أثبت علماء Bell Labs نظرية الانفجار الكبير

“كيف وصلنا إلى هنا؟”

هذا السؤال الوجودي حول الكون قد أسرت البشرية لعدة قرون. حاول العديد من العلماء الإجابة عليه ، بما في ذلك القس جورج ليميتر ، عالم كونيات بلجيكي وكاهن كاثوليكي. في عام 1927 ، قام نظريًا بأن الكون قد تم إنشاؤه من جسيم واحد أطلق عليه اسم “الذرة البدائية”.

لقد تفكك تلك الذرة لاحقًا في انفجار ، حيث احسبت Lemaître ، مما يخلق مساحة ، وقت ، وكون متدفق باستمرار ، وفقًا للمتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي.

من المحتمل أن تكون فكرة Lemaître مألوفة ، لأنها تُعرف الآن باسم نظرية Big Bang. لم يتم العثور على أدلة مباشرة على النظرية حتى ما يقرب من أربعة عقود ، تمامًا عن طريق الصدفة.

كان بيل لابز باحثو أرنو بينزياس وروبرت وودرو ويلسون يجريان تجارب في علم الفلك الإذاعي في عام 1964 باستخدام هوائي قرن يقع في حرم الشركة في هولمديل ، نيوجيرسي كان هوائي العاكس هو الأكثر حساسية في العالم في ذلك الوقت. تم إنشاؤه لالتقاط إشارات راديو ضعيفة من Space for Project Echo ، برنامج الاتصالات القمر الصناعية التجريبية لعام 1960 في ناسا. نجح المشروع في ذلك مرتين ، أولاً في عام 1961 من خلال القمر الصناعي السلبي لـ Echo Communication ، ومرة ​​ثانية في عام 1963 من خلال القمر الصناعي النشط للاتصالات.

بينما كان Penzias و Wilson يستخدمان هوائي Holmdel لخريطة إشارات الراديو من Wilky Way ، فقد التقط ضجيجًا غامضًا لن يختفي على الرغم من محاولاتهم للقضاء عليها.

تحولت الإشارات ، التي استمرت ليلا ونهارا ، إلى إشعاع خلفية الميكروويف الكونية التي تتخلل الكون – بقايا من إنشاء الكون – التي ساعدت في تأكيد نظرية الانفجار الكبير. حصل الاختراق العرضي على بينزياس وويلسون جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1978.

تم الاعتراف بمشروع Echo و Telstar واكتشاف إشعاع خلفية الميكروويف الكوني باعتباره علامة فارقة IEEE في حفل عقد في 25 مايو في هولمديل في ويلسون بارك ، حيث يوجد هوائي القرن.

وقال توماس كوغلين ، رئيس IEEE 2024 ، في بيان صحفي حول التفاني ، إن أدلة بينزياس وويلسون على نظرية الانفجار الكبير شكلت “فهمنا لهذا الكون ومكاننا فيه”.

وقال كوغلين: “لقد أدى إشعاع الخلفية الكونية ، وهو أحد أكثر الاكتشافات التحويلية في النصف الثاني من القرن العشرين ، إلى ابتكارات التواصل غير الإرهاب التي تلبي بعضًا من أعظم احتياجات العالم ، بما في ذلك مساعدات الإغاثة في حالات الكوارث”.

بناء الهوائي الأكثر حساسية في العالم

بعد أن أطلقت الاتحاد السوفيتي في عام 1957 سبوتنيك ، أول قمر صناعي مصطنع في العالم يضع في مدار الأرض المنخفض ، زادت جهودها لتمويل تطوير ابتكارات الاتصالات غير الإرهابية ، على النحو المفصل في دخول ويكي في تاريخ الهندسة والتكنولوجيا.

عملت الحكومة والصناعة معًا على مبادرات في المختبرات في جميع أنحاء البلاد. كان أحد البرامج الأولى هو Project Echo ، الذي كان يهدف إلى تحقيق اتصال صوتي ثنائي الاتجاه بين مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جولدستون ، كاليفورنيا ، وكروفورد هيل في هولمديل ، على بعد 5 كيلومترات من مجمع بيل لابز.

Langley Engineers (من اليمين): نورمان كرابيل ، إدوين كيلجور ، ورجل مجهول الهوية يأخذ نظرة خاطفة داخل البالون الشاسع أثناء اختبارات التضخم للقمر الصناعي Echo 1 في Weeksville ، NCناسا

لجعل الاتصال ممكنًا ، تم تطوير Project وتصميم هوائي القرن على موقع Bell Labs. كان الهوائي 15.24 متر بعرض 6.1 متر ، ويبلغ وزنه 16329 كيلوغرام. قام بتوجيه موجات الراديو داخل أو خارج شكل القرن ، وارتد العاكس الأمواج إلى شعاع مركزة واحدة – على وشك الإشارة إلى مرآة منحنية. على الرغم من حجمها الكبير ، يمكن أن تهدف الآلة بدقة.

على عكس الهوائيات الأخرى التي يتم ضبطها على تردد واحد فقط ، عمل هوائي Holmdel على نطاق واسع من الترددات ، بحيث يمكنه التقاط عدة أنواع من إشارات الراديو. كما يمكنه التعامل مع موجات الراديو تتحرك في مسارات خطية أو دائرية.

يمثل التصميم الحاجة المحتملة إلى القضاء على الضوضاء غير المرغوب فيها من البيئة.

تم وضع جهاز الاستقبال في قمة القرن ، مما يلغي الحاجة إلى خط توصيل ، مما قد يؤدي إلى ضوضاء خارجية وفقدان الإشارة.

