Poznaliśmy tegorocznych noblistów w dziedzinie fizyki. Tym razem Sztokholm docenił badania kosmosu, przyznając wyróżnienie astronomom – Michaelowi Mayorowi i Didierowi Quelozowi, a także architektowi współczesnej kosmologii – Jamesowi Peeblesowi.

Wszech­świat jest, łagodnie mówiąc, układem skom­pli­ko­wa­nym i naiw­no­ścią byłoby przy­pusz­czać, że w naj­bliż­szym czasie zabrak­nie owocnych tematów badań nauko­wych.

Jim Peebles

Długo trwało zanim uczeni zgłę­bia­jący tajem­nice kosmosu zaczęli być przez Komisję Noblow­ską trak­to­wani poważnie. W całej 118-letniej historii Nobla, wyróż­nie­nia dla astro­no­mów, radio­astro­no­mów, astro­fi­zy­ków oraz kosmo­lo­gów dałoby się zliczyć na palcach jednej ręki. Na całe szczę­ście w ostat­nich latach coś drgnęło, a badania wszech­świata cieszą się coraz większym uznaniem. I tak, w 2006 roku przy­znano Nobla za analizę ani­zo­tro­pii mikro­fa­lo­wego pro­mie­nio­wa­nia tła, w 2011 nagro­dzono pomiary tempa eks­pan­sji wszech­świata, zaś w 2017 laur powę­dro­wał do odkryw­ców fal gra­wi­ta­cyj­nych.

Nobel za rok 2019 przypadł w połowie Jimowi Peeble­sowi – za olbrzymi wkład w rozwój kosmo­lo­gii – podczas gdy drugą “połówką” podzie­lili się Michael Mayor i Didier Queloz, którzy odkryli planetę Dimidium w układzie 51 Pegasi. Wyróż­nie­nie dla Szwaj­ca­rów niesie ze sobą pewną kon­tro­wer­sję. Zare­je­stro­wali oni pierwszą egzo­pla­netę krążącą wokół gwiazdy ciągu głównego podobnej Słońcu, jednak nie pierwszą w ogóle. Jak wszyscy dosko­nale wiemy, dokonał tego Alek­san­der Wolsz­czan, ana­li­zu­jący sygnały pulsara PSR 1257+12.

Dlaczego praca Mayora i Queloza zyskała większe uznanie? Nie chcę spe­ku­lo­wać, więc zamiast tego skupię się dziś na tym lau­re­acie, którego wkład w naukę nie powinien budzić wąt­pli­wo­ści. Nie piszę tego wyłącz­nie dla kur­tu­azji. Zaledwie kilka miesięcy temu miałem spo­sob­ność powo­ły­wa­nia się na auto­ry­tet Jamesa Peeblesa i omyłkowo nazwałem go w tekście “noblistą”. Oczy­wi­ście błąd został mi szybko wytknięty w komen­ta­rzach, ale jak widać miałem nosa, a kana­dyj­ski kosmolog doczekał się swojej wielkiej chwili.

Philip James Edwin Peebles, noblista w dzie­dzi­nie fizyki za rok 2019.

Dlaczego Peeble­sowi Nobel należał się jak psu zupa? Oto dwa dobre i jeden taki sobie powód.

Bo przewidział promieniowanie reliktowe

W 1978 roku teo­re­tycy dostali solid­nego kopa w kroczę. Nagrodą Nobla w dzie­dzi­nie fizyki powę­dro­wała w ręce Arno Penziasa oraz Roberta Woodrowa Wilsona, którzy kil­ka­na­ście lat wcze­śniej jako pierwsi zare­je­stro­wali mikro­fa­lowe pro­mie­nio­wa­nie tła. Wydaje się, że trudno o mniej kon­tro­wer­syjne osią­gnię­cie. Oto udało się wyłapać leciutki szum wyemi­to­wany niedługo po wielkim wybuchu. Sęk w tym, że dwaj inży­nie­ro­wie Labo­ra­to­riów Bella wcale nie zamie­rzali zaglądać naturze pod spódnicę, a tajem­ni­cze fale elek­tro­ma­gne­tyczne potrak­to­wali jako… pospo­lite zakłó­ce­nie. Raz po raz kali­bro­wali sprzęt, owijali złącza taśmą alu­mi­niową, sprzą­tali gołębie odchody – lecz dobie­ga­jący z każdej strony złośliwy sygnał nie ustę­po­wał. Po kilku mie­sią­cach roz­wią­za­nie znalazło się samo. Podczas przy­pad­ko­wej rozmowy z zaprzy­jaź­nio­nym radio­astro­no­mem, Penzias dowie­dział się, że szumu mikro­fa­lo­wego o podobnej cha­rak­te­ry­styce z jakiegoś powodu poszu­kują fizycy z pobli­skiego Uni­wer­sy­tetu w Prin­ce­ton.

