الفلك

مشكلة في تقليل الضوضاء من بيانات BICEP2؟

مشكلة في تقليل الضوضاء من بيانات BICEP2؟

يتعلق هذا السؤال بهذا المقال الذي يتحدث عن سبب تحول قياسات BICEP2 لاستقطاب الوضع B في إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف إلى ضوضاء من غبار النجوم المجري. ويضيفون أن بيانات Plank الخاصة بالضوضاء لا تتيح الحصول على تقدير جيد للوضع B من بيانات BICEP2.

ومع ذلك ، فإن نتائج التقييم المشترك تشير إلى أنه مهما كانت إشارة BICEP2 التي تم اكتشافها ، فلا يمكن فصلها على أي مستوى كبير عن تأثيرات التلف. بعبارة أخرى ، الملاحظات الأصلية متوافقة بنفس القدر مع عدم وجود موجات ثقالية بدائية. قال جان لوب بوجيه ، المحقق الرئيسي في جهاز Panck's HFI ، في بيان ESA: "أظهر هذا العمل المشترك أن اكتشاف أنماط B البدائية لم يعد قويًا بمجرد إزالة الانبعاثات من الغبار المجري". "لذلك ، لسوء الحظ ، لم نتمكن من تأكيد أن الإشارة هي بصمة تضخم كوني."

هل يمكن لأي شخص أن يشرح لماذا (من منظور معالجة الإشارات) بالضبط لا يكون الكشف عن أوضاع B البدائية قويًا حتى بعد إزالة الانبعاث من الغبار المجري؟ وما هي الحلول المقترحة لمعالجة هذه المشكلة؟


يمكن أن تنتج أنماط B في بيانات CMB الخام عن موجات الجاذبية البدائية ، وكذلك بسبب الغبار الكوني. بعد طرح استقطاب الغبار الكوني من بيانات BCEP2 ، تكون الإشارة المتبقية ضعيفة جدًا فيما يتعلق بالضوضاء بحيث لا تكون ذات دلالة إحصائية كافية للمطالبة باكتشاف.

أو يتم التعبير عنها بطريقة مختلفة: يمكن تفسير أنماط B المرصودة بعيدًا عن طريق الغبار الكوني.

هذا لا يثبت غياب موجات الجاذبية البدائية. لكنها لا تقدم أدلة كافية على وجودهم أيضًا.


هل نتائج BICEP2 غير صالحة؟ على الاغلب لا

حلقات الراديو المجرية ، مع الإشارة إلى منطقة BICEP2. الائتمان: فيليب ميرش

انتشرت شائعات مؤخرًا بأن نتائج BICEP2 المتعلقة بالفترة التضخمية الكونية قد تكون غير صالحة. بدأ كل شيء بنشره بواسطة Dan Falkowski على مدونته Resonaances ، حيث ادعى أن BICEP2 أساء تفسير بعض البيانات ، مما جعل نتائجها غير صالحة ، أو على الأقل مشكوك فيها. أثارت القصة بعد ذلك بعض الجدل الساخن.

بالنسبة لأولئك الذين قد لا يتذكرون ، يعد BICEP2 مشروعًا يعمل على اكتشاف الضوء المستقطب داخل الخلفية الكونية الميكروية (CMB). على وجه التحديد كانوا يبحثون عن نوع من الاستقطاب يعرف باسم استقطاب الوضع B. يعد اكتشاف استقطاب النمط B مهمًا لأن إحدى آلياته هي التضخم الكوني في الكون المبكر ، وهو بالضبط ما ادعى BICEP2 أنه يحتوي على دليل.

يرجع جزء من سبب حصول BICEP2 على الكثير من الضغط إلى صعوبة اكتشاف استقطاب الوضع B بشكل خاص. إنها إشارة صغيرة ، ويجب عليك تصفية قدر كبير من بيانات المراقبة للتأكد من أن نتيجتك صحيحة. ولكن عليك أيضًا أن تقلق بشأن المصادر الأخرى التي تبدو مثل استقطاب الوضع B ، وإذا لم تأخذها في الحسبان بشكل صحيح ، فقد تحصل على "إيجابية خاطئة". هذا هو المكان الذي نشأت فيه هذه الدراما الأخيرة.

بشكل عام ، يسمى هذا التحدي أحيانًا بالمشكلة الأمامية. في الأساس ، فإن الخلفية الكونية الميكروية هي أبعد ضوء يمكننا رؤيته. كل المجرات والغبار والبلازما بين النجوم ومجرتنا هي بيننا وبين CMB. لذلك للتأكد من أن البيانات التي تجمعها هي بالفعل من CMB ، عليك حساب جميع الأشياء الموجودة في الطريق (المقدمة). لدينا طرق للقيام بذلك ، لكنه صعب. التحدي الكبير هو حساب كل شيء.

خريطة استقطاب المقدمة من مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: ESA و Planck Collaboration

بعد وقت قصير من نتائج BICEP2 ، لاحظ فريق آخر تأثيرًا في المقدمة يمكن أن يؤثر على نتائج BICEP2. يتضمن تأثيرًا يُعرف باسم الحلقات الراديوية ، حيث يمكن لجزيئات الغبار المحتبسة في الحقول المغناطيسية بين النجوم أن تبعث ضوءًا مستقطبًا مشابهًا لاستقطاب الوضع B. ما مدى تأثير هذا غير واضح. هناك مشروع آخر يتم إنجازه مع القمر الصناعي بلانك يبحث أيضًا في هذا التأثير الأمامي ، وقد أصدر بعض النتائج الأولية (كما هو موضح في الشكل) ، لكنه لم يصدر البيانات الفعلية بعد.

لقد ظهر الآن أن BICEP2 قد أخذ بعضًا من هذا الاستقطاب الأمامي في الاعتبار ، جزئيًا باستخدام نتائج بلانك. ولكن نظرًا لعدم إصدار البيانات الأولية ، استخدم الفريق البيانات المأخوذة من شريحة PDF الخاصة بنتائج Planck وهندسة عكسية بشكل أساسي لبيانات Planck. يشار إليه أحيانًا باسم "استخراج البيانات" ، وهو ليس مثاليًا ، ولكنه يعمل بشكل جيد إلى حد ما. الآن هناك بعض الجدل حول ما إذا كانت هذه الشريحة تقدم استقطابًا حقيقيًا في المقدمة أو بعض الاستقطاب المتوسط. إذا كان هذا هو الأخير ، فقد تكون نتائج BICEP2 قد قللت من تقدير تأثير المقدمة. هل هذا يعني أن نتائج BICEP2 غير صالحة تمامًا؟ بالنظر إلى ما رأيته حتى الآن ، لا أعتقد أنه كذلك. ضع في اعتبارك أن مقدمة بلانك هي أحد التأثيرات الأمامية العديدة التي قام BICEP2 بحسابها. قد يكون خطأً كبيرًا ، ولكنه قد يكون أيضًا خطأ بسيطًا إلى حد ما.

الشيء المهم الذي يجب أخذه في الاعتبار هو أن ورقة BICEP2 لا تزال تخضع لمراجعة الأقران. التحليل النقدي للورقة هو بالضبط ما يجب أن يحدث ويحدث. اعتاد هذا النوع من المراجعة أن يقتصر على الأبراج العاجية ، ولكن مع وسائل التواصل الاجتماعي يحدث الآن في العراء. هذه هي الطريقة التي يتم بها العلم. قدم BICEP2 ادعاءًا جريئًا ، والآن يمكن للجميع أن يضربهم مثل piñata.

