George F. Smoot — Nobel-díjas kozmológus, a COBE-kísérlet úttörője
George F. Smoot – Nobel-díjas kozmológus, a COBE-kísérlet úttörője: az ősrobbanás bizonyítékait feltáró fizikus, Berkeley-professzor élete, kutatásai és díjai.
George Fitzgerald Smoot III (született 1945. február 20-án) amerikai asztrofizikus és kozmológus professzor. 2006-ban fizikai Nobel-díjat kapott a John C. Matherrel közösen végzett COBE munkájáért. Ez a munka lehetővé tette a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és annak finom eltéréseinek sokkal pontosabb mérését, ami közvetetten hozzájárult a fekete lyukak és egyéb kozmikus jelenségek jobb megértéséhez.
COBE és a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás
A Nobel-díjas munka a Cosmic Background Explorer (COBE) műholddal végezett méréseken alapult. A COBE két alapvető eredményt hozott:
- a kozmikus háttérsugárzás spektruma rendkívül pontosan fekete test jellegű, ami erős bizonyíték az ősrobbanás-elméletre;
- a háttérsugárzásban apró hőmérséklet-ingadozásokat (anisztropiákat) azonosítottak, amelyek nagyságrendje körülbelül 10^-5 — ezek a fluktuációk szolgálnak később a galaxisok és a nagy léptékű szerkezetek kialakulásának kiindulópontjául.
Az eredmények megváltoztatták a kozmológiai kutatások menetét: a Nobel-díj bizottság egyenesen úgy fogalmazott, hogy "a COBE-projekt a kozmológia mint precíziós tudomány kiindulópontjának is tekinthető".
Tudományos tevékenység és oktatás
Smoot professzor kutatási területe elsősorban a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és annak megfigyelése volt. Egyetemi oktatóként a Kaliforniai Egyetem, Berkeley Fizikai Tanszékén dolgozik, ahol a kozmológiai megfigyelések és adatelemzés módszereinek fejlesztésében, valamint a hallgatók és fiatal kutatók képzésében is aktívan részt vesz.
Díjak, elismerések és közéleti szerep
- 2006: fizikai Nobel-díj (John C. Matherrel közösen) a COBE-mérésekért;
- 2003: Einstein-érem;
- a tudományos közösségben betöltött szerepe és a COBE-eredményeknek köszönhető paradigmaváltás alapján több további díj és meghívás is fűződik a nevéhez.
Publikációk és ismeretterjesztés
Smoot aktív szereplője az ismeretterjesztésnek: népszerű előadásokat tart és írt könyvet a kutatásról, amelyben a kozmikus háttérsugárzás felfedezésének és értelmezésének történetét ismerteti a nagyközönség számára. Munkája hozzájárult ahhoz, hogy a kozmológia elérhetőbbé váljon a szélesebb közönség számára is.
Jelentősége
George F. Smoot munkássága – különösen a COBE-kísérletben vállalt szerepe – mérföldkőnek számít a modern kozmológiában. A COBE-eredmények megerősítették az ősrobbanás-elméletet, feltárták a szerkezetképződés kezdeti feltételeit, és megnyitották az utat a későbbi, még nagyobb pontosságú műholdas és földi mérések (például WMAP, Planck) előtt.
Összefoglalva: Smoot tudományos és népszerűsítő munkája kulcsfontosságú volt abban, hogy a kozmológia a megfigyeléseken alapuló, precíziós tudománnyá fejlődjön.
Korai életút
Oktatás
Smoot professzor a floridai Yukonban született. Az Ohio állambeli Upper Arlington középiskolába járt 1962-ig. Egy ideig matematikát tanult, majd a Massachusetts Institute of Technology-ra ment, ahol 1966-ban két alapdiplomát szerzett matematikából és fizikából, 1970-ben pedig részecskefizikából doktorált.
Smoot unokatestvére, Oliver R. Smoot szintén az MIT-n (Massachusetts Institute of Technology) tanult, és a Cambridge és Boston közötti Harvard-híd Smoot-mérése tette híressé. A "Smoot" hosszúságot több mint 360 alkalommal jelölték festékkel a hídon, és minden évben újrafestik ott. Oliver később az Amerikai Nemzeti Szabványügyi Intézet elnökeként dolgozott.
Korai kutatás
Smoot professzor kozmológiával kezdett foglalkozni, majd a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumba ment, ahol Luis Walter Alvarezzel együtt dolgozott a HAPPE kísérleten, amely egy magasra emelkedő meteorológiai ballon volt, amely a felső légkörben lévő antianyag kimutatására szolgált.