Tymi uczonymi byli Robert Dicke i młodszy Jim Peebles. Kilka lat wcze­śniej wybitny teoretyk George Gamow zasu­ge­ro­wał, że jeśli wszech­świat w swej młodości był gęsty i gorący, to całą prze­strzeń powinna obecnie wypeł­niać jakaś forma pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego. Jego koledzy z Prin­ce­ton poczy­nili obli­cze­nia i nadali tej kon­cep­cji kon­kret­nych kształ­tów. Peebles zajął się przy­pusz­czalną tem­pe­ra­turą tła, która po kil­ku­na­stu miliar­dach lat musiała wynosić mniej niż 5K (obecnie wiemy, że to 2,7K). Kropką nad “i” miało być prze­pro­wa­dze­nie obser­wa­cji przez wzno­szony w kampusie Prin­ce­ton radio­te­le­skop. Tuż przed roz­po­czę­ciem badań Dicke odebrał telefon od Penziasa, który poin­for­mo­wał go o szczę­śli­wym odkryciu.

Mikrofalowe promieniowanie tła
“Mapa wszech­świata” na pod­sta­wie mikro­fa­lo­wego pro­mie­nio­wa­nia tła.

Dane nie pozo­sta­wiały złudzeń: dwóm mło­dzień­com z Labo­ra­to­riów Bella przypadł zaszczyt odna­le­zie­nia Świętego Graala kosmo­lo­gów. Przy­pad­kiem trafili na naj­waż­niej­szy dowód potwier­dza­jący popraw­ność teorii wiel­kiego wybuchu. Bez­dy­sku­syj­nie zasłu­żyli na swoje miejsce w historii nauki. Jed­no­cze­śnie trudno się wyzbyć wrażenia, że decyzja o przy­zna­niu im Nobla przy zupełnym pomi­nię­ciu Gamowa, Dicke’a oraz Peeblesa, była nieco krzyw­dząca.

Bo policzył z czego składa się wszechświat

Kilka miesięcy temu opu­bli­ko­wa­łem tekst, w którym starałem się przed­sta­wić pokrótce, co i w jakich pro­por­cjach składa się na zawar­tość wszech­świata. Nie mógłby on powstać gdyby nie szcze­gó­łowe dane zaczerp­nięte z jednej z naj­cie­kaw­szych publi­ka­cji nauko­wych, jakie kie­dy­kol­wiek wpadły mi w ręce: The Cosmic Energy Inven­tory, autor­stwa Masataki Fukugity i Jamesa Peeblesa. Jak wskazuje sam tytuł, duet podjął się hero­icz­nego wysiłku, doko­nu­jąc prze­glądu współ­cze­snych teorii kosmo­lo­gicz­nych, tworząc na tej pod­sta­wie spis powszechny wszyst­kich ele­men­tów skła­do­wych wszech­świata. Naprawdę wszyst­kich, bez wyjątku. Fizycy uwzględ­nili wszelkie znane formy materii, każdy rodzaj pro­mie­nio­wa­nia i całą ist­nie­jącą energię.

Materia barionowa we wszechświecie

Dlaczego to takie świetne? Jeżeli mie­li­ście do czy­nie­nia z jaką­kol­wiek książką o kosmo­lo­gii, zapewne sły­sze­li­ście, że główną osnowę wszech­świata stanowią ciemna energia oraz ciemna materia. Jednak mało kto kon­kre­ty­zuje co dokład­nie kryje pozo­stałe ~5%. Z pracy Peeblesa i Fukugity dowia­du­jemy się, że więk­szość “zwykłej” materii bario­no­wej przyj­muje cha­rak­ter roz­rze­dzo­nego medium wypeł­nia­ją­cego prze­strzeń mię­dzy­ga­lak­tyczną. Wszyst­kie gwiazdy wraz z układami pla­ne­tar­nymi, to śmieszne 0,15% ogólnego kosmicz­nego bilansu masy/energii. Białe karły 0,036%. Czarne dziury 0,007%. Gwiazdy neu­tro­nowe 0,005%. I tak dalej. Fizycy wzięli w rachubę nawet takie szcze­góły, jak energię wypro­mie­nio­wy­waną przez gwiazdy czy masę kosmicz­nych neutrin – wszystko, co powinno wpłynąć na ewolucję wszech­świata. To robi wrażenie i porząd­kuje aktualną wiedzę, zawartą w modelu λCDM.