يقف فريق BICEP2 إلى جانب عملهم ، ولذا علينا أن نرى ما إذا كان يصمد أمام مراجعة الأقران. سيتعين علينا أيضًا انتظار فريق Planck لإصدار نتائجه بشأن استقطاب الوضع B. في النهاية سوف يستقر الغبار وسيكون لدينا معالجة أفضل للنتائج.


معهد بحوث الخلق

في علم الكونيات Big Bang ، يعتبر التضخم بمثابة طفرة نمو مفترضة & quot ؛ حيث نما الكون بشكل هائل في الحجم. كان التضخم مخصصة بالإضافة إلى نموذج Big Bang الذي يهدف إلى حل بعض الصعوبات النظرية الخطيرة جدًا ، بما في ذلك النسخة الخاصة من Big Bang & # 39s لمشكلة رؤية النجوم البعيدة في الكون الصغير. كان يُعتقد في الأصل أن التضخم قد حدث بعد وقت قصير من الانفجار الكبير ، على الرغم من أن علماء الكونيات العلمانيين بدأوا منذ ذلك الحين في النظر إلى التضخم باعتباره السبب الحقيقي لهذا الانفجار الكوني المزعوم. 3 ومن ثم ، فإن العثور على دليل لهذه العملية التضخمية المفترضة مهم جدًا لمؤيدي Big Bang.

يأتي إشعاع منتظم تقريبًا إلى الأرض من جميع الاتجاهات. نظرًا لأن هذا الإشعاع له ذروته في جزء الميكروويف من الطيف الكهرومغناطيسي ، فقد أطلق عليه اسم الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) إشعاع. يفسر علماء الكونيات العلمانيون هذا الإشعاع على أنه وهج لاحق منذ حوالي 400000 سنة بعد الانفجار العظيم المفترض.

وجد فريق BICEP2 أنماطًا دوامية في إشعاع CMB تسمى استقطاب ب-وضع. كان يعتقد أن هذه قد طبعت على CMB عن طريق موجات الجاذبية البدائية & quot أثناء عملية التضخم.

كان دعاة بيغ بانغ بالطبع مبتهجين في ذلك الوقت. ومع ذلك ، بعد أشهر قليلة من الإعلان الكبير ، لاحظ علماء آخرون وجود خلل في التحليل: فقد قلل فريق BICEP2 بشكل خطير من مقدار استقطاب الوضع B الذي يمكن أن يسببه الموجات الدقيقة المنبعثة من الغبار داخل مجرتنا. 4 ومن ثم ، فإن أنماط الاستقطاب CMB التي تم الاستشهاد بها على أنها & quotsmoking Gun & quot دليلاً على الانفجار العظيم لا شيئ للقيام بهذه العملية التضخمية المفترضة. حتى أن أحد الفيزيائيين النظريين البارزين وصف هذه الحلقة المحرجة بأنها & quot؛ Big Bang blunder. & quot 5

ومع ذلك ، لم يكن التلسكوب الراديوي BICEP2 هو المصدر الوحيد للمعلومات المتعلقة بإشعاع الخلفية الميكروي هذا. كما تم الحصول على قياسات CMB بواسطة القمر الصناعي Planck ، وصدرت النتائج الأولية لتحليل بيانات Planck في عام 2013. 6 لكن هذا التقرير الأولي لم يتضمن دراسة استقطاب B-mode داخل CMB مما جعل البعض يأمل في ذلك. سيوفر تحليل بيانات Planck CMB الدليل المطلوب للتضخم ، بصرف النظر عن تحليل BICEP2 المعيب. لم يتحقق هذا الادعاء.

تم الآن تقديم تحليل أنماط الاستقطاب داخل الإشعاع CMB ، الذي تم الحصول عليه من بيانات Planck ، في ورقة تم تقديمها للنشر الشهر الماضي. 7 خلص مؤلفوها إلى أن & quotnoise & quot الناجم عن الغبار داخل مجرتنا بنفس حجم الإشارة التي اكتشفها فريق BICEP2. ومن ثم ، أكد تحليل بيانات بلانك أن الإشارة التي اكتشفها فريق BICEP2 من المحتمل أن تكون ناجمة عن الغبار داخل مجرتنا درب التبانة.

لجعل الأمور أسوأ بالنسبة لمؤيدي Big Bang ، جادل باحثون من King & # 39s College London بأن قبول ادعاء BICEP2 في ظاهره يعني أن الكون كان يجب أن ينهار على نفسه بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم المفترض. ومن ثم ، إذا كانت نتائج BICEP2 صحيحة ، فلا يجب أن يكون كوننا موجودًا! 8

كما لاحظنا في وقت الإعلان الأولي لـ BICEP2 ، فإن هذا ليس أول قصة مثيرة وموثوقة للقصص العلمانية حول الأصول التي تراجع عنها العلماء العلمانيون ، ولن تكون الأخيرة. 9 مع وجود الكثير من هذه الأدلة المهزومة التي تتناثر في المشهد العلمي (رجل بلتداون ، الأعضاء الأثرية ، الرابط المفقود المفترض & quotIda ، & quot ؛ دليل التدخين على الانفجار العظيم ، وما إلى ذلك) ، قد يعتقد المرء أن المسيحيين سيتعلمون ألا يخافوا من ذلك. الادعاءات المتشددة للعلماء العلمانيين. ومع ذلك ، لا يزال العديد من المسيحيين مترددين في استجواب الكهنة العلميين والرباعيين ومقتطفات الدين العلماني الجديد ولا يمكنهم إلا أن يقترحوا بخنوع ، ضد كل المنطق والفطرة السليمة ، أن ربما مثل هذه المطالبات لا & # 39t حقا يتعارض مع الكتاب المقدس بعد كل شيء! يجب أن تشجع هذه الكارثة الأخيرة المسيحيين على التشديد وإظهار القليل من الشكوك الشديدة في المرة القادمة التي يعلن فيها العلماء عن أحدث & quot؛ & quot؛ & quot؛ & quot؛ في نظرياتهم. بعد كل شيء ، لا يخبرنا العلماء العلمانيون دائمًا أن الشك فضيلة؟


تقليل الضوضاء والإشارات والصور

يناقش هذا المثال مشكلة استعادة الإشارة من البيانات الصاخبة. يتضمن إجراء تقليل الضوضاء العام ثلاث خطوات. الإصدار الأساسي من الإجراء يتبع الخطوات الموضحة أدناه:

حلل: اختر مويجة ، اختر المستوى N. احسب تحلل الموجة للإشارة عند المستوى N.

معاملات تفاصيل العتبة: لكل مستوى من 1 إلى N ، حدد عتبة وقم بتطبيق حد بسيط على معاملات التفاصيل.

إعادة البناء: حساب إعادة بناء المويجات باستخدام معاملات التقريب الأصلية للمستوى N ومعاملات التفاصيل المعدلة للمستويات من 1 إلى N.

يجب معالجة نقطتين على وجه الخصوص:

كيفية اختيار العتبة ،

وكيفية تنفيذ العتبة.

عتبة ناعمة أم صلبة؟

يمكن عمل العتبة باستخدام الوظيفة wthresh التي ترجع عتبة ناعمة أو صلبة لإشارة الإدخال. العتبة الصلبة هي أبسط طريقة ولكن العتبة الناعمة لها خصائص رياضية لطيفة. دع العتبة تشير إلى العتبة.

يمكن وصف العتبة الصلبة بأنها العملية المعتادة لتعيين العناصر التي تكون قيمها المطلقة أقل من العتبة إلى الصفر. إشارة العتبة الصلبة هي x إذا كانت x & gt thr ، و 0 إذا كانت x ≤ thr.

