George F. Smoot — Nobelovec 2006, pionir projekta COBE in kozmologije
George Fitzgerald Smoot III (rojen 20. februarja 1945) je ameriški profesor astrofizike in kozmologije. Leta 2006 je prejel Nobelovo nagrado za fiziko skupaj z Johnom C. Matherjem za svoje ključno delo pri satelitskem projektu COBE (Cosmic Background Explorer). S pomočjo instrumentov na COBE so znanstveniki natančno izmerili spekter kozmičnega mikrovalovnega ozadja in odkrili drobne temperaturne nepravilnosti (anizotropije), kar je močno podprlo standardni model velikega poka in razumevanje nastanka velikih struktur v vesolju.
V izvirnem opisu je omenjeno, da je delo omogočilo boljše merjenje črnih lukenj in kozmičnega sevanja. To ni povsem natančno: glavni prispevek projekta COBE ni bilo neposredno merjenje črnih lukenj, temveč zelo natančno merjenje spektra kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB) in odkritje majhnih temperaturnih nihanj tega ozadja. COBE je zato potrdil, da je CMB skoraj popoln spekter črnega telesa in hkrati izmeril ključne anizotropije, ki so semena kasnejšega nastanka galaksij in galaktičnih gup.
COBE in prispevki k kozmologiji
Satelit COBE, izstreljen leta 1989, je nosil več instrumentov, med katerimi sta bila pomembna FIRAS (Far Infrared Absolute Spectrophotometer) za merjenje spektra in DMR (Differential Microwave Radiometers) za odkrivanje temperaturnih nihanj. Pod vodstvom znanstvenikov, med njimi Georga Smoota, je COBE natančno izmeril, da je spekter CMB izjemno dobro opisan s spektrom črnega telesa, kar je močan dokaz za teorijo velikega poka. Hkrati je Smootova skupina v podatkih DMR odkrila drobne anizotropije (temperaturne razlike v redosledu nekaj deset mikrokelvinov), ki pojasnjujejo poznejši nastanek strukture v vesolju.
Znanstvena in praktična vrednost odkritij
Ukaz odkritja anizotropij je imel več pomembnih posledic:
- Potrditev in natančna kvantifikacija modela velikega poka.
- Dajanje začetnih pogojev za simulacije nastanka in rasti struktur (galaksij, gromad galaksij).
- Vzpostavitev kozmologije kot natančne, kvantitativne znanosti — kar je v obrazložitvi Nobelovega odbora posebej poudarjeno.
Kariera in nagrade
Profesor Smoot je zaposlen na oddelku za fiziko Univerze Kalifornije v Berkeleyju in je sodeloval tudi z raziskovalnimi inštituti ter laboratoriji, kjer je delal na eksperimentalnih meritvah kozmoloških signalov. Leta 2003 je prejel Einsteinovo medaljo za prispevke k razumevanju Kozmičnega mikrovalovnega ozadja in s tem povezanih opazovanj.
Pomen za širšo javnost in nadaljnje raziskave
Odkritja COBE so odprla pot nadaljnjim satelitom in poskusom, kot so WMAP in Planck, ki so merili CMB z veliko večjo ločljivostjo in občutljivostjo. Rezultati teh misij so še dodatno izboljšali določitev kozmoloških parametrov (na primer starost vesolja, delež temne snovi in temne energije) in potrdili temeljne značilnosti modela velikega poka.
George F. Smoot ostaja pomembna osebnost v sodobni kozmologiji, znan po svojih eksperimentalnih prispevkih, pojasnjevanju pomena rezultatov za javnost in po delu, ki je kozmologijo utrdilo kot natančno eksperimentalno znanost.
Zgodnje življenje
Izobraževanje
Profesor Smoot se je rodil v Yukonu na Floridi. Do leta 1962 je obiskoval srednjo šolo Upper Arlington v mestu Upper Arlington v Ohiu. Nekaj časa je študiral matematiko, nato pa je odšel na Tehnološki inštitut Massachusetts, kjer je leta 1966 prejel dve diplomi iz matematike in fizike, leta 1970 pa doktorat iz fizike delcev.
Smootov bratranec Oliver R. Smoot je prav tako študiral na Massachusetts Institute of Technology (MIT) in je zaslovel s Smootovo meritvijo Harvardskega mostu med Cambridgeom in Bostonom. Dolžina "Smoot" je bila na mostu z barvo označena več kot 360-krat in jo vsako leto znova pobarvajo. Oliver je pozneje delal kot predsednik Ameriškega nacionalnega inštituta za standarde.
Zgodnje raziskave
Profesor Smoot je začel preučevati kozmologijo in odšel v Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley, kjer je skupaj z Luisom Walterjem Alvarezom sodeloval pri eksperimentu HAPPE, visokem vremenskem balonu za odkrivanje antimaterije v zgornjih plasteh atmosfere.