Bo dostrzegł łapska ciemnej materii

Wiecie kto jako pierwszy rzucił pomysłem ciemnej materii? Fritz Zwicky. Kto dokonał pierw­szych obser­wa­cji, wska­zu­ją­cych na zatrwa­ża­jące braki w widocz­nej masie wszech­świata? Vera Rubin. A kto wziął na siebie ciężar wyliczeń, symu­la­cji i stwo­rze­nia pierw­szych modeli uwzględ­nia­ją­cych obecność ciemnej materii? Jim Peebles.

W latach 70. nasz noblista nawiązał nad­zwy­czaj udaną współ­pracę z Jere­mia­hem Ostri­ke­rem. Obaj panowie opu­bli­ko­wali wspólnie dzie­siątki prac, z których część do chwili obecnej stanowi kanon wiedzy o budowie i procesie powsta­wa­nia galaktyk.

Pro­wa­dząc badania, uczeni musieli w końcu (podobnie do Very Rubin) zmierzyć się z tzw. pro­ble­mem krzywej rotacji. Analizy wyka­zy­wały, że przy znanych war­to­ściach energii kine­tycz­nej i siły gra­wi­ta­cji (kry­te­rium Ostri­kera-Peeblesa), dyski galak­tyczne wyka­zy­wały kom­pletny brak sta­bil­no­ści. Ich masy sza­co­wane wyłącz­nie w oparciu o gwiazdy i znaną nam, “świecącą” materię, wyglą­dały na zde­cy­do­wa­nie zbyt niskie. Jako, że Peebles i Ostriker dosko­nale znali kon­cep­cję Zwicky’ego, a także regu­lar­nie wymie­niali poglądy z Rubin, odważyli się wpro­wa­dzić do równań nowa­tor­skie poprawki. Swój artykuł zaczęli w iście hitch­coc­kow­skim stylu: “Istnieją dowody, rosnące w liczbie i jakości, aby sądzić, że masy zwykłych galaktyk mogą być nie­do­sza­co­wane 10 lub więcej razy”.

Chociaż z defi­ni­cji ciemna materia jest nie­wi­dzialna, to możemy zaob­ser­wo­wać jak jej gra­wi­ta­cja defor­muje obraz leżących dalej obiektów.

Co prawda uczeni nieco prze­sa­dzili w swoich rachun­kach, ale co do zasady trafili w sedno. Dodając do galak­tycz­nego halo sporo dodat­ko­wej masy, modele mate­ma­tyczne zaczęły odpo­wia­dać temu, co obser­wu­jemy w przy­ro­dzie. Mimo począt­ko­wego oporu, za sprawą kolej­nych badań i odkryć (zwłasz­cza dzięki soczew­ko­wa­niu gra­wi­ta­cyj­nemu) kon­cep­cja bra­ku­ją­cej masy zado­mo­wiła się we współ­cze­snej nauce. Obecnie nie pytamy już, czy ciemna materia istnieje, lecz czym są cząstki, które ją budują?


Oczy­wi­ście to tylko część pokaź­nego dorobku Jima Peeblesa. Kana­dyj­czyk należy do nie­do­ce­nia­nej kate­go­rii uczonych, którzy może nie mieli szczę­ścia do samo­dziel­nego osza­ła­mia­ją­cego odkrycia, ale suk­ce­syw­nie posze­rzali swoją dzie­dzinę, maczając palce w niemal każdej istotnej kon­cep­cji. Bez względu na to czy weź­mie­cie do ręki pod­ręcz­nik poświę­cony wiel­kiemu wybu­chowi, ciemnej materii, ciemnej energii, modelom kosmo­lo­gicz­nym czy sce­na­riu­szom przy­szło­ści wszech­świata – bez wąt­pie­nia w końcu traficie na nazwisko świeżo upie­czo­nego noblisty.