العتبة الناعمة هي امتداد للعتبة القاسية ، حيث يتم تحديد العناصر التي تكون قيمها المطلقة أقل من الحد الأدنى للصفر ، ثم تقلص المعاملات غير الصفرية نحو الصفر. إشارة العتبة الناعمة هي العلامة (x) (x- thr) إذا كانت x & gt Th و هي 0 إذا كانت x ≤ th.

كما يتضح من الشكل أعلاه ، فإن الإجراء الصعب يخلق انقطاعات عند x = ± t ، بينما الإجراء الناعم لا يفعل ذلك.

قواعد تحديد العتبة

عند استدعاء الخطوة 2 من إجراء إزالة الضوضاء ، تقوم الوظيفة المحددة بتحديد عتبة ، ثم يتم تحديد كل مستوى. يمكن القيام بهذه الخطوة الثانية باستخدام wthcoeff ، والتعامل المباشر مع بنية تحلل الموجة للإشارة الأصلية. يتم تنفيذ أربع قواعد تحديد عتبة في الوظيفة التي يتم تحديدها. عادةً ما يكون من المثير للاهتمام إظهارها أثناء العمل عندما تكون إشارة الإدخال عبارة عن ضوضاء بيضاء غاوسية.

القاعدة 1: الاختيار باستخدام مبدأ تقدير المخاطر غير المتحيز لشتاين (بالتأكيد)

القاعدة 2: عتبة شكل ثابتة تساوي sqrt (2 * log (length (y)))

القاعدة 3: التحديد باستخدام مزيج من الخيارين الأولين

القاعدة 4: الاختيار باستخدام مبدأ minimax

تعد قواعد اختيار عتبة Minimax و SURE أكثر تحفظًا وستكون أكثر ملاءمة عندما تكون التفاصيل الصغيرة للإشارة بالقرب من نطاق الضوضاء. القاعدتان الأخريان تزيلان الضوضاء بشكل أكثر كفاءة.

دعونا نستخدم بيانات اختبار "الكتل" المنسوبة إلى Donoho و Johnstone كمثال أول. قم بإنشاء إشارة أصلية xref وإصدار صاخب x مضيفًا ضوضاء بيضاء غاوسية قياسية.

قم أولاً بتقليل التشويش على الإشارة باستخدام wdenoise مع الإعدادات الافتراضية. قارن النتيجة بالإشارات الأصلية والصاخبة.

قم بإزالة الضوضاء من الإشارة الصاخبة للمرة الثانية ، هذه المرة باستخدام عتبة SURE الإرشادية الناعمة على معاملات التفاصيل التي تم الحصول عليها من تحلل x ، عند المستوى 3 بواسطة sym8 المويج. قارن مع الإشارة السابقة المنقوشة.

نظرًا لأن عددًا قليلاً فقط من المعاملات الكبيرة تميز الإشارة الأصلية ، فإن كلا الإشارتين منزوعتي الضوضاء تقارنان جيدًا بالإشارة الأصلية. يمكنك استخدام Wavelet Signal Denoiser لاستكشاف تأثيرات معلمات تقليل الضوضاء الأخرى على الإشارة المزعجة.

التعامل مع الضوضاء غير البيضاء

عندما تشك في وجود ضوضاء غير بيضاء ، يجب إعادة قياس العتبات بتقدير يعتمد على المستوى لمستوى الضوضاء. كمثال ثان ، دعونا نجرب الطريقة على الجزء المضطرب للغاية من الإشارة الكهربائية. دعونا نستخدم موجة db3 ونتحلل عند المستوى 3. للتعامل مع طبيعة الضوضاء المركبة ، دعونا نجرب تقدير حجم الضوضاء المعتمد على المستوى.

قم بإلغاء تشويش الإشارة باستخدام عتبة شكل ثابت ناعم وتقدير حجم الضوضاء المعتمد على المستوى.

والنتيجة جيدة للغاية على الرغم من عدم تجانس الوقت لطبيعة الضوضاء بعد وقبل بداية فشل المستشعر في وقت قريب من 2410.

تقليل ضوضاء الصورة

طريقة تقليل الضوضاء الموصوفة للحالة أحادية البعد تنطبق أيضًا على الصور وتنطبق جيدًا على الصور الهندسية. إجراء إزالة الضوضاء ثنائي الأبعاد له نفس الخطوات الثلاث ويستخدم أدوات المويجات ثنائية الأبعاد بدلاً من الأدوات أحادية البعد. بالنسبة لاختيار العتبة ، يتم استخدام prod (الحجم (y)) بدلاً من الطول (y) إذا تم استخدام عتبة النموذج الثابت.

في هذه الحالة ، يتم استخدام عتبة النموذج الثابت مع تقدير مستوى الضوضاء ، ويكون وضع العتبة ضعيفًا ويتم الاحتفاظ بمعاملات التقريب.


أكبر مشكلة كونية هي & # 8230

& # 8230 العيش في مكان يجعل من الصعب القيام بعلم الكونيات. دعونا نتراجع قليلاً. ما لم تكن & # 8217 كنت تعيش تحت صخرة كثيفة وعازلة بشكل خاص ، فأنت تعلم أنه في الأشهر الأخيرة ، كان عالم علم الكونيات التجريبي (ما كان يُطلق عليه سابقًا علم الكون القائم على الملاحظة ، أو مجرد علم الفلك القديم البسيط) في انتظار أن يراه [ . ]

. العيش في مكان يجعل من الصعب القيام بعلم الكونيات.

دعونا نتراجع قليلا. ما لم تكن تعيش تحت صخرة كثيفة وعازلة بشكل خاص ، ستعرف أنه في الأشهر الأخيرة ، كان عالم علم الكونيات التجريبي (ما كان يُطلق عليه سابقًا علم الكونيات الرصدي ، أو مجرد علم الفلك القديم البسيط) في حالة توقف شديد في انتظار معرفة ما إذا كان إن قياس BICEP2 لإشعاع الخلفية الكونية المستقطب الميكروويف هو حقًا علامة على وجود تضخم في الكون ، أو - بعبارة صريحة - الغبار.

تم سرد الحكاية جيدًا في العديد من الأماكن ، ولكن النقد الرئيسي لبيانات BICEP2 هو أن المجرة القديمة الوحل - درب التبانة - يمكن أن تكون مسؤولة تمامًا عن الإشارة التي يتم رؤيتها. إنها مقدمة مجرية ، جزء من حجاب بيننا وبين الكون. الآن ، مع نشر النتائج من القمر الصناعي بلانك ، يبدو من المرجح بشكل متزايد أن هذا هو الحال (على الرغم من أن الغطاء ليس مغلقًا بأي حال من الأحوال).

الغبار المجهري - حبيبات السيليكات والكربون وأكسيد الألومنيوم ومركبات أخرى ، ربما تكون مغطاة بالماء أو المواد العضوية - موجود في كل مكان في مجرتنا ، تمامًا كما هو الحال في معظم المجرات. إنه نتاج النجوم نفسها - مادة مكثفة وبلورية تُلقى في الفراغ. يمكننا الحصول على فكرة عن المدى الهائل لهذه القذارة من خلال إلقاء نظرة على جارتنا الكونية مجرة ​​أندروميدا - إليك خريطة متوسطة بالأشعة تحت الحمراء مصنوعة من مرصد سبيتزر التابع لناسا والتي توضح مكان الغبار "الدافئ" (درجات حرارة أكبر من حوالي 20 كلفن ).

