Transcript T23 - Obserwatorium Astronomiczne UAM

Georges Lemaître
– życie i twórczość
Arkadiusz Frąckowiak
IV rok fizyki
Georges Lemaître - życie i twórczość
1
Plan prezentacji





Przedstawienie postaci
Życie
Twórczość:
„Hipoteza Pierwotnego Atomu”
„Rozszerzający się wszechświat”
Georges Lemaître - życie i twórczość
2
Wstęp
Georges Lemaître:
„Pour ne pas calculer”
(Trzeba najpierw dobrze
pomyśleć, żeby móc potem
uniknąć rachunków)
Georges Lemaître - życie i twórczość
3
Georges Henri-Joseph-Edouard Lemaître
Belgijski duchowny i kosmolog, należy do grona
uczonych XX wieku, którzy jako pierwsi postawili
sobie za cel stworzenie pełnego modelu ewolucji
wszechświata w ramach nowej teorii grawitacji
Einsteina
 Urodzony: 17 lipiec 1894 w Charleroi w Belgii
 Rodzice: Joseph – prawnik, Marguerite Lannoy
 1910r. - ukończenie szkoły średniej i
przeprowadzka wraz z rodziną do Brukseli
Rozpoczęcie „wyższego kursu nauk ścisłych” w
Kolegium św. Michała w Etterbeek
przygotowującego do studiów górniczych

Georges Lemaître - życie i twórczość
4
1911r. L. rozpoczął studia z inżynierii górniczej
na Uniwersytecie w Louvain
(wykładowca matematyki – Poussin
Bakalaureat z filozofii tomistycznej w Instytucie
Filozofii (ośrodku neoscholastyki) założonym
przez Merciera w 1894r., wykłady D. Nysa)
 1914r. L. ukończył studia inżynierskie i po
wybuchu IWŚ zaciągnął się do wojska wraz z
bratem Jaques`em (piechota, artyleria)
 1919r. L. powrócił na studia do Louvain, w celu
przygotowania się do doktoratu z matematyki i
nauk fizycznych

Georges Lemaître - życie i twórczość
5
Pod koniec studiów, Poussin zlecił L. napisanie
dowodu hipotezy Riemanna, jako tematu jego
pracy – niepowodzenie
 W efekcie L. napisał pracę, w której uogólnił
wyniki pracy jego promotora na temat funkcji
rzeczywistych
 Po doktoracie L. w 1920r. Wstąpił do seminarium
duchownego dla opóźnionych powołań w
Malines, którego założycielem był kardynał
Mercier w 1915r.
 W tym czasie L. zapoznał się z teorią
względności Alberta Einsteina i został
oczarowany jej matematycznym pięknem

Georges Lemaître - życie i twórczość
6
22 IX 1923r. w katedrze w Malines L. przyjął
święcenia kapłańskie z rąk kard. Merciera
 Po uzyskaniu stypendium naukowego w
Cambridge w Wielkiej Brytanii rozpoczyna się
okres zagranicznych podróży L. i jego znaczna
popularność w kraju rodzinnym i za oceanem
 Cambridge (Arthur S. Eddington) – L. utrwala
zainteresowanie teorią względności i poszerza
wiedzę z zakresu astronomii
 Kanada, gdzie L. otrzymał doktorat honoris
causa Uniwersytetu McGilla w Montrealu

Georges Lemaître - życie i twórczość
7
USA – kongresy naukowe, obserwatoria
astronomiczne
 Obserwatorium Harvarda
– L. z Shapleyem studiuje gromady galaktyk
– L. publikuje pracę na temat rozwiązania
Willema de Sittera i gwiazd pulsujących
 Pasadena, Caltech – L. z Tolmanem pracował
nad niejednorodnymi modelami
kosmologicznymi
 Wykłady w Catholic University of America w
Waszyngtonie i Instytucie Studiów
Zaawansowanych w Princeton

Georges Lemaître - życie i twórczość
8
MIT – L. zapisuje się na regularne studia by
otrzymać doktorat
 Pierwsza wersja jego pracy dot. „pól
grawitacyjnych cieczy” odrzucona przez komisję
(Norbert Wiener) za sprawą nieścisłych metod
matematycznych
 Po dołączeniu do pracy 5 stron uzupełnienia, w
którym L. rygorystyczne udowodnił wszystkie
założenia swojej metody, praca została przyjęta
i 6 VIII 1927r. L. uzyskał doktorat z fizyki

