George F. Smoot – COBE-tutkija ja Nobel-palkittu kosmologi
George F. Smoot — COBE-tutkija ja Nobel-palkittu kosmologi: uraauurtavat mittaukset kosmisesta taustasäteilystä, big bang -todisteet, Berkeley-professori.
George Fitzgerald Smoot III (s. 20. helmikuuta 1945) on yhdysvaltalainen astrofysiikan ja kosmologian professori. Vuonna 2006 hän sai fysiikan Nobel-palkinnon työstään COBE:n parissa yhdessä John C. Matherin kanssa. COBE-projekti paransi huomattavasti kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) mittausta: sen avulla varmistettiin CMB:n mustan kappaleen kaltainen spektri ja löydettiin pienet lämpötilavaihtelut (anisotropiat), jotka toimivat galaksien ja suurempien rakenteiden esiasteina.
COBE ja sen merkitys
COBE (Cosmic Background Explorer) oli satelliitti, jonka päätehtävänä oli mitata maailmankaikkeuden varhaisten vaiheiden jäännössäteilyä. Projektin tärkeimmät instrumentit olivat muun muassa FIRAS (Far Infrared Absolute Spectrophotometer), joka mittasi CMB:n spektrin, ja DMR (Differential Microwave Radiometer), joka havaitsemalla hyvin pieniä lämpötilan vaihteluita osoitti anisotropioiden olemassaolon. Nämä mittaukset antoivat vahvoja todisteita alkuräjähdysmallin ennusteille ja selittivät, miten pienet tiheysvaihtelut saattoivat kasvaa myöhemmin galakseiksi ja suuriksi rakenteiksi.
Missä COBE ei keskittynyt
Vaikka kosmologiaan liittyy myös tutkimusta mustista aukoista, COBE:n keskeinen saavutus ei ollut mustien aukkojen mittaaminen. COBE:n suurin panos oli CMB:n tarkka karakterisointi ja anisotropioiden löytäminen, ei suorat havainnot mustista aukoista.
Ura ja tutkimus
Smoot on työskennellyt pitkään tutkimuksen ja opetuksen parissa, erityisesti Kalifornian yliopiston Berkeleyn fysiikan laitoksella. Hänen tutkimusintressinsä liittyvät kosmiseen säteilyyn, varhaisen maailmankaikkeuden prosesseihin ja siihen, miten nykyiset rakenteet ovat syntyneet alkuräjähdyksen jälkeen. COBE-projektin jälkeen hänen työssään on korostunut myös uusien teknologiariippuvaisten havainnointimenetelmien kehittäminen ja soveltaminen kosmologian kysymyksiin.
Palkinnot ja vaikutus
COBE-mittausten tärkeys tunnustettiin myös Nobel-palkinnolla: komitea totesi, että "COBE-projektia voidaan pitää myös kosmologian lähtökohtana täsmätutkimuksena." Vuonna 2003 Smootille myönnettiin myös Einstein-mitali. COBE:n tulokset ovat olleet perustavanlaatuisia nykymuotoiselle kosmologialle, ja ne ovat vaikuttaneet siihen, miten tutkijat ymmärtävät maailmankaikkeuden alkuvaiheita ja rakenteiden muodostumista.
Vaikutus yleisölle ja myöhemmät projektit
Smoot on osallistunut myös tiedeviestintään ja julkiseen keskusteluun kosmologiasta, pitänyt luentoja ja esiintynyt dokumenteissa, joissa hän selittää kosmologian perusajatuksia ja COBE:n merkitystä. COBE:n jälkeen kosmologian havainnointi on kehittynyt edelleen (esimerkiksi myöhemmät tehtävät kuten WMAP ja Planck), mutta COBE:n mittaukset jättivät pysyvän jäljen tietoon siitä, miten varhaisesta maailmankaikkeudesta voidaan päätellä nykyisen rakenteen alkuvaiheet.
Yhteenvetona: George F. Smoot on yksi keskeisistä hahmoista modernissa kosmologiassa. Hänet muistetaan erityisesti COBE-projektista, jonka avulla kosmisen mikroaaltotaustan ominaisuudet mitattiin ennennäkemättömällä tarkkuudella ja joka vahvisti alkuräjähdysteorian ennusteita.
Varhainen elämä
Koulutus
Professori Smoot syntyi Yukonissa, Floridassa. Hän kävi Upper Arlingtonin lukiota Upper Arlingtonissa Ohiossa vuoteen 1962 asti. Hän opiskeli jonkin aikaa matematiikkaa ennen kuin meni Massachusetts Institute of Technologyyn, jossa hän sai kaksi kandidaatin tutkintoa matematiikasta ja fysiikasta vuonna 1966 ja tohtorin tutkinnon hiukkasfysiikasta vuonna 1970.
Smootin serkku Oliver R. Smoot opiskeli myös MIT:ssä (Massachusetts Institute of Technology), ja hänestä tuli kuuluisa Cambridgen ja Bostonin välisen Harvardin sillan Smoot-mittauksesta. Smootin pituus merkittiin yli 360 kertaa siltaan maalilla, ja se maalataan sinne joka vuosi uudelleen. Oliver toimi myöhemmin Yhdysvaltain kansallisen standardointilaitoksen puheenjohtajana.
Varhainen tutkimus
Professori Smoot alkoi opiskella kosmologiaa ja meni Lawrence Berkeleyn kansalliseen laboratorioon, jossa hän työskenteli Luis Walter Alvarezin kanssa HAPPE-kokeen parissa, joka oli korkealla sijaitseva sääilmapallo, jolla pyrittiin havaitsemaan antimateriaa yläilmakehässä.