مجرة أندروميدا مغبرة (ناسا سبيتزر)

إنه كثير من الغبار ، وهو منتشر في كل مكان. درب التبانة في حالة مماثلة ، وإذا كنت داخل مجرة ​​كهذه ، فإن نظرتك للكون ستكون معقدة. ولا يقتصر الأمر على الغبار فقط. هناك أيضًا غاز بين النجوم ، وهناك نجوم.

بالطبع ، مثل مجرة ​​أندروميدا ، مجرتنا لها شكل يشبه القرص. في حين أن قطرها يتراوح ما بين 100،000 إلى 120،000 سنة ضوئية ، فإن سماكة أو عمق المكان الذي تتوزع فيه النجوم يمكن أن يضيق إلى بضعة آلاف سنة ضوئية فقط. هذا هو السبب في أننا يمكن أن ننظر ونرى مستوى القرص ، دفقة حليبية عبر السماء المظلمة التي أعطت مجرتنا اسمها.

كل هذا التعتيم لما يكمن وراءه أثر طويلاً على الدراسات الكونية. غالبًا ما تقطع الخرائط الموضوعة لمواقع المجرات البعيدة أجزاء السماء التي يصعب فيها العثور على هذه الأجسام ، أو تركها فارغة. فيما يلي مثال على أحد ملفات أفضل لدينا خرائط لمواقع المجرات القريبة نسبيًا (كل نقطة هي مجرة).

مسح 2MASS لعشرات الآلاف من المجرات & # 39 القريبة & # 39 ، المرسومة في إحداثيات المجرة ، حيث تقع مجرة ​​درب التبانة عبر الأفقي.

هذا الشريط الأفقي المظلم؟ هذه هي طائرة مجرة ​​درب التبانة ، مختبئة من يعرف ماذا عنا.

إنها مشكلة كبيرة إذا كنت تحاول ، على سبيل المثال ، معرفة قوة الجاذبية على مجموعتنا المحلية من المجرات ، أو في الواقع ما إذا كنا جزءًا من هياكل كونية أكبر بكثير - مثل عنقود مجرات عملاق أم لا.

لا تكمن المشكلة فقط في أن نظرتنا إلى الكون محجوبة ، بل يتم الخلط بين الأشياء المجرية أيضًا والأشياء خارج المجرة. قبل أن يتمكن علماء الفلك مثل سليفر وهابل من قياس السرعة الانعكاسية للمجرات البعيدة في أوائل القرن العشرين ، لم يكن من الواضح أن هذه الأجسام كانت أكثر من مجرد `` ضبابية '' أخرى - كتل من الضوء لن تتحلل إلى نجوم فردية ، مثل السدم الحقيقية للغبار والغاز الجزيئي التي تنتشر في الأذرع الحلزونية لمجرة درب التبانة. وبالمثل ، هناك سبب لتسمية المصادر الراديوية شبه النجمية ، أو الكوازارات ، بهذه الطريقة. بدت صور الضوء المرئي لهذه الأجسام التي تم التقاطها في الستينيات مثل ما تراه يحدق في نجم في مجرتنا - نقطة ضوء. حتى تم قياس المسافة الكونية الحقيقية (الواسعة) ، افترض علماء الفلك عمومًا أن هذه الأشياء الغريبة كانت في مجرتنا ، ولم يدركوا للحظة أنها كانت في الواقع منازل بعيدة من الثقوب السوداء الهائلة مشغولة بتمزيق المادة.

ثم هناك الخلفية الكونية الميكروية. إليك خريطة قديمة من القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، توضح ما يجب أن تتعامل معه التجارب.

السماء بأكملها (مرة أخرى في إحداثيات المجرة) التي رآها بلانك (وكالة الفضاء الأوروبية)

تمثل الدوامات والغيوم ذات اللون الأزرق والأبيض انبعاثًا للموجات الدقيقة وحجبًا من غاز وغبار مجرة ​​درب التبانة ، ويُرى من موقعنا (مستوى المجرة الذي يمر أفقياً عبر الوسط هنا). الأشياء المرقطة ذات اللون البنفسجي البرتقالي؟ بعض من ذلك بدائي ، بصمة البنية في كوننا عندما كان عمره بضع مئات الآلاف من السنين - القليل من الذهب في نهاية قوس قزح لعلماء الكونيات.

من السهل أن ترى مدى صعوبة هذا. نحن نجلس في أعماق الكثير من الضباب الذي يمكن أن يمتص أو ينبعث منه الإشعاع بنفس الأطوال الموجية التي نود أن نتطلع إليها في الكون البعيد. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل قدرًا هائلاً من الجهد الفلكي يخصص في وصف الفناء الخلفي الخاص بنا ، حتى نتمكن من النظر بشكل أفضل عبر الفجوات في السياج.

ولكن إذا عدنا إلى الوراء من أجل منظور أوسع ، فهناك شيء مثير للاهتمام حول هذا الموقف. لقد أشار علماء الكونيات إلى أننا نعيش في نواحٍ كثيرة بشكل خاص زمن لدراسة الكون. قبل خمسة مليارات سنة أو أكثر ، كنا نتعرض لضغوط شديدة لاكتشاف دليل على تسارع التوسع الكوني. مائة مليار سنة في المستقبل وهذا التوسع نفسه سيعزل مجرتنا عن الإشارة الكهرومغناطيسية لمعظم بقية الكون - مما يجعلها جزيرة منعزلة حيث قد يكون من المستحيل استنتاج الخصائص الأساسية للكون المحيط بشكل صحيح.

حتى الآن أين نحن لسنا مثاليين لعلم الكونيات. إن الدوامة المجرية للعناصر الغنية بشكل رائع ، ووفرة النجوم والكواكب التي مكنت الحياة من الظهور هنا ، تعقد أيضًا - وأحيانًا تربك - محاولات فهم الحقائق العالمية.

ماذا نتعلم من هذا ، إذا كان هناك أي شيء؟ لسبب واحد ، إنه تذكير جيد أنه عندما يقترح شخص ما أن هناك شيئًا "خاصًا" أو مثاليًا بشأن مكانتنا في الكون ، فمن المحتمل ألا يكون عالم كوزمولوجيا تجريبيًا. إنه أيضًا تذكير بأن الكون لم يضع أسراره تحت أقدامنا بعد ، وأن العديد من المفاجآت يجب أن تنتظرنا بالتأكيد.

الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف (المؤلفين) وليست بالضرورة آراء Scientific American.

عن المؤلفين)

كالب أ. شارف هو مدير علم الأحياء الفلكية في جامعة كولومبيا. وهو مؤلف وشارك في تأليف أكثر من 100 مقال بحثي علمي في علم الفلك والفيزياء الفلكية. ظهرت أعماله في منشورات مثل عالم جديد, Scientific American, أخبار العلوم, مجلة كوزموس, الفيزياء اليوم و ناشيونال جيوغرافيك. لسنوات عديدة ، كتب مدونة Life، Unbounded لـ Scientific American.


دليل التضخم الانفجار الكبير غير حاسم

بقلم: كميل إم كارلايل 2 يونيو 2014 11

احصل على مقالات مثل هذه المرسلة إلى صندوق الوارد الخاص بك

تشير التحليلات الجديدة إلى أن الملاحظات التي تم الإعلان عنها كدليل على طفرة النمو القصيرة للكون لا تظهر بشكل قاطع ما اعتقد الباحثون أنهم فعلوه.

