błędu. Gorzej gdyby okazało się, że ów problem rze­czy­wi­ście wystę­puje i da się go bez­po­średnio zaob­ser­wować.

Krzywe rotacji galaktyk

Kogóż miało to zain­te­re­sować, jeżeli nie Verę Rubin. Od kil­ku­nastu lat zaj­mo­wała się niemal wyłącznie obser­wo­wa­niem galaktyk. Teraz wystar­czyło skupić się na poje­dyn­czych sztukach i prze­ana­li­zować ich obrót wokół własnej osi. Podjęła się wyzwania i po pewnym czasie była gotowa na opu­bli­ko­wanie wyników: krzywe rotacji kil­ku­dzie­sięciu zba­da­nych galaktyk, były niemal płaskie. Pani astronom znów musiała się czuć jak stu­dentka, która wpadła na coś czego dorosły świat nauki nie zaak­cep­tuje. Aby się upewnić, prze­pro­wa­dzała kolejne badania, lecz spo­strze­żenia pozo­stały takie same.

Problem krzywej rotacji.

Fizyka daje nam sche­ma­tyczny obraz nieba  czym bliżej centrum obraca się dane ciało, tym szybciej się porusza. Spójrzmy na nasz Układ Sło­neczny. Ziemia pędzi po swojej orbicie z pręd­ko­ścią prawie 30 km/s, położony dalej Mars osiąga 25 km/s, a oddalony od Słońca o 7,5 miliarda kilo­me­trów Pluton, krąży z pręd­ko­ścią zaledwie 4,5 km/s. Galak­tyki obser­wo­wane przez Rubin, jak na złość nie działały w ten sposób. Gwiazdy zacho­wy­wały się jakby ktoś je przy­kleił do stałego rusz­to­wania. Nie­za­leżnie od tego czy znaj­do­wały się w centrum, czy na obrze­żach galak­tycz­nego ramienia, poru­szały się z podobną pręd­ko­ścią. Cieszyć się mógł Jim Peebles, gdyż obser­wacje te sta­no­wiły o słusz­ności jego obliczeń. Tym razem nie udało się obalić twier­dzenia Very  obser­wacje były poprawne, a w dodatku współ­grały z nie­po­żą­danym pro­blemem bra­ku­jącej masy. Czegoś we wszech­świecie bra­ko­wało, jakiegoś nie­wi­docz­nego, acz bardzo zna­czą­cego skład­nika.
Nie jestem wystar­cza­jąco bystra, by wiedzieć dlaczego wszech­świat jest właśnie taki, a nie inny.
– Vera Rubin
Świat nauki najpierw nie dowie­rzał, później pani­kował, a w końcu przy­wyknął i wziął się do pracy. Albo wszech­świat zawiera „coś” nie­wi­dzial­nego i to w ogrom­nych ilo­ściach, albo nie mamy pojęcia o dynamice, mecha­nice i gra­wi­tacji. Naukowcy pogo­dzili się z faktem, iż widzimy zaledwie ułamek ota­cza­jącej nas rze­czy­wi­stości. Co jest tym nie­wi­dzialnym budulcem? Co nie emi­tu­ją­cego żadnego pro­mie­nio­wania może posiadać taką masę? To fun­da­men­talne pytanie: jak coś czego nie dostrze­gamy, może być głównym skład­ni­kiem wszech­świata?

Vera Cooper-Rubin zapo­cząt­ko­wała jedno z naj­więk­szych polowań w historii nauki: polo­wanie na ciemną materię. Poszu­ki­wania nadal trwają.
Literatura uzupełniająca
L. Laderman, D. Teresi, Boska Cząstka: Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?, Warszawa 2005; 
R. Panek, Ciemna Strona Wszechświata: W poszukiwaniu brakujących składników rzeczywistości, Warszawa 2011;
J. Peebles, Zrozumieć współczesną kosmologię, „Świat nauki”, marzec 2001.
B. Johnson, Vera Rubin and Dark Matter, [online: http://cwp.library.ucla.edu/articles/rubindm/rubindm.html].
podpis-czarny

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • http://www.blogger.com/profile/11083891526243219482 Trymus

    Ja szpetnie, bo z reklamą (o ile autor się zgodzi).