Georges Lemaître - życie i twórczość
9
X 1925r. za sprawą polecenia De Dondera i
Eddingtona L. uzyskał stanowisko wykładowcy
na uniwersytecie w Louvain, które utrzymał do
końca swej aktywności naukowej
 Okres wytężonej pracy dydaktycznej i naukowej
– powstaje jego przełomowa praca pt. „Wszechświat

jednorodny o stałej masie i rosnącym promieniu, wyjaśniający prędkość
pozostająca nieznaną w
międzynarodowym środowisku do 1931r. –
angielskie tłumaczenie Eddingtona opublikowane
w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (t.91, s. 483-490)
radialną mgławic pozagalaktycznych”
Georges Lemaître - życie i twórczość
10

Artykuł L. – po raz pierwszy
wyniki pomiarów przesunięcia ku
czerwieni widm galaktyk zostały
porównane z przewidywaniami
relatywistycznego modelu świata
Georges Lemaître - życie i twórczość
11

1931r. A.S. Eddington wygłosił na zebraniu
Brytyjskiego Towarzystwa Matematycznego
wykład, który opublikowany został następnie w
„Nature” (t. 127, nr 3203, 21.03.1931, s. 447-453) pt. „The End of
the World: From the Standpoint of Mathematical Physics”
A.S. Eddington rozważa w nim zagadnienia
nieskończoności wszechświata i jego śmierć
cieplną w kontekście ówczesnych osiągnięć
 Pół roku później, L. zainspirowany tym
wykładem ogłosił w „Nature” (t. 127, nr 3210, s.
706) krótką notę pt. „ The Beginning of the World

from the Point of View of Quantum Theory”

W taki sposób narodziła się Hipoteza
Pierwotnego Atomu
Georges Lemaître - życie i twórczość
12
„Hipoteza Pierwotnego Atomu”
Stanowi
przedstawienie w
zarysie systemu
kosmologicznego L.
- Rekonstrukcja
kosmicznej ewolucji,
od jej początku, po
tworzenie się
galaktyk i gromad
galaktyk do jej
obecnej fazy
-
Georges Lemaître - życie i twórczość
13
Hipoteza Pierwotnego Atomu
Jest hipotezą kosmologiczną przedstawiającą
obecny świat jako konsekwencję
radioaktywnego rozpadu atomu
 Pierwotny Atom L. to coś prostego (w sensie
greckim), z którego wszystko powstało
» L. miał na myśli formę zbliżoną do
odpowiednio dużego jądra atomowego

Georges Lemaître - życie i twórczość
14

L. przypuszczał, że przyszłość uzna
Pierwotny Atom za pojedynczy kwant ze
względu na zasady termodynamiki
widziane z punktu teorii kwantów:
- Energia, której ilość jest zawsze stała,
występuje w postaci dyskretnych kwantów
- Liczba odrębnych kwantów zawsze wzrasta
 Tak, więc cofając się dochodzimy do poj. kwantu,
czyli Pierwotnego Atomu
Georges Lemaître - życie i twórczość
15

Fragment Wstępu z pracy L.:
„ Do sformułowania tej hipotezy doprowadziły mnie ok.
15 lat temu rozważania termodynamiczne, kiedy
próbowałem zinterpretować prawo degradacji energii w
ramach teorii kwantowych. Od tego czasu odkrycie
uniwersalności zjawiska radioaktywności, potwierdzone
przez sztucznie pobudzane rozpady, a także ustalenie
korpuskularnej natury promieni kosmicznych –
uzewnętrznianej przez siłę, z którą oddziałuje na nie
ziemskie pole magnetyczne – podniosły wiarygodność
hipotezy, przypisującej tym promieniom – jak również
całej materii – pochodzenie radioaktywne.”
Georges Lemaître - życie i twórczość
16
Przestrzeń i czas w HPA
W procesach atomowych to pojęcia statystyczne
 Znikają po zastosowaniu do pojedynczych
zjawisk – o małej liczbie kwantów
 Pojęcia te nie mogły mieć sensu w oparciu o
HPA do momentu, gdy początkowy kwant nie
rozpadł się na wystarczającą liczbę kwantów

» Stąd, początek świata nastąpił przed początkiem
przestrzeni i czasu
» Cała materia świata była obecna na początku,
ale początkowy kwant nie zawierał info o przyszłej
ewolucji
Georges Lemaître - życie i twórczość
17
Trójfazowy model ewolucji wszechświata wg Lemaître`a