أقدم ضوء في الكون ، يُنظر إليه اليوم على أنه الخلفية الكونية الميكروية ، يغمر الكون. تُظهر هذه الخريطة التي تغطي السماء بالكامل ، والتي تم إنشاؤها من جميع نطاقات التردد التسعة لمركبة بلانك الفضائية ، تفاصيل CMB بدقة لم يتم الحصول عليها من قبل.

Hubbub هو فقاعة في علم الكونيات في الوقت الحالي. في مارس ، أعلن فريق BICEP2 أنهم اكتشفوا أنماط استقطاب دوامة تسمى أوضاع B في الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، وهي الإشعاع المتبقي من ولادة الكون. يجب أن توجد هذه الأنماط في CMB إذا خضع الكون لحظة من التوسع الأسي يسمى التضخم الذي استمر تقريبًا نانو-نانو-نانو-نانو ثانية.

أثار الإعلان إثارة على مستوى الألعاب النارية وتكهنات حول جائزة نوبل للمنظرين الذين اقترحوا التضخم لأول مرة ، إذا تم تأكيد النتيجة.

ولكن الآن ، قام فريقان آخران بدمج بيانات BICEP2 مع أحدث إصدار من مهمة Planck ويقومان برسم صورة مختلفة. يقول كلا الفريقين أنهما لا يستطيعان التمييز ما إذا كانت الأوضاع B التي اكتشفها فريق BICEP2 موجودة في CMB أو في الانبعاثات من الغبار الذي يملأ مجرتنا.

هذه المدونة طويلة لأن الموضوع معقد ويستحق معالجة دقيقة. لكن إذا حذفت شيئًا واحدًا من هذه المقالة ، فليكن هذا: لا نعرف ما هي الإجابة الصحيحة حتى الآن. لكننا قد نفعل ذلك قريبًا. ما نمر به الآن هو ببساطة كيف يعمل العلم.

إشارات محيرة

المشكلة ذات شقين. أولاً ، نحن عالقون في مجرة. إن النظر إلى الكون من داخل مجرة ​​درب التبانة يشبه النظر إلى طريق من خلال حاجب الريح الضبابي المليء بالضباب. يجب على المراقبون إزالة كل هذه الأشياء "الأمامية" حتى يتمكنوا من رؤية CMB.

عند التردد الملحوظ BICEP2 ، فإن الإشارات الرئيسية الثلاث التي نهتم بها هي CMB (وهو مستقطب عند مستوى نحاول اكتشافه) ، والغبار (مستقطب أيضًا) ، وخلفية الأشعة تحت الحمراء الكونية (CIB ، غير مستقطب). CIB هو مجموع ضوء الأشعة تحت الحمراء من بلايين المجرات المتربة التي لم يتم حلها ، وهو يغمر الكون بنفس الطريقة التي يعمل بها الإشعاع CMB.

تضمنت الخريطة الأولية للانبعاثات المستقطبة من القمر الصناعي بلانك خلفية الأشعة تحت الحمراء الكونية ، والتي أخمدت الإشارة المستقطبة من الغبار في مجرة ​​درب التبانة. يكون الترميز اللوني مستقطبًا من صفر إلى 20٪.

لاستنباط إشارة CMB ، يجب على علماء الكونيات تحديد مقدار الإشارة التي يرصدونها من جزء معين من السماء تأتي من كل مصدر. للقيام بذلك ، استخدم فريق BICEP2 خريطة أولية لجميع السماء لانبعاثات الغبار المستقطب ، مأخوذة من عرض تقديمي في المؤتمر قدمه أحد أعضاء فريق Planck في أبريل 2013.

لكن هذه الخريطة شملت CIB. نظرًا لأن CIB هو مجرد ضوء مدمج من الغبار في مجموعة كاملة من المجرات ، فإنه يبدو مثل الغبار في مجرة ​​درب التبانة - إلا أنه ليس مستقطبًا. إذا نظرت إلى الإشارة المغبرة بأكملها معًا ، يبدو أن حوالي 5٪ من الانبعاثات مستقطبة. ولكن إذا كانت نصف الإشارة الموجودة هناك غير مستقطبة وقمت بإزالة هذا الجزء ، فإن "الاستقطاب الجزئي" لما تبقى يرتفع ، ربما إلى 10٪ (أستخدم أرقامًا تقريبية هنا).

علم فريق بلانك أن CIB كان يمثل مشكلة وأمضى عامًا في التخلص منه. أصدروا خريطة غبار أولية أقل من CIB قبل عدة أسابيع.

هذه هي الخريطة الثانية التي تستخدمها الورقتان الجديدتان. مع خريطة الغبار المستقطبة المنقحة ، قال فريق من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وفريق آخر من جامعة برينستون وجامعة نيويورك ، إن فريق BICEP2 ربما يكون قد خفض مقدار الاستقطاب الذي يأتي من غبار مجرة ​​درب التبانة. بعبارة أخرى ، لا يمكننا استنتاج أي شيء حول المكان الذي يأتي منه الوضع B الذي يرى BICEP2.

مسائل التردد في علم الكونيات

هناك مشكلة كبيرة ولكن هنا ، المشكلة ذات الشقين: كل الفرق تقوم بالاستقراء.

تقع خريطة استقطاب بلانك عند 353 جيجاهرتز ، حيث يكون انبعاث الغبار قويًا. لكن BICEP2 لاحظ عند 150 جيجاهرتز. لذا يتعين على علماء الكونيات اتباع نهج من ثلاث خطوات ، كما يوضح عالم بلانك تشارلز لورانس (JPL).

أولاً ، يحتاجون إلى معرفة مقدار انبعاث الغبار المجري عند 353 جيجاهرتز مستقطب. ثانيًا ، تختلف قوة إشارة الغبار المجري عند الترددات المختلفة ، لذا فهم بحاجة إلى استنتاج كيف تبدو الإشارة بشكل صحيح عند 150 جيجاهرتز ، حيث يكون انبعاث الغبار أضعف. ثالثًا ، يحتاجون إلى تقسيم إشارة الاستقطاب هذه بشكل صحيح إلى نوعين ، أوضاع E و B.

المجال المغناطيسي لمجرة درب التبانة كما يراه القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. تم تجميع هذه الصورة من أول ملاحظات كل السماء للضوء المستقطب المنبعث من الغبار البينجمي في درب التبانة.

قام فريق BICEP2 باستقراء إلى 150 جيجاهرتز باستخدام خريطة 353 جيجاهرتز ملوثة من CIB لقسم السماء الذي لاحظوه. قام الفريقان الآخران باستقراء باستخدام خريطة 353 جيجاهرتز خالية من CIB لكن لا يشمل مجال رؤية BICEP2. لم يُصدر فريق بلانك البيانات الخاصة بالمناطق القريبة من قطبي المجرة الشمالي والجنوبي لأن ملاحظات تلك القطاعات يصعب تحليلها بشكل يبعث على السخرية. ونظر BICEP2 إلى الحفرة الجنوبية.

يستغرق فريق بلانك وقتًا طويلاً لأن العلماء يعملون على نطاق كوني. رصد القمر الصناعي بلانك CMB بدقة عالية من أجل قياس الأرقام التي تميز الكون ، والأشياء المتعلقة بسرعة تمدده وكثافته وما إلى ذلك. يتعين على الفريق ربط كل هذه الملاحظات والحسابات ببعضها البعض قبل أن تنتهي.

