James Peebles: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2019

Κατά τη διάρκεια της συνέντευξης Τύπου που δόθηκε με αφορμή το Νόμπελ Φυσικής του 2019 που έλαβε ο αστροφυσικός, αστρονόμος και θεωρητικός κοσμολόγος του Princeton James Peebles (1935), κλήθηκε να επισημάνει μια μοναδική ανακάλυψη ή μια σημαντική ανακάλυψη του στη μακρά καριέρα του που θα του έδινε το βραβείο. Ο Peebles όμως απάντησε : «Είναι έργο ζωής». O Peebles έχει κάνει πολλές σημαντικές συνεισφορές στο μοντέλο toy Big Bang . Με τον Dicke και άλλους (περίπου δύο δεκαετίες μετά τους George Gamow , Ralph Alpher και Robert Herman), ο Peebles προέβλεψε την Kοσμική Mικροκυματική Aκτινοβολία Yποβάθρου. Μαζί με τη σημαντική συμβολή του στη νουκλεοσύνθεση του Big Bang , τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, ήταν ο κορυφαίος πρωτοπόρος στη θεωρία του σχηματισμού των κοσμικών δομών στη δεκαετία του 1970. 

Αυτή είναι μια τέλεια περιγραφή της συμβολής του στην κατανόηση του σύμπαντος. Η καριέρα του είναι τόσο επιδραστική που αναγνωρίζεται ευρέως ως ένας από τους βασικούς αρχιτέκτονες του τομέα της κοσμολογίας, της μελέτης της προέλευσης, της δομής και της εξέλιξης του σύμπαντος.  

Η ερευνητική σταδιοδρομία του Peebles ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Ο Καναδός επιστήμονας πήρε το πτυχίο του στο Πανεπιστήμιο της Μανιτόμπα και αργότερα απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα στην ομάδα του Robert Dicke στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον το 1962. Παρέμεινε εκεί από τότε. Ο Peebles κατέχει τώρα τον τίτλο του Albert Einstein καθηγητή της επιστήμης στο Princeton. 

Στη δεκαετία του 1960, η ομάδα του Dicke ασχολήθηκε με τις θεωρητικές προβλέψεις – και τις αντίστοιχες παρατηρησιακές συνέπειες – για την κατάσταση του «αρχέγονου» σύμπαντος, τη φάση αμέσως μετά το Big Bang που κράτησε μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Εκείνη την εποχή η θεωρία του Big Bang για τη διαμόρφωση του σύμπαντος δεν ήταν ακόμη πλήρως αποδεκτή, παρά τις παρατηρητικές αποδείξεις ότι οι γαλαξίες απομακρύνονταν ο ένας από τον άλλο. 

Η ομάδα του Dicke εργάζονταν πάνω στη θεωρία για το εάν το σύμπαν επεκτεινόταν, τότε θα έπρεπε να ήταν πολύ μικρότερο, θερμότερο και πυκνότερο κατά το παρελθόν. Η πρόβλεψη ήταν ότι η θερμική ακτινοβολία από αυτή την εποχή θα μπορούσε ακόμα να παρατηρηθεί σήμερα ως ακτινοβολία υποβάθρου που διεισδύει σε όλο το σύμπαν. Η ομάδα στο Princeton σχεδίαζε επίσης εργαλεία για να την εντοπίσει. 

Εν τω μεταξύ, ο Arno Penzias και ο Robert Wilson, που εργάζονταν στα εργαστήρια Bell (επίσης στο New Jersey), είχαν εντοπίσει ένα ασυνήθιστο συνεχές θόρυβο στο πείραμά τους. Διερευνούσαν τη χρήση μπαλονιών σε μεγάλα υψόμετρα «για να συλλαμβάνουν ραδιοκύματα», ένα είδος πρώιμης δορυφορικής επικοινωνίας. 

Όταν οι Penzias και Wilson προσέγγισαν την ομάδα του Dicke για συμβουλές, κατέστη σαφές ότι ανίχνευσαν πραγματικά την ακτινοβολία υπόβαθρου. Το ονομάζουμε κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB) επειδή η ακτινοβολία εστιάζεται στο τμήμα μικροκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. 

Ένας χάρτης της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου του σύμπαντος

Και οι δημοσιεύσεις που προέκυψαν ήταν αναμφισβήτητα η γέννηση του πεδίου της παρατηρησιακής κοσμολογία, ένας κλάδος της φυσικής που έχει φέρει επανάσταση στην άποψή μας για τον Κόσμο και τον Τόπο μας μέσα σε αυτόν. Ο Peebles διαδραμάτισε κεντρικό ρόλο στη θεωρητική μας κατανόηση του αρχέγονου σύμπαντος και της εξέλιξής του, αλλά αναγνώρισε επίσης ότι η CMB ήταν ένας θησαυρός πληροφοριών που θα μπορούσε να λεηλατηθεί. Συγκεκριμένα, περιέχει ενδείξεις για το σχηματισμό κοσμικών δομών – τους γαλαξίες – και μάλιστα ενδείξεις για τη θεμελιώδη φύση του ίδιου του σύμπαντος. 