Sitten hän kiinnostui kosmisen säteilyn mikroaalloista, jotka Arno Allan Penzias ja Robert Woodrow Wilson olivat löytäneet vuonna 1964. Tämä työ antoi uusia todisteita siitä, mistä maailmankaikkeus on tehty. Jotkut tutkijat arvelivat, että maailmankaikkeus pyörii, mikä tarkoittaisi, että mikroaaltojen lämpötila näyttäisi erilaiselta eri kulmista mitattuna. Professori Smoot kehitti Alvarezin ja Richard A. Mullerin avustuksella radiometrin, jolla voitiin mitata lämpötilaero kahdesta 60 asteen etäisyydellä toisistaan olevasta kulmasta. Radiometri asetettiin Lockheed U-2 -lentokoneen päälle, mutta mittaukset näyttivät osoittavan, että maailmankaikkeus ei pyöri. Se havaitsi kuitenkin toisen mikroaaltolämpötilaeron toisella puolella taivasta. He kutsuivat tätä dipolikuvioksi ja Maan liikkeen Doppler-ilmiöksi. Doppler-ilmiö tapahtuu, koska Aurinko ja Linnunrata liikkuvat lähes 600 km/s. He uskovat, että tämä johtuu Suuren vetovoiman aiheuttamasta painovoimasta.
COBE
Radiometrin mittaukset osoittivat, että taivaan toinen puoli oli erilainen kuin toinen, mutta tämä oli yllättävää, koska odotettiin, että koko taivaalla olisi paljon eroja. Smoot työskenteli näiden pienempien erojen löytämiseksi 1970-luvun lopulla, kun hän antoi NASAlle idean tehdä satelliitti, jossa olisi samanlainen ilmaisin kuin Lockheedin lentokoneeseen asennetussa ilmaisimessa. Tämä ilmaisin olisi paljon tehokkaampi, eikä ilmakehä vaikuttaisi siihen. NASA käytti satelliittiin 160 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria ja nimesi sen COBE:ksi. COBE-satelliitti viivästyi avaruussukkula Challengerin tuhoutumisen jälkeen, mutta laukaisu onnistui 18. marraskuuta, 1989. Yli kahden vuoden kuluttua, 21. huhtikuuta 1992COBE-tutkimusryhmä väitti, että satelliitti oli havainnut etsimänsä pienet erot. Tämä oli erittäin tärkeää varhaisen maailmankaikkeuden tutkimuksessa. Tutkimus oli "todiste maailmankaikkeuden synnystä". Professori Smoot sanoi: "Jos olet uskonnollinen, se on kuin katsoisi Jumalaa."
Yli 1000 tutkijaa, insinööriä ja muuta työntekijää osallistui COBE:n valmistamiseen. John Mather johti koko hanketta ja kokeita, jotka tekivät COBE:n mahdolliseksi. George Smoot johti säteilyn pienten lämpötilaerojen mittaamista.
Smoot kirjoitti yhdessä San Francisco Chroniclesin toimittajan Keay Davidsonin kanssa kirjan Wrinkles in Time, joka kertoo ryhmän työstä. Kirjassa The Very First Light John Mather ja John Boslough kirjoittavat lisää COBE:n tarinasta. Mathersin kirjassa sanotaan, että professori Smoot kertoi lehdistölle uutisia COBE:stä ennen NASA:a. Tämä aiheutti aikoinaan ongelmia Smootin ja Matherin välille.
Viimeaikainen työ
COBE:n jälkeen Smoot auttoi toisessa stratosfäärin ilmapallolla tehdyssä kokeessa, jota kutsutaan MAXIMA-kokeeksi. Tämä ilmapallo teki parempia mittauksia kuin COBE. Smoot on jatkanut kosmisen säteilyn tutkimista ja työskentelee nyt kolmannen sukupolven COBE-satelliitin Planckin parissa. Hän työskentelee myös Supernova/Acceleration Probe (SNAP) -satelliitin suunnittelun parissa, jonka tarkoituksena on mitata pimeää energiaa. Hän on myös avustanut Spitzer-avaruusteleskoopin tietojen analysoinnissa kaukaisinfrapunaista taustasäteilyä mitattaessa.
Kartta COBE:n havaitsemista CMB:n vaihteluista.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Kuka on George Fitzgerald Smoot III?
A: George Fitzgerald Smoot III on yhdysvaltalainen astrofysiikan ja kosmologian professori.
K: Mistä George Smoot sai fysiikan Nobel-palkinnon?
V: George Smoot sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2006 työstään kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn ja COBE:n parissa yhdessä John C. Matherin kanssa.
K: Mitä George Smootin työ kosmista mikroaaltotaustasäteilyä ja COBE:tä koskevan työn avulla tehtiin mahdolliseksi?
V: George Smootin työ kosmista mikroaaltotaustasäteilyä ja COBE:tä varten mahdollisti mustien aukkojen ja kosmisen säteilyn mittaamisen paljon tarkemmin kuin aiemmin oli mahdollista.
K: Mitä uusia todisteita George Smootin työ antoi alkuräjähdysidealle?
V: George Smootin työ antoi uusia todisteita bigbang-ajatukselle, jonka mukaan maailmankaikkeus oli aikoinaan suuri räjähdys.
K: Mitä satelliittia George Smoot käytti työnsä tekemiseen?
V: George Smoot käytti työnsä tekemiseen Cosmic Background Explorer -satelliittia (COBE).
K: Mitä Nobel-palkintolautakunta sanoi George Smootin työstä COBE:llä?
V: Nobel-palkintolautakunta totesi, että "COBE-projektia voidaan pitää myös kosmologian lähtökohtana tarkkuustieteenä".
K: Minkä muun palkinnon professori Smoot on saanut?
V: Vuonna 2003 professori Smootille myönnettiin Einstein-mitali.
Etsiä