يقول لورانس ضاحكًا: "ليس الأمر كما لو أنه يمكنك الحصول على نتيجة هنا من جانب لا تتفق مع نتيجة أخرى على الجانب الآخر ، ثم تقول ،" أوه ، لم نلاحظ ذلك ". يجب أن يتلاءم كل شيء معًا. "هذا مجرد عمل شاق ويجب أن يتم بشكل صحيح. لذلك يستغرق الأمر وقتًا طويلاً ".

تعتبر بيانات بلانك مهمة جزئيًا لأنها ستغني عن الحاجة إلى الاستقراء. قام بلانك بقياس الاستقطاب عند 30 و 44 و 70 و 100 و 143 و 217 و 353 جيجاهرتز. في الوحدات التي يستخدمها علماء الكونيات لرسم خرائطهم ، لا تتغير إشارة CMB عندما تنظر في ترددات مختلفة. لكن إشارة الغبار تفعل ذلك. لذلك ، إذا تمكن الباحثون من النظر في كيفية تغير الإشارة أثناء انتقالهم بين الترددات ، فيمكنهم بشكل فعال مسح الغبار عن حاجب الريح الكوني.

ذكرت عدة مصادر أن نتائج بلانك ستصدر في أكتوبر. الموعد النهائي الحقيقي هو الأسبوع الأول من شهر كانون الأول (ديسمبر) ، لأن هذا هو الموعد المحدد لمؤتمر بلانك القادم. قد يخرجون مبكرًا ، جزئيًا أو كليًا ، لكن الموعد النهائي للمؤتمر انتهى ، كما يقول لورانس. ستتضمن هذه النتائج بيانات درجة الحرارة والاستقطاب من البعثة الكاملة ، حيث تضمن الإصدار السابق في عام 2013 النصف الأول فقط من بيانات درجة الحرارة. من السابق لأوانه تحديد ما إذا كان الإصدار القادم سيتضمن إصدار Planck لقياسات الوضع B المباشر.

زادت حقيقة أن نتيجة BICEP2 تتوقف على بيانات بلانك. "هناك شيء واحد يتفق عليه الجميع ، وهو نحن لديك أن تكون على حق "، يؤكد لورانس. "لا يمكننا أن نخطئ في هذا الأمر. وإذا استغرق الأمر وقتًا أطول قليلاً ، وقلنا "حسنًا ، ماذا عن -؟ أو هل تحققنا من هذا؟ أو ما إلى ذلك ، فسيحدث ذلك. حتى يتم ذلك ، لم يتم ذلك ".


`` خسارة جائزة نوبل '' تشكل نقطة جيدة ، لكنها تفتقد واحدة عظيمة (مراجعة كتاب)

إذا نظرت أبعد وأبعد ، فأنت تنظر أبعد وأبعد إلى الماضي. الأبكر . [+] تذهب ، كلما كانت سخونة وكثافة ، وكذلك أقل تطورًا ، اتضح أن الكون كذلك. من المحتمل أن تخبرنا الإشارات المبكرة عما حدث قبل لحظات الانفجار العظيم الساخن. هذا هو جوهر التجربة التي تركز على "خسارة جائزة نوبل".

NASA / STScI / A. Feild (STScI)

تخيل ما يشبه أن تكون عالمًا يعمل على حل مشكلة في حدود مجالك. لديك تجربة جديدة قادرة على قياس بعض خصائص الكون إلى درجة لم يتم قياسها من قبل. ربما تكون درجة الحرارة أكثر برودة مما حققته في أي وقت مضى ، أو طاقة أعلى مما وصلت إليه البشرية ، أو صورة عالية الدقة للكون ، أو القدرة على اكتشاف تأثير متوقع لم يتم قياسه من قبل. إن دفع آفاق العلوم الأساسية بطريقة جديدة هو أمر ينطوي على مخاطر عالية ومكافآت عالية. يمكنك أن تمضي حياتك المهنية بأكملها على فكرة واحدة ، ولا تجد أي شيء جديد. ولكن إذا حققت الاختراق الرئيسي ووجدت ما كنت تبحث عنه ، يمكنك الفوز بالجائزة النهائية في كل العلوم: جائزة نوبل. في كتابه الجديد ، فقدان جائزة نوبل ، يأخذنا عالم الكونيات القائم على الملاحظة براين كيتنغ من خلال قصة الطموح ، والحسرة ، والدروس المشكوك فيها المستفادة من هذا المسعى.

كتاب بريان كيتنغ الجديد ، "خسارة جائزة نوبل" ، يحكي قصة الطموح ، والخسارة ، وما. [+] المخاطر هي السعي وراء الهدف المزخرف بالفوز بجائزة نوبل.

منذ حوالي 20 عامًا ، كان علماء الكونيات يقيسون التقلبات في توهج بقايا الانفجار العظيم بدقة غير مسبوقة. كانت التجارب المحمولة بالبالونات مثل BOOMERanG و MAXIMA ، جنبًا إلى جنب مع التجارب الأرضية مثل CBI و DASI ، تبحث في المقاييس الأصغر والأصغر بدقة عالية جدًا ، وتقيس تقلبات أقل من ملي كلفن على المقاييس الصغيرة. These fluctuations could, for the first time, tell us the shape of the Universe, and would lead the way to more advanced, space-based observatories like WMAP and Planck, which could cover the whole sky and tell us what the Universe was made of.

The leftover glow from the Big Bang, the CMB, isn't uniform, but has tiny imperfections and . [+] temperature fluctuations on the scale of a few hundred microkelvin. The patterns of these fluctuations teach us about the composition and origin of the Universe.

ESA and the Planck collaboration

Along the way, however, a very clever, complementary technique was discovered that could do what none of these experiments could: look for evidence of not just density and temperature fluctuations, but of ripples in spacetime from the moment of the Big Bang itself. The theory of our Universe's origin, cosmic inflation, predicts the creation of both scalar fluctuations, which create temperature/density imperfections, and tensor (gravitational wave) fluctuations, which should polarize the light left over from the Big Bang in a very specific way. Brian Keating, the author, came up with the first experimental design that could measure the "curling" of this light: Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization (BICEP).

The contribution of gravitational waves left over from inflation to the B-mode polarization of the . [+] Cosmic Microwave background has a known shape, but its amplitude is dependent on the specific model of inflation. These B-modes from gravitational waves from inflation have not yet been observed.

If you could measure this polarization and saw the evidence of these tensor fluctuations, you would have the first evidence for the gravitational waves left over from inflation: a smoking gun that not only would verify inflation, but would tightly constrain which model was correct. It would have been a huge deal. In a remarkable story, Brian lays out in painstaking detail — from a first-person perspective — what it was like to:

  • design BICEP,
  • work on multiple competing experiments designed to measure this effect,
  • watch the power players come in and shut him and other researchers out of the inner-circle,
  • be amazed at the positive-detection that BICEP2 made,
  • and to watch in horror as his Nobel Prize dreams evaporated as the "signal" turned out to be nothing but dust.

He still, from what I read and like most scientists, doesn't know how to cope with being wrong. At no point does he say, "I was wrong and should have done X بدلا من ص." There is no responsibility taken on either his part or the part of BICEP2.

Polarized dust emission from the Milky Way is a major factor in what can confound a B-mode signal. . [+] Without the appropriate measurements, BICEP2 announced the discovery of B-modes from inflation prematurely, a 'discovery' that has been robustly overturned.

