Georges Lema î tre – życie i twórczość

1. Georges Lemaître – życie i twórczość Arkadiusz Frąckowiak IV rok fizyki Georges Lemaître - życie i twórczość

2. Plan prezentacji • Przedstawienie postaci • Życie • Twórczość: • „Hipoteza Pierwotnego Atomu” • „Rozszerzający się wszechświat” Georges Lemaître - życie i twórczość

3. Wstęp Georges Lemaître: „Pour ne pas calculer” (Trzeba najpierw dobrze pomyśleć, żeby móc potem uniknąć rachunków) Georges Lemaître - życie i twórczość

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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 radialną mgławic pozagalaktycznych”pozostająca nieznaną w międzynarodowym środowisku do 1931r. – angielskie tłumaczenie Eddingtona opublikowane w„Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (t.91, s. 483-490) Georges Lemaître - życie i twórczość

11. Artykuł L. – po raz pierwszy wyniki pomiarów przesunięcia ku czerwieni widm galaktyk zostały porównane z przewidywaniami relatywistycznego modelu świata Georges Lemaître - życie i twórczość

12. 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

13. „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

14. 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

15. 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

16. 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 ustaleniekorpuskularnej 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

17. 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

18. 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

19. – Esej zawierający spójną wizję ewolucji wszechświata od najdawniejszych stadiów procesu kosmicznego po powstanie galaktyk oraz gromad galaktyk „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” Georges Lemaître - życie i twórczość

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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-la-Neuve, mieście wybudowanym od zera w walońskiej części Belgii, kilkadziesiąt kilometrów od starego Lovain Georges Lemaître - życie i twórczość

29. 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

30. 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 Marcinelle-Haies w Charleroi Georges Lemaître - życie i twórczość

31. 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&tbnw=86&prev=/images%3Fq%3DGeorge%2Blemaitre&hl=pl&usg=__2REtSNqZNdNJyRKCNemsyoAx114=&ei=UHvDSd32F5Gc_gaM_cGGCw&sa=X&oi=image_result&resnum=8&ct=image&cd=1 Georges Lemaître - życie i twórczość