Oppdage et mørkt univers: En Q & A med Saul Perlmutter


En av de største vitenskapelige funnene de siste årene er funnet at universet ikke bare ekspanderer, men det akselererer også i utvidelsen. Under påvirkning av en mystisk mørk energi vil universet til slutt tynne ut til ingenting og dø en kald død. For Insights-historien, "Dark Forces at Work", som kom fram i mai 2008, snakket David Appell med Saul Perlmutter fra University of California, Berkeley, og en av gruppens ledere som kom til den forbløffende konklusjonen. Her er

En av de største vitenskapelige funnene de siste årene er funnet at universet ikke bare ekspanderer, men det akselererer også i utvidelsen. Under påvirkning av en mystisk mørk energi vil universet til slutt tynne ut til ingenting og dø en kald død. For Insights-historien, "Dark Forces at Work", som kom fram i mai 2008, snakket David Appell med Saul Perlmutter fra University of California, Berkeley, og en av gruppens ledere som kom til den forbløffende konklusjonen. Her er et redigert utdrag av det intervjuet.

Ved å finne ut at universet er på vei til utvidet ekspansjon, måtte du finne type Ia-supernovaer, som kan fungere som fjernmarkører. Hvordan ble du involvert i supernova-søk?
Jeg var ved University of California i Berkeley for høyere utdanning. En av heltene her på Berkeley er Luis Alvarez. Tradisjonen som han startet, leter etter interessant vitenskap uansett hvor det er og da finner han verktøy for å gjøre de tingene. For eksempel oppfant han en av de første stabile kameraene.

En av hans protégés var professoren min, Richard Muller. Det var et prosjekt for å gjøre et superautomatisert supernova-søk som Luis Alvarez hadde foreslått å Rich. De hadde nettopp gjort et av de første adaptive optikkeksperimentene.

Så, som en gradstudent, begynte du å utvikle teknikkene for et robotic supernova-søk. Men du fant også at de kunne brukes til andre typer mål.
Jeg hadde blitt interessert i en teori som hadde blitt fremført av Rich Muller og Marc Davis og Piet Hut, nemlig at du kunne forklare periodiske masseutslettelser på jorden av en mulig ledsagerstjerne rundt solen. De kalte denne stjernen Nemesis. Vi innså at med den vanligste stjernen i himmelen, de røde dvergene, ville du ikke vite om det var omkrets rundt vår sol. Du kan anta at det var en langt lenger rød gigant, bare fordi det ville ha svært lite bevegelse i forhold til oss, fordi det er bundet til oss. Vi innså at vi kunne se i katalogen av røde stjerner for en som hadde denne bevegelsen du forventer, og at vi kunne bruke det samme teleskopet vi brukte for roboten supernova-prosjektet. Så jeg utviklet de astrometriske teknikkene for å gjøre denne nøyaktige måling av parallaxbevegelsen.

Har du gjort noe arbeid på Nemesis siden?
Nei, det var en av de tingene jeg gjorde, men mymain-prosjektet jobbet på robotenes nærliggende supernova-søk. Jeg hadde utviklet litt ny programvare. Vi kjørte søket og foundupernovae, katalogisere og holde orden på alt, slik at du kunne sammenligne det med alt vi fant.

Er du mer av en teori fyr, eller er du mer av et gearhode?
Jeg er virkelig en eksperimentell type. Jeg liker virkelig å prøve å fange universet i å gjøre noe veldig overraskende og kanskje finne ut hva det gjør ved å lage målinger.

Du var teamleder for Supernova Cosmology Project på 1990-tallet, som besto av et dusin medlemmer eller så. Hvordan har du delegert ansvar til dine lagmedlemmer?
Du prøver å finne ut hva som er de kritiske banene for å få det resultatet du vil ha. Og noen ganger tror du det er raskere å gjøre det selv, og andre ting kommer med, og du vil gjerne gjøre dem, men jeg prøver å få dette gjort, og noen andre kommer med i gruppen din, og de begynner å gjøre det. Så det er mye mer organisk i den forstand at du finner ut at du ikke kan gjøre alt. Den beste verdenen ville være en som alle du finner å jobbe med, er bedre enn deg, fordi du gjør bedre arbeid enn du noen gang kunne gjøre.