سمح الهوائي للمشروع Echo بإكمال أول دائرة صوتية عالية الجودة طويلة في عام 1961 من خلال قمر الاتصال السلبي الذي تحمل الاسم نفسه ، Echo. تم الانتهاء من تجربة مماثلة بنجاح بعد عامين من خلال القمر الصناعي Telstar ، وفقًا لاقتراح معلم IEEE.

في عام 1964 ، بدأ Penzias و Wilson في استخدام هوائي Holmdel لإجراء تجارب علم الفلك الخاصة بهم.

ما هذا الصوت الصاخب؟

كان الثنائي يحاول تعيين إشارات الراديو الضعيفة من درب التبانة. لقد أخذوا آلامًا للتخلص من الضوضاء الخارجية من الأرض والبيئة والهوائي نفسه حتى لا تتأثر قراءاتهم. حتى أنهم قاموا بقمع التداخل من المتلقي على الهوائي عن طريق تبريده مع الهيليوم السائل إلى -269 درجة مئوية -فقط 4 درجات فوق الصفر المطلق ، درجة الحرارة النظرية التي تتوقف فيها جميع الحركة.

ومع ذلك ، ظلوا يسمعون ضجة مستمرة. لقد كانت منخفضة وثابتة وأكثر كثافة 100 مرة مما يتوقعه الباحثون لضوضاء التداخل – وكان يأتي من جميع الاتجاهات في الفضاء.

أضاع Penzias و Wilson جهودهما للقضاء على التداخل ، وإعادة اختبار معداتهم بشق الأنفس.

شكلت أدلة بينزياس وويلسون على نظرية الانفجار الكبير “فهمنا لهذا الكون ومكاننا فيه”. – Thomas Coughlin ، 2024 رئيس IEEE

وقال ليوناردو كوليتي “لقد ذهبوا إلى أبعد من ذلك لأخذ الخرق والمنظفات لغسل الهوائي بعناية من فضلات زوج من الحمام الذي كان متداخلًا هناك”. IEEE Spectrum في مقال 2023 عن الاكتشاف. كوليتي أستاذ الفيزياء في جامعة بوزين بولينو الحرة ، في إيطاليا.

ولكن حتى بعد كل عمل الثنائي ، استمرت الطنانة الغامضة.

بعد أن تمثل بينزياس وويلسون كل شيء ، بما في ذلك أنبوب الحمام ، خلصوا إلى أن الإشعاع الذي اكتشفوه لا يمكن أن يأتي من الأرض أو الشمس أو أي شيء آخر في المجرة.

علموا لاحقًا أن الباحثين والفيزيائيين الفلكيين روبرت هـ. ديك ، ب. جيمس بيبلز ، وديفيد تود ويلكينسون من جامعة برينستون توقعوا وجود ضوضاء خلفية الميكروويف الكونية ، والتي “اعتقدوا أنها كانت ستنتج من الانفجار الكبير” ، وفقًا لدخول على موقع نوكيا بيل لابز.

يقول المقال: “كما اتضح ، كان الإشعاع الذي اكتشفه بينزياس وويلسون مباراة مثالية لما توقعه برينستون الباحثون”.

إنقاذ هوائي القرن

في عام 1989 ، تم تسمية الهوائي Holmdel كمعلم تاريخي وطني. ولكن في عام 2021 ، باعت نوكيا ، التي حصلت على مختبرات بيل ، مساحة مساحتها 43 فدانًا إلى رجل الأعمال التكنولوجي راكيش أنتالا.

في العام التالي ، صوت مجلس التخطيط Holmdel على إجراء دراسة للنظر في إعادة تصنيف الموقع كمنطقة تحتاج إلى إعادة التطوير.

[From left] نائب رئيس بلدية هولمدل كيم لامونتين ، باحث بيل لابز السابق جيوفاني فانوتشي ، ورئيس IEEE توم كوغلين 2024 يحتفل بتفاني المعلم أمام هوائي القرن في هولمدل ، نيوجيرسيبالا براسانا

التي تعرض المعلم لخطر الهدم ، IEEE Spectrum ذكرت.

تجمع المجتمع المحلي معًا ، حيث أطلق حملة دعائية وتقديم عريضة عبر الإنترنت لإنقاذ الهوائي. حصلت البلدة في النهاية على ملكية موقع هوائي القرن بعد عملية قانونية واسعة النطاق. في العام الماضي ، كرست الموقع كدكتور روبرت ويلسون بارك ، لتكريمه كمكان “لقد اكتسبنا فهمًا نقديًا لميلاد عالمنا”.

يتم عرض لوحة تعترف بتعيين معلم IEEE في بهو مركز AT&T Labs Science and Technology Center في Middletown ، نيوجيرسي ، على بعد حوالي 7 كيلومترات من Crawford Hill. تقرأ اللوحة:

في 1959-1960 ، طورت NASA و AT&T محطة أرضية من القمر الصناعي في هولمديل ، نيوجيرسي ، بما في ذلك هوائي جديد تتبع القرن ، ومضخم القنسي ، و FM Demodulator. أظهرت المحطة الأرضية أول دائرة صوتية عالية الجودة طويلة المسافة عبر القمر الصناعي للاتصالات السلبية في عام 1960-1961 ، وعبر القمر الصناعي النشط للاتصالات في 1962-1963. قدمت التجارب التي أجريت في 1964-1965 أول إشارة إلى إشعاع الخلفية الكونية المرتبطة بالانفجار الكبير.

قام قسم ساحل IEEE New Jersey وجمعية IEEE الضوئية برعاية الترشيح.

يديره برنامج IEEE للتاريخ وبدعم من المانحين ، يعترف برنامج Milestone بالتطورات التقنية المتميزة في جميع أنحاء العالم.