Literatura uzupełniająca:
N. deGrasse Tyson, M. Strauss, R. Gott, Witamy we wszechświecie. Podróż astrofizyczna, przeł. J. Bieroń, Poznań 2019;
P. Halpern, Nasz inny wszechświat. Poza kosmiczny horyzont i dalej, przeł. J. Popowski, Warszawa 2012;
S. Hawking, L. Mlodinov, Jeszcze krótsza historia czasu, przeł. J. Bieroń, Warszawa 2015;
J. Peebles, M. Fukugita, The Cosmic Energy Inventory, [online: https://ned.ipac.caltech.edu/level5/March04/Fukugita/frames.html];
J. de Swart, G. Bertone1, J. van Dongen, How Dark Matter Came to Matter, [online: http://philsci-archive.pitt.edu/13002/1/deSwartBertoneVanDongen_NatureAstronomy_PrePrint.pdf].
  • Wojciech Nie­wia­dom­ski

    Mało bra­ko­wało — a mie­li­by­śmy 13 lat temu śp. prof. Bohdana Paczyń­skiego z Noblem.
    Nadal czekamy na Wolsz­czana.

    • Michał Skichał

      Dla mnie ten Nobel jest bardzo kon­tro­wer­syjny. Nie podoba mi się. Abs­tra­hu­jąc od Peeblesa,to po pierwsze, nie wiem, czy odkrycie planety poza­sło­necz­nej w ogóle jest to coś, za co powinno się przyznać tej rangi nagrodę. Po drugie, jeżeli już przy­zna­jemy Nobla za planetę poza­sło­neczną, to czy akurat ta dwójka jest dobrym wyborem. Po trzecie, i na to chciał­bym w szcze­gól­no­ści zwrócić uwagę, jeżeli już przy­zna­jemy Nobla za planetę poza­sło­neczną, i przy­zna­jemy tę nagrodę tej dwójce, to jako trzeci laureat winien być właśnie Wlosz­czan.

      Ktoś może mi zarzucać, że kieruję się dumnym i komicz­nie poj­mo­wa­nym patrio­ty­zmem, że niby to coś podob­nego do naro­do­wej żałoby w USA po zmianie statusu Plutona. Ale nie o to mi chodzi, że mogliśmy mieć naresz­cie Pol­skiego noblistę w tej naj­bar­dziej war­to­ścio­wej i pre­sti­żo­wej kate­go­rii, a więc za fizykę lub medycynę, a nie za sztukę (pozwolę sobie do tej kate­go­rii zaliczyć także nagrody pokojowe). Chodzi po prostu o zwykłą logikę, szacunek i tradycję. Tra­dy­cyj­nie nagrody przy­znaje się temu, kto pierwszy. Dla przy­kładu, nagrody Nobla nie przy­znano temu, kto zmi­nia­tu­ry­zo­wał tran­zy­stor, albo temu, kto wymyślił tran­zy­stor nie­bie­ski, bo akurat taki się podoba, ale temu, kto go wymyślił i zre­ali­zo­wał jako pierwszy. A kto jako pierwszy odkrył planetę poza­sło­neczną? To właśnie odkrycie stało się prze­ło­mem, to ono pokazało homo sapiens, że tak, jak się domy­ślamy, w kosmosie naj­pew­niej istnieją inne światy, które mogą być zamiesz­kałe choćby tylko poten­cjal­nie, tj. czekając, aż kolo­ni­ści z Ziemi tam wylądują i założą bazę, jeżeli innego życia we wszech­świe­cie nie ma. Oczy­wi­ście nie było to odkrycie bez­po­śred­nie, a jedynie domysł — bo taka była meto­do­lo­gia Wlosz­czana i tak też więk­szość planet poza­sło­necz­nych po dziś dzień odkry­wamy, pośred­nio, jedynie domy­śla­jąc się, ana­li­zu­jąc dane i inter­pre­tu­jąc je, że zapewne to planeta. Gdyby to zależało ode mnie, to jak już miałbym dawać Nobla za planetę poza­sło­neczną, to właśnie dałbym Wlosz­cza­nowi za pierw­szeń­stwo, a czy komuś jeszcze? Hm… być może… pewnie tak… tak. Zde­cy­do­wa­nie! Ale nie tym dwóm, bo ich odkrycie niczego cie­ka­wego nie wniosło. Przecież to oczy­wi­ste, że planeta krąży wokół zwykłej, typowej gwiazdy!To już Wlosz­czan był bardziej sen­sa­cyjny, bo kto w ogóle by wymyślił, aby planeta krążyła wokół pulsara? To wciąż wydaje się nie­praw­do­po­dobne! Tak więc ja bym tym dwóm nic nie dał, ale uwzględ­nił­bym tych, którzy jako pierwsi wykryli planetę poza­sło­neczną metodą obser­wa­cyjną, a nie pośred­nią! Bo to takie odkrycie pokazało już bez­sprzecz­nie, że w kosmosie są inne planety, gdyby ktoś miał jakieś wąt­pli­wo­ści odnośnie pośred­niego odkry­wa­nia planet z wnio­sko­wa­nia z krzywej blasku, czy zmian dop­ple­row­skich jakiejś gwiazdy. Dlatego temu Noblowi mówię NIE. Ten Nobel jest jakiś nie­prze­my­ślany, nie­ele­gancki, nie­kul­tu­ralny, brzydki, fuj.