ESA and the Planck collaboration

Brian's major point in writing this book is to warn of the dangers of pursuing the Nobel Prize at all costs, and to point out the inherent ways the awarding of the prize is unfair. It's certainly problematic that there are no posthumous awards that awards are limited to being shared between 3 people that collaborations cannot be awarded and that the prize rewards luck/serendipity, which are factors no scientist, no matter how solid, can control. In this, he succeeds admirably. No rational, open-minded reader will come away from this book thinking that the great glory of winning the Nobel Prize is all it's cracked up to be. Instead, as in many walks of life, who receives the award is determined not solely by merits, but by egos, PR, and a lot of biases. One doesn't need to look far to find a slew of people who should have won, were the prizes awarded on merit alone.

Alfred Nobel, the inventor of dynamite and holder of 355 patents, established in his 1895 will his . [+] wishes to develop the Nobel Prize foundation and the rules under which it should be governed. After his death in 1896, the Prize has been awarded annually since 1901, with the only exceptions coming when Norway was occupied during World War II. The rules have been altered before, and could well be altered again.

This book, however, isn't merely about BICEP2 and the Nobel Prize it tells a multitude of different stories. It's part-autobiography, as Brian shares his stories of his upbringing, his religiosity, his estrangement from and reconciliation with his dad, and his perspective on it all. It's part tell-all about what it's like to work in science, from the pressure to have your career be all-consuming, to how you can get forced out of your own collaboration/experiment, to watching your close friends and colleagues die of suicide (an extremely common experience that I sadly share with Brian), to the insane competition and fear of being scooped, to the pursuit of prestige and glory, and how all of that leads to sloppy work. In all of this, it's a well-told story that will either bore you where you can't relate or make you nod along in agreement where you can.

Illustration of the density (scalar) and gravitational wave (tensor) fluctuations arising from the . [+] end of inflation. Note where the BICEP2 collaboration places the Big Bang: before inflation, even though this hasn't been the leading thought in the field in nearly 40 years.

National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) – Funded BICEP2 Program

There are also some big misses in this book. Brian attempts to weave into the narrative both historical stories of the development of physics and astronomy and the scientific story of where we are today and how we got to be here. These portions of the book are, unfortunately, grossly oversimplified and outright wrong in detail in a great many aspects. As the tale is told, you would think that:

  • there were no scientists or scientific developments before Galileo (in fact there were a great deal)
  • that every controversy in astronomy, including the value of the Hubble constant, is due to dust (ignoring the actual evidence and the work of Walter Baade)
  • that sunlight is made of different colors because of the elements present in the Sun (that is only true of the absorption lines the Sun's color comes from being a blackbody radiator)
  • and that the Steady-State model was a viable alternative to the Big Bang as late as the late-1990s (it was ruled out far earlier, with the reflected starlight explanation demonstrably disproven previously).

He includes many graphics that demonstrate the super-outdated fallacy that the Big Bang means "extrapolating back to t=0" and takes place before inflation, despite knowing this cannot be so. Given the number of cosmologists who've read/reviewed this book, I expected these outright errors would have been caught, but weren't. If you walk away from the book confused about whether the Big Bang takes place before or after inflation, or confused about when and where inflation occurs, it's because the book itself is inconsistent on this account.

Long before the data from BOOMERanG came back, the measurement of the spectrum of the CMB, from . [+] COBE, demonstrated that the leftover glow from the Big Bang was a perfect blackbody in a way that reflected starlight, as the quasi-steady-state model predicted, could not explain what we saw.

E. Siegel / Beyond The Galaxy

Those mistakes and oversights aside, there are two major missed opportunities I felt this book could have taken advantage of: one about the science and one about the societal aspect. Scientifically, Brian falls for perhaps the most common fallacy among scientists: the belief that sure, there was work done on this field/problem in the past, but it's لي contribution that will really, truly, definitively be the important one. Inflation isn't waiting to be verified (it's been verified by many different lines of evidence), as Brian contends, nor will the presence-or-absence of B-mode CMB polarization settle the issue.

You must not overstate the importance of your own work, and you must not diminish the importance of the results that others in your field have found. This kind of self-unaware navel-gazing is symptomatic of the culture of self-importance and the lack of recognition of others that's so frustrating. Brian recognizes that these are problems and speaks out when others do it, but doesn't look inward to see where he's falling for the same trap.

While many signals in the CMB and in the large-scale structure of the Universe have verified and . [+] validated inflation, the B-mode polarization predicted by inflation's tensor modes have failed to appear. This doesn't mean inflation is wrong, but rather that the models that produce the largest tensor fluctuations are disfavored.

Kamionkowski and Kovetz, ARAA (2016), via http://lanl.arxiv.org/abs/1510.06042

The societal problem is much bigger than merely how we glorify the Nobel Prize. It's that we treat science like a competition, we reward, in general, being first, being right (even if it's for the wrong reasons), while simultaneously devaluing the contributions of other fields to our own lines of inquiry. We attempt to glorify individuals, rather than scientific principles. We have a myth of a brilliant idea coming out of the blue to a single, unique mind, rather than rewarding hard work, care, collaboration, and taking the time to get things right. There's a tacit pressure to join a big group, rise through the ranks to a position of leadership, and then direct these massive "big science" campaigns, rather than to focus on and explore whatever clever, niche ideas might be of interest. This lack of scientific playing-around means that most people in the field are doomed to mediocre careers working on mundane aspects of problems, rather than attempting new, bold paths forward.

The GERDA experiment, a decade ago, placed the strongest constraints on neutrinoless double beta . [+] decay at the time. The MAJORANA experiment, shown here, has the potential to finally detect this rare decay. Almost all experiments being done today are done as part of mid-sized to large collaborations there is far less tinkering than there used to be.

The MAJORANA Neutrinoless Double-beta Decay Experiment / University of Washington

Brian recognizes the problem with the Nobel Prize, but never addresses this larger, more widespread problem. He's guilty of exactly what he criticizes in his hero-worship of various scientific and historical figures throughout the book, where people close to him or his heart (like Andrew Lange, John Kovac, and Galileo) are seemingly placed on a pedestal, but contributors of equal-or-greater importance to the field (like Paolo de Bernardis, Tycho Brahe, or Johannes Kepler) are omitted. But with all that said, his book is good enough to reveal the cracks in how we do science today. It clearly illustrates why chasing Nobel Prizes — or glory, or to be worshiped as a hero in general — is an unfulfilling goal that dooms even those who succeed to an ultimately dissatisfying existence.

Lise Meitner, one of the scientists whose fundamental work led to the development of nuclear . [+] fission, was never awarded a Nobel Prize for her work, and was forced from Germany due to her Jewish heritage. Her contribution to science, and the benefit to humanity's body of knowledge, is no less great as a result.

Archives of the Max Planck Society

This is science. Our goal is to fully understand the Universe, one incremental step at a time. Our human failings are many, and we must not let them get the best of us. In Losing the Nobel Prize, Brian Keating exposes not only the failings of the Nobel Prize system, but also his own personal frailties. What emerges is a flawed but sympathetic read, where you'll find yourself rooting not only for quality science to win out in the end, but for every contributor to work together in an open fashion for the benefit of human knowledge in general. We may be a long way from achieving that goal, but it's arguable that by losing the Nobel Prize, Keating and BICEP2 has led us to an even greater victory: the recognition that there are more important things in this Universe, like scientific truths, than the fleeting glory of an earthly award.


New Results from Planck: It Doesn’t Look Good For BICEP2

One of the recent sagas in cosmology began with the BICEP2 press conference announcing evidence of early cosmic inflation. There was some controversy since the press release was held before the paper was peer reviewed. The results were eventually published in Physical Review Letters, though with a more cautious conclusion than the original press release. Now the Planck team has released more of their data. This new work hasn’t yet been peer reviewed, but it doesn’t look good for BICEP2.