    Odnawiam Trymheim. Proszę wpadać i komen­tować, jeśli macie ochotę. Pozdra­wiam i liczę z …AAA… na współ­pracę:)

    http://trymheim.blogspot.com/2012/08/okrucienstwo-lewicy-husyckiej.html

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Cieszę się nie­mi­ło­siernie (nawet Twój tekst wyko­pałem). Teraz tylko gotuj jakiś button (naj­le­piej 128×128) – będziemy się wymie­niać.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/11083891526243219482 Trymus

    Na współ­pracę z …AAA… oczy­wi­ście:)

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/07957296510726480255 Kapitan Fitch

    Miło poczytać, że kobiety też mają swój udział w postę­pach nauko­wych.
    A ciemna materia to złośliwa bestia 😉

    Pozdra­wiam!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Nie wiem czy miałaś okazję czytać mój tekst jeszcze ze starego bloga „Cycata fizyka”: http://forum.cdaction.pl/index.php?app=blog&module=display&section=blog&blogid=66&showentry=36179 =).

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/07957296510726480255 Kapitan Fitch

      Ależ oczy­wi­ście! Przyznam się, że poprzedni blog dokładnie prze­czy­tałam od początku do końca 🙂
      Bez waze­li­niar­stwa – pro­wa­dzisz naj­lepszy blog. I dzięki Tobie moje wakacje nie były inte­lek­tu­alną pustynią. Ruszyłam szarymi komór­kami i zain­spi­ro­wana twoimi wpisami zgłę­białam tematy fizyki.
      Ahh! 😀 Koniec mych wywodów.
      Pozdra­wiam!

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    „Gdy przy­chodzi czas wyboru między karierą a rodziną, często wybie­rają to drugie tłumiąc swoje ambicje.” Dzisiaj nie ma wyboru, musisz pracować, bez względu czy chcesz czy nie. O dzie­ciach można pomarzyć… 🙁

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      W zasadzie tak, ale czym innym jest po prostu zarabiać na chleb, a czym innym robić karierę. W polskiej rze­czy­wi­stości normą jest, że oboje rodzice pracują aby wyżywić rodzinę, a matka po dniówce przy­go­to­wuje jedzenie i ogarnia dom. Osiągnąć sukces zawodowy w takich warun­kach nie jest prosto.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/10794809137083463607 Sergi

    Co temat, to mój ulubiony 😀 I jak tu nie kochać fizyki?
    Czapki z głów za research i styl, i – jak zawsze – moar!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: Niewidzialne rusztowanie wszechświata: Ciemna materia | Kwantowo.pl()

  • bbb

    A może po prostu prawa fizyki zależą od skali…. tak jak skali nano obo­wią­zują dziwne prawa fizyki kwan­towej tak może w skali giga też obo­wią­zuje jakaś inna fizyka???

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Zoria

      Właśnie to przeszło mi przez myśl! 

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • discord

      Tak i nie. Twoje stwier­dzenie jest oczy­wi­sto­ścią, bo tak jest- znamy „osobne” prawa do makro i mikro świata, „nasza” skala i „nasza” fizyka jest przy­bli­że­niem. I nie – prawa fizyki muszą być spójne, widać to nasze modele szwan­kuja.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Grzegorz Gregor

    Mądra, dzielna kobieta. Szy­ka­no­wana przez uwczesny esta­bli­sh­nent naukowo – orto­dok­syjny. Ale
    Nauka jest od tego aby przy­znawać ludziom rację i przy­znawać się do błędów.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • mmm

    Sama treść artykułu fan­ta­styczna, ale pomy­ślcie nad jakąś korektą, bo mózg boli od źle posta­wio­nych prze­cinków lub ich braku. 🙁

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0