Nato se je začel zanimati za mikrovalove v kozmičnem sevanju, ki sta jih leta 1964 odkrila Arno Allan Penzias in Robert Woodrow Wilson. To delo je dalo nove dokaze o tem, iz česa je sestavljeno vesolje. Nekateri raziskovalci so menili, da se vesolje vrti, kar bi pomenilo, da bi se temperatura mikrovalov pri merjenju pod različnimi koti zdela različna. S pomočjo Alvareza in Richarda A. Mullerja je profesor Smoot razvil radiometer za merjenje razlike v temperaturi pod dvema kotoma, oddaljenima 60 stopinj. Radiometer so namestili na vrh letala Lockheed U-2, vendar so meritve pokazale, da se vesolje ne vrti. Vendar je zaznal še eno razliko v mikrovalovni temperaturi na eni strani neba. To so poimenovali dipolni vzorec in Dopplerjev učinek gibanja Zemlje. Dopplerjev učinek se pojavi, ker se Sonce in Mlečna cesta gibljeta s hitrostjo skoraj 600 km/s. Menijo, da je to posledica gravitacije Velikega privlačevalca.
COBE
Meritve z radiometrom so pokazale, da se ena stran neba razlikuje od druge, vendar je bilo to presenetljivo, saj je bilo pričakovati, da bo po vsem nebu veliko razlik. Smoot se je konec sedemdesetih let prejšnjega stoletja ukvarjal z iskanjem teh manjših razlik, ko je dal Nasi zamisel, da bi izdelali satelit z detektorjem, ki bi bil podoben tistemu, nameščenemu na Lockheedovem letalu. Ta detektor bi bil veliko močnejši in nanj ne bi vplivalo ozračje. NASA je za satelit porabila 160 milijonov ameriških dolarjev in ga poimenovala COBE. Satelit COBE je bil po uničenju raketoplana Challenger izstreljen z zamudo, vendar je bil 18. novembra uspešno izstreljen, 1989. Po več kot dveh letih, 21. aprila 1992raziskovalna skupina COBE izjavila, da je satelit odkril majhne razlike, ki so jih iskali. To je bilo zelo pomembno za preučevanje zgodnjega vesolja. Študija je bila "dokaz za rojstvo vesolja". Profesor Smoot je dejal: "Če ste verni, je to tako, kot da bi gledali Boga."
Pri izdelavi COBE je sodelovalo več kot 1 000 raziskovalcev, inženirjev in drugih delavcev. John Mather je nadzoroval celoten projekt in poskuse, ki so omogočili COBE. George Smoot je nadzoroval merjenje majhnih razlik v temperaturi sevanja.
Smoot je v sodelovanju z novinarjem časopisa San Francisco Chronicles Keayem Davidsonom napisal knjigo z naslovom Wrinkles in Time, ki govori o delu ekipe. John Mather in John Boslough sta v knjigi The Very First Light napisala več o zgodbi COBE. Mathersova knjiga navaja, da je profesor Smoot novico o COBE posredoval medijem, še preden je to storila NASA. Zaradi tega sta imela Smoot in Mather v preteklosti težave.
Nedavno opravljeno delo
Po COBE je Smoot sodeloval pri drugem poskusu s stratosferskim balonom, imenovanem poskus MAXIMA. Ta balon je opravil nekaj boljših meritev kot COBE. Smoot je nadaljeval s preučevanjem kozmičnega sevanja in zdaj dela na tretji generaciji satelita COBE Planck. Prav tako se ukvarja z načrtovanjem satelita SNAP (Supernova/Acceleration Probe), ki naj bi meril temno energijo. Pomagal je tudi pri analizi podatkov Spitzerjevega vesoljskega teleskopa v zvezi z merjenjem oddaljenega infrardečega sevanja ozadja.
Zemljevid fluktuacij CMB, ki jih je odkril COBE.
Vprašanja in odgovori
V: Kdo je George Fitzgerald Smoot III?
O: George Fitzgerald Smoot III je ameriški profesor astrofizike in kozmologije.
V: Za kaj je George Smoot prejel Nobelovo nagrado za fiziko?
O: George Smoot je leta 2006 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za svoje delo na področju sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja in COBE z Johnom C. Matherjem.
V: Kaj je omogočilo delo Georgea Smoota na področju sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja in COBE?
O: Delo Georgea Smoota na področju sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja in COBE je omogočilo veliko natančnejše merjenje črnih lukenj in kozmičnega sevanja, kot je bilo mogoče prej.
V: Katere nove dokaze je delo Georgea Smoota dalo ideji velikega poka?
O: Delo Georgea Smoota je dalo nove dokaze za idejo velikega poka, da je bilo vesolje nekoč velika eksplozija.
V: Kateri satelit je George Smoot uporabil pri svojem delu?
O: George Smoot je za svoje delo uporabil satelit COBE (Cosmic Background Explorer).
V: Kaj je odbor za Nobelovo nagrado povedal o delu Georgea Smoota na COBE?
O: Odbor za Nobelovo nagrado je dejal, da "lahko projekt COBE obravnavamo tudi kot izhodišče za kozmologijo kot precizno znanost".
V: Katero drugo nagrado je prejel profesor Smoot?
O: Leta 2003 je profesor Smoot prejel Einsteinovo medaljo.