Μεγάλο μέρος του έργου του Peebles έχει επικεντρωθεί στην κατανόηση της εμφάνισης και της ανάπτυξης της δομής στο σύμπαν από τις σχετικά ομαλές πρωταρχικές συνθήκες που κωδικοποιούνται μέσα στην CMB. Στη διαδικασία αυτή βοήθησε να οριστεί ένα ολόκληρο πεδίο σπουδών. 

Για παράδειγμα, στις αρχές της δεκαετίας του 1970, ήταν ένας από τους πρώτους που διενήργησε προσομοιώσεις υπολογιστών για το σχηματισμό κοσμικών δομών, μια πρακτική που είναι ένας ολόκληρος κλάδος της έρευνας σήμερα, όπου οι κοσμολόγοι διερευνούν το σύμπαν. 

Σκοτεινή ύλη

Ο Peebles βοήθησε επίσης να τεθεί το «σκοτεινό τμήμα» στο μοντέλο του σύμπαντος, με αποτέλεσμα να γίνει πρωτοπόρος του ( συνηθισμένου τώρα) κοσμολογικού μοντέλου . Στο μοντέλο αυτό, το σύμπαν κυριαρχείται από μυστηριώδεις μορφές ύλης και ενέργειας που δεν καταλαβαίνουμε ακόμη πλήρως, αλλά η ύπαρξη των οποίων υποστηρίζεται από στοιχεία παρατήρησης. Η φυσιολογική ύλη έχει τώρα σχεδόν αμελητέα κοσμική σημασία σε σχέση με αυτή τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια. 

Ο Jim Peebles έχει δημιουργήσει ένα τόσο απέραντο πεδίο εργασίας που είναι αδύνατο να τα επισημάνουμε όλα. Σε μία από τις σημαντικότερες δημοσιεύσεις του, συνέδεσε τις λεπτές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας CMB – οι οποίες αντικατοπτρίζουν τις κυματισμούς στην πυκνότητα της ύλης λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη – με τον τρόπο με τον οποίο η ύλη κατανέμεται σε μεγάλη κλίμακα στο παρόν σύμπαν. Η σχέση αυτή υπάρχει επειδή όλη η δομή που βλέπουμε γύρω μας σήμερα πρέπει να έχει αναπτυχθεί μέσα από την εξέλιξη αυτών των αρχέγονων σπόρων. 

Ο Peebles προώθησε την έννοια μιας συνιστώσας σκοτεινής ύλης στο σύμπαν και τις επιπτώσεις της για την εξέλιξη της δομής. Μέσω αυτής και άλλων εργασιών, βοήθησε στη δημιουργία του θεωρητικού πλαισίου για την εικόνα που έχουμε για το πώς σχηματίστηκαν και εξελίχθηκαν οι γαλαξίες. Και κατέδειξε πώς οι παρατηρήσεις της CMB και η κατανομή των γαλαξιών θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως τεκμήρια για να μετρηθούν οι βασικές κοσμολογικές παράμετροι, οι αριθμοί που εμφανίζονται στις εξισώσεις που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε τη φύση του σύμπαντος. 

Η επιρροή του Peebles δεν τελειώνει εκεί. Εκτός από τις μνημειώδεις συνεισφορές του στη θεμελιώδη έρευνα, που καλύπτουν την CMB, τη σκοτεινή ύλη, τη σκοτεινή ενέργεια, τον πληθωρισμό, τη νουκλεοσύνθεση , τον σχηματισμό δομών και την εξέλιξη των γαλαξιών, τα βιβλία του έχουν μορφώσει γενιές κοσμολόγων. Θα το κάνουν και για τα επόμενα χρόνια. Οι Αρχές Φυσικής Κοσμολογίας του βρίσκονται σε κάθε βιβλιοθήκη. 

Στη διάσκεψη Τύπου του Νομπέλ, ο Peebles ήθελε να τονίσει ότι δεν δούλεψε μόνος του. Αλλά για να πούμε την αλήθεια ήταν σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνος για τη διαμόρφωση της κατανόησης του σύμπαντος που έχουμε σήμερα. 

Βραβεία
Eddington μετάλλιο (1981)
Βραβείο Heineman (1982)
Bruce μετάλλιο (1995)
Χρυσό Μετάλλιο της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (1998)
Βραβείο Gruber (2000)
Βραβείο Harvey (2001)
Βραβείο Shaw (2004)
Βραβείο Crafoord (2005)
Dirac μετάλλιο (2013)
Βραβείο Νόμπελ στη Φυσική (2019) 

ΠΗΓΗ: physics4u