Fragment z książki L. „L´Hypothèse de l´Atom Primitif: Essai de
Cosmogonie”:
» „Na początku promień przestrzeni wynosi zero; pierwsze stadia
rozszerzania się przebiegają gwałtownie, o czym decyduje masa
początkowego atomu, niemal równa obecnej masie wszechświata.
Gdyby masa ta była wystarczająco duża, a przeprowadzone przez
nas oceny świadczą, że tak jest, początkowa ekspansja sprawiłaby,
że promień przekroczyłby swoją równowagową wartość. A zatem
rozszerzanie się zachodziło w trzech fazach: najpierw okres
gwałtownej ekspansji, podczas której atom-wszechświat rozpadł się
na atomy-gwiazdy, następnie okres spowalniania, a po nim trzecia
faza przyspieszającej ekspansji. Nie ulega wątpliwości, że obecnie
znajdujemy się w trzeciej fazie i że przyspieszenie przestrzeni, które
nastąpiło po okresie wolnego rozszerzania się, może być
odpowiedzialne za rozkład gwiazd w mgławicach pozagalaktycznych”
Georges Lemaître - życie i twórczość
18
„Rozszerzający się wszechświat”
– 1933r. opublikowanie w czasopiśmie „Annales de la
Société Scientifique de Bruxelles” (t. 53A, s. 51-85)
artykułu pt. „L´Univers en expansion”
– Esej zawierający spójną wizję ewolucji wszechświata od
najdawniejszych stadiów procesu kosmicznego po
powstanie galaktyk oraz gromad galaktyk
Georges Lemaître - życie i twórczość
19
Lemaître w tym artykule:
-
-
-
Znalazł rozw. równań Einsteina, nazwanych później
modelem Tolmana-Bondiego
Sformułował „hipotezę, zgodnie z którą gromady mgławic
[galaktyk] pozostawałyby praktycznie w równowadze i
powstawałyby jako fragment świata Einsteina”.
Zawarł def. zachowania masy dla układu o symetrii
sferycznej
Przedstawił dowód, że w rozwiązaniu Schwarzschilda
horyzont nie jest osobliwością (w wyniku zmiany
współrzędnych określonych przez układ swob.
spadających cząstek)
Zamieścił metodę rozwiązywania równania Friedmana za
pomocą funkcji eliptycznych Weierstrassa
Georges Lemaître - życie i twórczość
20
L. tworząc scenariusz ewolucji wszechświata
umiejętnie łączył ściśle matematyczne wyniki z
ówczesnymi danymi obserwacyjnymi
 Dzisiaj model L. jest już nieaktualny, ale warto o
nim pamiętać ze względu na ścisłe wyniki mat.
oraz stworzenie podstaw obecnego
standardowego modelu kosmologicznego
 W tym sensie L. uznawany jest za ojca
kosmologii Wielkiego Wybuchu
 Pod koniec lat 40, H. Bondi wraz z T. Gold i F.
Hoyle tworzą kosmologię stanu stacjonarnego,
jako przeciwwaga kosmologii relatywistycznej

Georges Lemaître - życie i twórczość
21
Kosmologia stanu stacjonarnego
Cel: usunięcie osobliwości kosmologicznej z
obrazu świata
 Hoyle nie mógł zaakceptować relatyw. teorii,
żartobliwie nazywając ją jako Big Bang
 H. w 1948r. zaproponował w jej miejsce zasadę
kosmologiczną taką, że wszechświat wygląda tak
samo w każdym miejscu i w każdym czasie
– stacjonarny stan wszechświata

Georges Lemaître - życie i twórczość
22
H. twierdził, że niezmienność ta zapewniana jest
poprzez dokonującą się w całej przestrzeni
ciągłą kreację materii z niczego, równoważącą
rozszerzanie się wszechświata
 Polemika obu przeciwstawnych obozów oraz
zdecydowane występowanie Hoyle przeciw L.
 Zdecydowana propaganda przeprowadzana
przez zwolenników stanu stacjonarnego

Georges Lemaître - życie i twórczość
23

W 1958r. L. wygłasza na Konferencji Solvaya w
Brukseli tekst pt. „The Primeval Atom Hypothesis and the
Problem of the Clusters of Galaxies”
L. próbuje wyjaśnić w nim m.in. zagadnienia
związane z wiekiem wszechświata w oparciu o
HPA oraz kwestię, powstania materii gwiazdowej
z pierwotnego zbioru prom. korpuskularnego
 Wykład ten uznaje się za ostatnie słowo L. w
kwestii poglądów kosmologicznych
 Po konferencji L. wielce rozczarował się
wzrastającą popularnością kosmologii stanu
stacjonarnego i brakiem rozstrzygających danych
obserwacyjnych