Hva var ulempene med å jobbe med prosjektet?
Det verste ved forskningslivet mitt var at jeg alltid var bekymret for noe som måtte skje i de neste 24 timene, eller noen ganger de neste to timene. Det var en forferdelig måte å lede et vanlig liv på.

Da du startet prosjektet, forventet du å finne at universet var avtagende i utvidelsen, men supernova-dataene ble ikke hevdet til den hypotesen. Var det noen gang et eureka øyeblikk der alle sa: "Kanskje vi må vurdere akselerasjon"?
Det var en rekke ting som primed det for oss. Supernova 1992bi hadde feilstenger som var nede i rekkevidden av akselerasjon. Jeg spurte hva gjør vi med den delen av det? Det ville være et univers med negativ masse. Og noen sa at det er den gamle kosmologiske konstanten vi kunne kaste inn. Så vi legger den formelt inn som en måte å uttrykke svaret på. Vi hatet ikke den kosmologiske konstanten, men alle aksepterte at det ville bli satt til null. Med noe rimelig stor avvik fra null, ser universet ikke ut som det ser ut i dag.

Faktisk kalte Albert Einstein den kosmologiske konstanten sin største feil. Det var en teoretisk oppdateringsjobb for å holde universet stasjonært i stedet for å kollapse på seg selv på grunn av tyngdekraften. Men redshiftsmålingene du tok av supernovaer - som er relatert til en antagelse om universets kosmologiske konstant og universelle kritiske masse - førte deg til å trekke konklusjoner om universets skjebne.
Tanken om at du kunne stille noe så dypt bare ved å gjøre denne måling-jeg var sjokkert over at folk ikke snakket over seg selv for å gjøre det. Du kan finne ut om universet skulle vare for alltid, og du kunne finne ut om universet var uendelig eller buet inn på seg selv. Hva ville være mer fristende som et forsøk å gjøre?

Hvor lang tid tok dataanalysen?
Analysere alle ting tar for alltid med store mengder krysschecker. Den siste tingen du gjør er å plotte den på Hubble-diagrammet [en plot som forbinder objektets avstand og redshift], men selv da vet vi at vi fortsatt har seks ting igjen for å sjekke.

Først fikk vi syv supernovaer på Hubble-diagrammet, men det var tydelig om et "omega masse = 1" -univers.

Med andre ord, universets massetetthet var slik at universet er "flatt": det ville ikke utvides for alltid, men det ville heller ikke kollapse tilbake på seg selv heller.
Da fikk vi data fra Hubble-romteleskopet, og det gjorde en stor forskjell, fordi det kunne gå mye lenger, til mye høyere redshift. Det var første gang du begynte å se dataene trekke vekk fra et flatt univers, og det var tydelig.

At vi ikke fikk en omega-masse på 1, begynte å bety til folk som kanskje det var en omega lambda [det vil si en kosmologisk konstant]. Det var første gang vi begynte å få det fra våre egne data. Dette var begynnelsen av 1997.

Til slutt hadde vi 42 supernovaer. Feilstavene var fortsatt store nok, og det er så mange ting du må krysse med, du tar ikke seriøst noe som dette [akselerasjonsresultatet] til du sjekker alt som kan være en feil. Vi visste at en kosmologisk konstant ville være en fantastisk oppdagelse, hvis sant. Men dette er ikke en du vil ha feil.

Så du nådde konklusjonen om et ukjent univers gradvis? Det var ingen plutselig realisering?
Hvis du vil si var det et eureka-øyeblikk, var det øyeblikket vi endelig bestemte oss for at dette var sant, og vi begynte å gå ut og snakke om det. Det var det mest bisarre eureka øyeblikket du kunne forestille deg: E ... U ... R ... E ... K ... A, spredt ut over ni måneder. I dette tilfellet har du sett dataene i nesten et år, og det er ikke en overraskelse for deg lenger, men du er litt overrasket over at du begynner å tro det.

For meg var det nærmeste ved et eureka-øyeblikk da jeg snakket på Santa Cruz, og jeg viste resultatet og forsøkte å gjøre det klart. Etter samtalen stod den berømte kosmologen Joel Primack opp og sa: "Før noen stiller spørsmål, vil jeg gjøre klart for publikum hva betydningen av den kosmologiske konstanten er. Dette er et sjokk, en stor sak." Den kosmologiske konstanten var bare ikke i folks hjerner på det tidspunktet, og det var da jeg skjønte at det var et sjokk. Det var sent november til begynnelsen av desember 1997.