As you might recall, BICEP2 analyzed light from the cosmic microwave background (CMB) looking for a type of pattern known as B-mode polarization. This is a pattern of polarized light that (theoretically) is caused by gravitational waves produced by early cosmic inflation. There’s absolutely no doubt that BICEP2 detected B-mode polarization, but that’s only half the challenge. The other half is proving that the B-mode polarization they saw was due to cosmic inflation, and not due to some other process, mainly dust. And therein lies the problem. Dust is fairly common in the Milky Way, and it can also create B-mode polarization. Because the dust is between us and the CMB, it can contaminate its B-mode signal. This is sometimes referred to as the foreground problem. To really prove you have evidence of B-mode polarization in the CMB, you must ensure that you’ve eliminated any foreground effects from your data.

When the BICEP2 results were first announced, the question of dust was immediately raised. Some researchers noted that dust particles caught in magnetic fields could produce stronger B-mode effects than originally thought. Others pointed out that part of the data BICEP2 used to distinguish foreground dust wasn’t very accurate. This is part of the reason the final results went from “We found inflation!” to “We think we’ve found inflation! (But we can’t be certain.)”

Dust effects seen by Planck (shaded region) compared with inflation results of BICEP2 (solid line).
Credit: Planck Collaboration

The new results from Planck chip at that claim even further. Whereas BICEP2 looked at a specific region of the sky, Planck has been gathering data across the entire sky. This means lots more data that can be used to distinguish foreground dust from a CMB signal. This new paper presented a map of the foreground dust, and a good summary can be seen in the figure. The shaded areas represents the B-mode levels due to dust at different scales. The solid line represents the B-mode distribution due to inflation as seen by BICEP2. As you can see, it matches the dust signal really well.

The simple conclusion is that the results of BICEP2 have been shown to be dust, but that isn’t quite accurate. It is possible that BICEP2 has found a mixture of dust and inflation signals, and with a better removal of foreground effects there may still be a real result. It is also possible that it’s all dust.

While this seems like bad news, it actually answers a mystery in the BICEP2 results. The level of inflation claimed by BICEP2 was actually quite large. Much larger than expected than many popular models. The fact that a good chuck of the B-mode polarization is due to dust means that inflation can’t be that large. So small inflation models are back in favor. It should also be emphasized that even if the BICEP2 results are shown to be entirely due to dust, that doesn’t mean inflation doesn’t exist. It would simply mean we have no evidence either way.

It’s tempting to look at all this with a bit of schadenfreude. Har, har, the scientists got it wrong again. But a more accurate view would be of two rival sports teams playing an excellent game. BICEP2 almost scored, but Planck rallied an excellent defense. Both teams want to be the first to score, but the other team won’t let them cheat to win. And we get to watch it happen.


شكر وتقدير

The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union’s Seventh Framework Programme (FP7/2007–2013) / ERC grant agreement no. 307209 (CD/MR). CD also acknowledges support from an STFC Consolidated Grant (no. ST/L000768/1). HKE acknowlegdes support from the ERC Starting Grant StG2010-257080. Part of the research was carried out at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, under a contract with NASA. We have extensively used the HEALPix package (Górski et al., 2005) . We acknowledge Dale Fixsen and Al Kogut for providing to us the instrumental characteristics of the PIXIE space mission. We would like to thank Jacques Delabrouille for useful comments on the draft.


Scientists got it wrong on gravitational waves. وماذا في ذلك؟

The Bicep2 telescope, foreground, and the South Pole telescope in Antarctica. 'Information and communications technologies mean that not only is it all but impossible to keep hot findings under wraps, but few even try.' Photograph: Steffen Richter/AP Photograph: Steffen Richter/AP

The Bicep2 telescope, foreground, and the South Pole telescope in Antarctica. 'Information and communications technologies mean that not only is it all but impossible to keep hot findings under wraps, but few even try.' Photograph: Steffen Richter/AP Photograph: Steffen Richter/AP

Last modified on Wed 14 Feb 2018 21.37 GMT

I t was announced in headlines worldwide as one of the biggest scientific discoveries for decades, sure to garner Nobel prizes. But now it looks likely that the alleged evidence of both gravitational waves and ultra-fast expansion of the universe in the big bang (called inflation) has literally turned to dust.

Last March, a team using a telescope called Bicep2 at the South Pole claimed to have read the signatures of these two elusive phenomena in the twisting patterns of the cosmic microwave background radiation: the afterglow of the big bang. But this week, results from an international consortium using a space telescope called Planck show that Bicep2’s data is likely to have come not from the microwave background but from dust scattered through our own galaxy.

Some will regard this as a huge embarrassment, not only for the Bicep2 team but for science itself. Already some researchers have criticised the team for making a premature announcement to the press before their work had been properly peer reviewed.

But there’s no shame here. On the contrary, this episode is good for science. This sequence of excitement followed by deflation, debate and controversy is perfectly normal – it’s just that in the past it would have happened out of the public gaze. Only when the dust had settled would a sober and sanitised version of events have been reported, if indeed there was anything left to report.

That has been the standard model of science ever since the media first acknowledged it. A hundred years ago, headlines in the New York Times had all the gravitas of a papal edict: “Men of science convene” and so forth. They were authoritative, decorous and totally contrived.

That image started to unravel after James Watson published The Double Helix, his racy behind-the-scenes account of the pursuit of the structure of DNA. But even now, some scientists would prefer the mask to remain, insisting that results are announced only after they have passed peer review, ie been checked by experts and published in a reputable journal.

There are many reasons why this will no longer wash. Those days of deference to patrician authority are over, and probably for the better. We no longer take on trust what we are told by politicians, experts and authorities. There are hazards to such scepticism, but good motivations too. Few regret that the old spoonfeeding of facts to the ignorant masses has been replaced with attempts to engage and include the public.

But science itself has changed too. Information and communications technologies mean that not only is it all but impossible to keep hot findings under wraps, but few even try. In physics in particular, researchers put their papers on publicly accessible pre-print servers before formal publication so that they can be seen and discussed, while specialist bloggers give new claims an informal but often penetrating analysis. This enriches the scientific process and means that problems that peer reviewers for journals might not notice can be spotted and debated. Peer review is imperfect anyway – a valuable check but far from infallible, and notoriously conservative.

Because of these new models of dissemination, we were all able to enjoy the debate in 2011 about particles called neutrinos that were alleged to travel faster than light, in defiance of the theory of special relativity. Those findings were announced, disputed and finally rejected, all without any papers being formally published. The arguments were heated but never bitter, and the public got a glimpse of science at its most vibrant: astonishing claims mixed with careful deliberation, leading ultimately to a clear consensus. How much more informative it was than the tidy fictions that published papers often become.

Aren’t some premature announcements just perfidious attempts to grab priority, and thus fame and prizes? المحتمل. But it’s time we stopped awarding special status to people who, having more resources or leverage with editors, or just plain luck, are first past a post that everyone else is stampeding towards. من يهتم؟ Rewards in science should be for sustained creative thinking, insight and experimental ingenuity, not for being in the right place at the right time. A bottle of bubbly will suffice for that.

What, then, of gravitational waves? If, as it seems, Bicep2 never saw them bouncing from the repercussions of the big bang, then we’re back to looking for them the hard way, by trying to detect the incredibly tiny distortions they should introduce in spacetime as they ripple past. Now the Bicep2 and Planck teams are pooling their data to see if anything can be salvaged. Good on them. Debate, discussion, deliberation: science happening just as it should.