Ezután kezdett el érdeklődni a kozmikus sugárzás mikrohullámai iránt, amelyeket Arno Allan Penzias és Robert Woodrow Wilson fedezett fel 1964-ben. Ez a munka új bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy miből áll a világegyetem. Egyes kutatók úgy gondolták, hogy a világegyetem forog, ami azt jelentené, hogy a mikrohullámok hőmérséklete különböző szögekből mérve eltérőnek tűnne. Alvarez és Richard A. Muller segítségével Smoot professzor kifejlesztett egy radiométert, amellyel két, egymástól 60 fokos szögből mérhető a hőmérsékletkülönbség. A radiométert egy Lockheed U-2 repülőgép tetejére helyezték, de a mérések azt látszottak mutatni, hogy a világegyetem nem forog. Az égbolt egyik oldalán azonban egy másik mikrohullámú hőmérséklet-különbséget észlelt. Ezt dipólusmintázatnak és a Föld mozgásának Doppler-hatásának nevezték. A Doppler-effektus azért következik be, mert a Nap, és a Tejútrendszer közel 600 km/s sebességgel mozog. Szerintük ezt a Nagy Vonzóból eredő gravitáció okozza.
COBE
A radiométer mérései azt mutatták, hogy az égbolt egyik oldala más, mint a másik, de ez meglepő volt, mert azt várták, hogy az égbolt egészén sok különbség lesz. Smoot az 1970-es évek végén éppen ezeknek a kisebb különbségeknek a megtalálásán dolgozott, amikor a NASA-nak azt az ötletet adta, hogy készítsenek egy műholdat, amelynek detektora hasonló volt a Lockheed repülőgépére szerelt detektorhoz. Ez a detektor sokkal erősebb lenne, és nem befolyásolná a légkör. A NASA 160 millió dollárt költött a műholdra, és COBE-nek nevezte el. A COBE műhold a Challenger űrsikló megsemmisülése után késett, de november 18-án sikeresen elindult, 1989. Több mint két év elteltével, április 21-én 1992a COBE kutatócsoport azt állította, hogy a műhold felfedezte a keresett kis eltéréseket. Ez nagyon fontos volt a korai világegyetem tanulmányozásában. A tanulmány "bizonyíték volt a világegyetem születésére". Smoot professzor azt mondta: "Ha vallásos vagy, ez olyan, mintha Istent látnád".
Több mint 1000 kutató, mérnök és más dolgozó segített a COBE elkészítésében. John Mather irányította az egész projektet és a COBE-t lehetővé tevő kísérleteket. George Smoot irányította a kis hőmérsékletkülönbségek mérését.
Smoot a San Francisco Chronicles újságírójával, Keay Davidsonnal dolgozott együtt, hogy könyvet írjon Wrinkles in Time címmel a csapat munkájáról. A The Very First Light (A legelső fény) című könyvben John Mather és John Boslough a COBE történetének további részeit írja meg. Mathers könyvében azt írja, hogy Smoot professzor még a NASA előtt adta át a sajtónak a COBE-ről szóló híreket. Ez a múltban problémákat okozott Smoot és Mather között.
Legutóbbi munkák
A COBE után Smoot segített egy másik kísérletben, a MAXIMA kísérletben, amely egy sztratoszférikus léggömb segítségével zajlott. Ez a ballon jobb méréseket végzett, mint a COBE. Smoot folytatta a kozmikus sugárzás tanulmányozását, és jelenleg a COBE harmadik generációs Planck műholdján dolgozik. Dolgozik továbbá egy szupernóva/gyorsulási szonda (SNAP) tervezésén is, egy olyan műholdon, amely a sötét energiát hivatott mérni. A Spitzer űrteleszkóp adatainak elemzésében is közreműködött a távoli infravörös háttérsugárzás mérésével kapcsolatban.
A COBE által talált CMB-ingadozások térképe.
Kérdések és válaszok
K: Ki az a George Fitzgerald Smoot III?
V: George Fitzgerald Smoot III amerikai asztrofizika és kozmológia professzor.
K: Miért kapta George Smoot a fizikai Nobel-díjat?
V: George Smoot 2006-ban kapta meg a fizikai Nobel-díjat a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzással és a COBE-vel kapcsolatos munkájáért, amelyet John C. Matherrel közösen végzett.
K: Mit tett lehetővé George Smoot munkája a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzással és a COBE-vel kapcsolatban?
V: George Smoot munkája a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzással és a COBE-vel lehetővé tette a fekete lyukak és a kozmikus sugárzás sokkal pontosabb mérését, mint ahogyan az korábban lehetséges volt.
K: Milyen új bizonyítékot adott George Smoot munkája az ősrobbanás elképzelése számára?
V: George Smoot munkája új bizonyítékot szolgáltatott az ősrobbanásról szóló elképzelés számára, miszerint a világegyetem egykor egy nagy robbanás volt.
K: Milyen műholdat használt George Smoot a munkájához?
V: George Smoot a Cosmic Background Explorer műholdat (COBE) használta munkája elvégzéséhez.
K: Mit mondott a Nobel-díj bizottság George Smoot COBE-vel kapcsolatos munkájáról?
V: A Nobel-díj bizottság szerint "a COBE-projekt a kozmológia mint precíziós tudomány kiindulópontjának is tekinthető".
K: Milyen más díjat kapott még Smoot professzor?
V: 2003-ban Smoot professzor megkapta az Einstein-érmet.
Keres