Da bestemte vi oss for å bli veldig offentlige og lage et stort sprut og sette plakaten opp på det amerikanske astronomiske samfunns møte den 9. januar 1998. Vi gjorde en plakat, en snakk og en pressekonferanse. Da ble det enda mer synlig da konkurrerende team kom ut med sine resultater og brukte annen terminologi: "antigravity."

Det andre laget var High-Z Supernova Search Team ledet av Brian Schmidt fra Australian National University. Hva var konkurransesansen mellom Supernova Cosmology Project og High-Z team?
Det var noen fordeler for begge lagene som annonserte så nær hverandre. Jeg vet ikke mange ganger i vitenskapshistorie hvor det var noe som burde vært en stor overraskelse, og at folk ikke burde ha akseptert. Ved årsskiftet ble dette behandlet som en ferdig avtale i mange sirkler. Det er så mange forskjellige ting som skjedde som er relevante for denne oppdagelsen. I de mest parokale forstandene føler medlemmer av teamet mitt at vi jobbet veldig hardt for å etablere alle teknikkene som ville få denne tingen til å fungere. Da annonserte det andre laget sine resultater en og en halv time senere på et møte i Marina del Rey hvor vi også presenterte. Det er mye lettere å presentere resultatene dine som er et reelt sjokk når du vet at en annen gruppe allerede har fått det. Vår gruppe ville føle at det var prioritet, at de etablerte det. Men det er også sant at det er et endelig publisert papir som først kom ut fra den andre gruppen.

Hvorfor publiserte du ikke i januar 1998 da du annonserte funnet?
Vi trodde at det var det viktigste å fastslå hva resultatet var og få det ut til samfunnet, og sørg for at hvert siste problem ble sjekket og kryssrevert. Vi trodde ikke at det var et problem av prioritet.

Jeg tror de fleste føler at det spiller som en samtidig hendelse. Vi kunne vært vinnerne hvis vi hadde presentert på en litt annen måte. I det store bildet blir noen dager litt irritert, men jeg kan ikke bli for irritert hvis alle deler kreditten. Når du går tilbake og spør, er disse typer funn avhengig av så mange ting som blir satt sammen. Det tok folk å tilbringe år for å forstå forskjellige aspekter. Disse resultatene kommer ikke til grunn fordi en person gjorde noe, men fordi et samfunn jobbet veldig hardt for å bevise resultatet.

Til hva gir du mest vitenskapelig suksess?
Jeg synes det største er først og fremst å være villig til å lære ting, være villig til å plukke opp et nytt område, men bare å kunne jobbe med andre mennesker. De fleste av disse jobbene er for store for en person. Du ender opp med å prøve å finne et team av mennesker som er så begeistret som du er og vil skyve teknikken fremover. Jeg er alltid rammet av det faktum at bildet av forskeren er som en ensom person som bærer en labjakke i laboratoriet av seg selv i flere timer, mens min forstand er at kanskje det viktigste for en forsker, bortsett fra å kunne å tenke på gode spørsmål, finne ut gode mennesker å jobbe med og nyte prosessen med å finne ideer sammen med andre mennesker.

Blir du begeistret i oktober, når Nobelprisene blir annonsert?
Disse premiene er så morsomt. Den største bekymringen handler om å ta kreditt. Det er alltid hyggelig å være noen som folk trodde, gjorde noe bra. Folk kan tilbringe hele livet og venter på å se om de vil få Nobelprisen, og det er ikke en veldig sunn psykologisk tilstand.

Discoverers of Shape-Shifting Particles Vinn Nobel Physics PrizeForurensning, Fattigdom og Folk av Farge: Astma og Inner CityEr etanol fra korn dårlig for klimaet?Lettere å svelge: US Beefs Up FDA med Food Safety Modernization ActVerden kan ha mindre tid til å takle klimaendringer enn forskerne tenkteNytt eksperiment tar sikte på å spre Neutrino Mass MysteryCDC-studie finner rakettstoffkjemikalier i babyformelKonsekvensene av klimaendringer utvider menneskelig helse