      • Teresa

        Polska jest dzisiaj z wia­do­mych przyczyn raczej żle widzia­nym krajem. Zasta­na­wiam­się, czy to nie ma jakiegoś wpływu na taki czy inny wybór kan­dy­data do nagrody.

      • zły porucz­nik

        Naj­faj­niej by było gdyby w tym roku uho­no­ro­wano trzech astro­no­mów od egzo­pla­net, w tym Wolsz­czana. Byłoby “spra­wie­dli­wie”. Mayor i Queloz odkryli jednak pierwszą planetę wykrytą za pomocą metody pomiaru zmian pręd­ko­ści radial­nych. To druga, po metodzie tran­zy­tów, pod względem popu­lar­no­ści. i to wokół gwiazdy podobnej do Słonca, a to zawsze działa na wyobraź­nie. Odkryt ona­to­ma­ist planety chyba tylko wokół 7(?) pulsarów więc to znikomy ułamek odkryć, choć wagi odkryć Wol­sczana abso­lut­nie nie mozna depre­cjo­no­wać — w końcu jako pierwszy udo­wod­nił istnie egzo­pla­net.
        Byc może zaważyła od tym prze­szośc Wolsz­czana, jego współ­praca z SB. Ponoć Komitet, jest na to wraż­li­wiy. Dowiemy się­pew­nie za 50 lat , gdy odtajnią archiwa.

      • Michał Skichał

        Zawsze możemy się jeszcze cieszyć z Olgi Tokar­czuk 😉

  • Józef Gelbard

    Myśle, że nale­ża­łoby wspo­mnieć także Jakowa Zeldo­wi­cza ze Związku Radziec­kiego (już nie­ży­ją­cego), który prze­pro­wa­dził podobne obli­cze­nia para­me­trów pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego. Nie można też baga­te­li­zo­wać zasługi George Gamowa, który jako pierwszy (pod koniec lat czter­dzie­stych) prze­wi­dział moż­li­wość ist­nie­nia tego pro­mie­nio­wa­nia i wraz z Alpherem i Hermanem osza­co­wali dość trafnie dl. fali tego pro­mie­nio­wa­nia. Wlaśnie Gamow przyjął i to z wyprze­dze­niem kil­ku­na­stu lat, moż­li­wość ist­nie­nia pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego i w dodatku, że jest to pro­mie­nio­wa­nie cieplne, tak, jak pro­mie­nio­wa­nie ciała dosko­nale czarnego. Odpo­wied­nich obliczeń dokonali też w począt­kach lat sześć­dzie­sią­tych, Zeldo­wicz i Dicke. Nie po to piszę, by umniej­szać zasługi Peeblesa. To wprost akt spra­wie­dli­wo­ści. To jedna z bardziej udanych decyzji Komisji Noblow­skiej.

  • Jotek

    Mogli dać Nobla również Wolsz­cza­nowi (czyli dosta­liby we czwórkę) i nie byłoby kon­tro­wer­sji, a wszyscy byliby zado­wo­leni.

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      W jednej dzie­dzi­nie, tra­dy­cyj­nie nagrodą mogą się dzielić najwyżej trzy osoby.

      • Jotek

        Hmm…
        Mam nadzieję, że tych troje nobli­stów wie co robi i że naprawdę należą im się te Noble bardziej niż Wolsz­cza­nowi (ja tego ocenić nie potrafię).
        Bo jeśli byłoby inaczej.. to ludzie takiego pokroju powinni mieć odwagę i sumienie, aby jakoś odnieść się do tego.
        Ja przy­naj­mniej nie miałbym sumienia, aby odbierać w pełni taką nagrodę, jeśli wiedziałbym/wierzyłbym, że nie tylko mi się ona należy.

  • Dominik Kurek

    Czyli wbrew częstej opinii, możliwa była NN za odna­le­zie­nie poza­sło­necz­nych planet. Pomi­nię­cie pol­skiego pro­fe­sora to duże nie­po­ro­zu­mie­nie. Dokonał przecież. co prawda przy­pad­kowo,
    prze­ło­mo­wego odkrycia :-/