Georges Lemaître - życie i twórczość
24
Od początku lat 40, ciągle do głosu dochodzi
dawna pasja L. – matematyka (nowoczesne
metody algebraiczne)
 Motywacją L. na tym polu są prace Eddingtona
– poszukujące tzw. „teorii fundamentalnej” oraz
prace P. A. M. Diraca
 Wybuch IIWŚ staje się dla L. punktem zwrotnym
 L. przeprowadza nieudaną próbę ucieczki wraz z
rodziną i znaczną grupą ludzi do Anglii

Georges Lemaître - życie i twórczość
25
L. pozbawiony kontaktów z zagranicą oddał się
na uniwersytecie w Louvain studiom mechaniki
analitycznej i metod numerycznych
 Nawet po wojnie ten kierunek badań zdominował
pracę L.
 L. coraz bardziej zaczyna skupiać się na dawnej
pasji - maszyny liczące, która narodziła się już w
czasie pobytu w MIT, kiedy L. zainteresował się
programem zmierzającym do skonstruowania
komputera (promotor – Wiener)

Georges Lemaître - życie i twórczość
26
W 1952r. L. założył na uniwersytecie
Laboratorium Badań Numerycznych i stworzył
„park maszynowy” kreując w Belgii pionierski
ośrodek informatyki, który powstawał od
1933r., kiedy to L. zakupił dla swojego
Uniwersytetu maszyny elektryczne marki
Mercedes
 Niestety w latach 50, w kraju i na uniwersytecie
L. zaostrzały się flamandzkie tendencje
separatystyczne

Georges Lemaître - życie i twórczość
27



L. sprzeciwia się podziałowi i wyprowadzeniu
walońskiej części uniwersytetu poza Louvain
– wybicie okien w domu L. podczas
demonstracji w 1962r.
To przeciw czemu walczył L. urzeczywistniło się
po śmierci L.
Dziś archiwum L. znajduje się we
frankofońskim uniwersytecie w Louvain-laNeuve, mieście wybudowanym od zera w
walońskiej części Belgii, kilkadziesiąt
kilometrów od starego Lovain
Georges Lemaître - życie i twórczość
28

W 1960r. po 20 latach członkostwa L. został
prezesem Papieskiej Akademii Nauk
(członkowie: Dirac, Chandrasekhara, Raman, Eccles) – tyg. studyjne





L. cieszył się dobrym zdrowiem do 1964r. Kiedy
to dostał zawału serca
Po tym, stan jego zdrowia się już tylko pogarszał
Przyszła białaczka i inne komplikacje zdrowotne
L. przechodzi kryzys kardiologiczny 9 VI 1966r.
16/17 VI – Odon Godart odwiedza L. w szpitalu i
informuje go o odkryciu przez Arno Penziasa i
Roberta W. Wilsona mikrofalowego
promieniowania tła
Georges Lemaître - życie i twórczość
29
Odkrycie to było początkiem upadku kosmologii
stanu stacjonarnego, wprawdzie to nie prom.
kosmiczne jak przypuszczał L. lecz prom. tła
okazało się świadkiem gwałtownego początku
wszechświata, mimo to L. nie krył swojego
zadowolenia
 Kilka dni potem 19/20 VI 1966r. Georges
Lemaître zmarł
 L. został pochowany na cmentarzu MarcinelleHaies w Charleroi

Georges Lemaître - życie i twórczość
30
Bibliografia

Michał Heller, Kosmologia Lemaître`a, WUW,
Warszawa 2008,

http://www.eszkola.pl/czytaj/Co_osmologia/8791
http://www.google.pl/imgres?imgurl=http://satirica.net/wp http://pl.wikipedia.org/wiki/Kategoria:Kosmologia
 content/uploads/2007/06/father_lemaitre.jpg&imgrefurl=http://satirica.net/
2007/06/&h=432&w=295&sz=15&tbnid=4olLq_Tc_iKi3M::&tbnh=126&tbn
w=86&prev=/images%3Fq%3DGeorge%2Blemaitre&hl=pl&usg=__2REtSN
qZNdNJyRKCNemsyoAx114=&ei=UHvDSd32F5Gc_gaM_cGGCw&sa=X&oi=i
mage_result&resnum=8&ct=image&cd=1

Georges Lemaître - życie i twórczość
31