Излучение из прошлого

Излучение из прошлого

Георгий Гамов в своем первом варианте теории горячей расширяющейся Вселенной предсказал, что когда в процессе расширения температура плазмы упадет до нескольких тысяч Кельвинов и плотность вещества сравняется с плотностью излучения, плазма сделается прозрачной для электромагнитных волн. Тогда электромагнитное излучение как бы «оторвется» от вещества и постепенно заполнит все пространство Вселенной. Впоследствии советский астрофизик И. Шкловский предложил называть это «излучение из прошлого» – «реликтовым».

История его обнаружения довольно любопытна… Реликтовое излучение в некотором смысле случайно, впервые его зарегистрировали американские радиофизики А. Пензиас и Р. Вильсон, которым 13 лет спустя за это открытие была присуждена Нобелевская премия.

Первые попытки обнаружить радиоизлучение, идущее из глубины времен, и тем самым подтвердить теорию горячей расширяющейся Вселенной относятся к началу 1960-х годов. Тогда Известный американский физик Р. Дикке и его сотрудники в Принстонском университете сконструировали специальную установку для обнаружения реликтового излучения и осенью 1964 года приступили к ее созданию.

В то же самое время Пензиас и Вильсон по заданию известной радиотелефонной фирмы «Белл» занимались изучением характеристик новой радиоастрономической антенны, предназначавшейся для системы радиосвязи через искусственные спутники Земли. Эта система и связанная с ней аппаратура отличались очень хорошей защитой от помех и низкой шумовой температурой, то есть сами приемные устройства вносили в результаты измерений минимальные искажения. Такого результата удалось достичь благодаря специальной конструкции приемной аппаратуры с усилителем на рубиновом кристалле, охлаждаемом жидким гелием.

В процессе работы ученые обнаружили неожиданную помеху – непонятный шумовой фон на волне длиной 7,3 сантиметра. Дальнейшие измерения показали, что загадочный радиошум не зависит ни от направления антенны, ни от времени суток и года. Это указывало на его космическое происхождение.

В мае 1965 года статья Пензиаса и Вильсона, в которой сообщались результаты исследований неизвестного излучения, однако без объяснения его физической природы, была опубликована в «Астрофизическом журнале». Объяснение в том же номере журнала дала группа Р. Дикке, истолковавшая таинственный шумовой фон как реликтовое излучение.

Справедливость, однако, требует отметить, что еще до появления статей в «Астрофизическом журнале» была опубликована весьма интересная работа советских астрофизиков А.Г. Дорошкевича и И.Д. Новикова, в которой обосновывалась возможность практической регистрации реликтового радиоизлучения. Авторы статьи впервые рассчитали весь спектр излучения от известных в то время источников радиоизлучения во Вселенной с учетом их эволюции в процессе расширения и показали, как на их фоне должно выглядеть реликтовое излучение. При этом они пришли к выводу, что в области сантиметровых и миллиметровых волн это излучение может быть практически обнаружено. И действительность подтвердила это предсказание.

По мере расширения Вселенной реликтовое излучение постепенно остывало и его современная температура составляет около 3 Кельвинов.

Максимум интенсивности реликтового излучения лежит в области сверхкоротких волн длиной в доли миллиметра. Электромагнитные волны такой длины практически не испытывают поглощения в космическом пространстве и по этой причине приходят к нам с очень далеких расстояний.

Многократные измерения интенсивности реликтового излучения в различных направлениях показали, что с большой точностью оно однородно и изотропно. Это значит, что куда бы мы ни направили наш радиотелескоп, интенсивность реликтового излучения окажется практически одинаковой. Этот факт как раз и свидетельствует о том, что излучение, о котором идет речь, действительно является реликтовым, а не излучением, возникшим в каких-либо обособленных, дискретных источниках.

Существование реликтового излучения – очень важное, можно сказать, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы в самом деле живем в расширяющейся Метагалактике. В частности, исследование его физических характеристик показало, что первоначальная плазма действительно обладала чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было получено подтверждение справедливости теории горячей расширяющейся Вселенной.

Однако всем сказанным значение реликтового излучения для познания окружающего нас мира не ограничивается. Так, например, исследование этого излучения позволило получить данные, которые являются независимым подтверждением фундаментального вывода современной астрофизики об однородности нашей Вселенной в больших масштабах. Если бы в окружающем нас мире существовали достаточно большие регионы с повышенной плотностью вещества, сравнимые по своим размерам со всей наблюдаемой областью пространства, то в этих регионах реликтовое излучение испытывало бы определенные изменения.

Дело в том, что согласно общей теории относительности Эйнштейна должно существовать так называемое гравитационное красное смещение. Электромагнитное излучение в сильных гравитационных полях испытывает определенный сдвиг в сторону более длинных волн и более низких частот. Этот эффект проверен экспериментально. А, как мы уже знаем, чем длиннее волна электромагнитного излучения, тем меньшую энергию оно с собой переносит. Так что реликтовое излучение, возникшее в районе больших сгущений вещества, должно приходить к нам ослабленным. И в общей картине распределения реликтового излучения по всему небу должны были бы существовать «пятна» пониженной интенсивности.

Расчеты показывают: для того, чтобы эти пятна могли быть замечены наиболее крупными современными радиотелескопами, такими, например, как РАТАН-600, размеры подобных сгущений материи должны иметь масштаб порядка миллиарда световых лет, а их плотность сгущений должна превосходить средний уровень по меньшей мере на 10%.

Однако современные радиоастрономические наблюдения соответствующих «пятен» интенсивности реликтового излучения не обнаружили. Видимо, это означает, что таких сгущений, о которых идет речь, не существует.

Следовательно, в пределах той области пространства, откуда доходит к нам реликтовое излучение, самыми большими структурными образованиями являются сверхскопления галактик поперечником приблизительно до ста миллионов световых лет. В больших же масштабах распределение вещества во Вселенной достаточно однородно.

С учетом достигнутой точности наблюдений можно считать, что средняя плотность вещества по достаточно большим областям Вселенной различается не больше, чем на десятые доли процента.

Наблюдения реликтового излучения позволяют решить еще одну интереснейшую задачу. Все космические объекты находятся в постоянном движении. Планеты обращаются вокруг Солнца. Солнце вместе с другими звездами движется вокруг центра Галактики. Галактики, в свою очередь, не только участвуют в расширении Вселенной, но и перемещаются друг относительно друга.

Для того, чтобы обнаружить и изучить любое движение, измерить его физические характеристики: скорость, ускорение, направление – необходима определенная система отсчета, связанная с теми или иными материальными объектами. Так, движение Земли и планет мы обычно отсчитываем относительно системы координат, связанной с Солнцем, а движение Солнца и звезд – относительно галактической системы координат.

Но дело в том, что космические тела, с которыми мы связываем те или иные системы отсчета, сами движутся. Иными словами, любой космический объект одновременно участвует в целом ряде различных движений. И для того, чтобы определить суммарное движение, нужна была бы некая «независимая» система отсчета, не связанная с перемещающимися небесными телами. Такой в определенном смысле «абсолютной» или, точнее говоря, физически преимущественной системой, может служить система отсчета, жестко связанная с реликтовым излучением.

Эта система вводится таким образом, чтобы в каждой точке пространства по отношению к ней поток излучения был равен нулю. Физическое преимущество этой системы заключается в том, что по отношению к ней поле излучения находится в состоянии покоя.

Можно ли измерить фактическую скорость движения того или иного конкретного космического объекта, например, нашей планеты Земли по отношению к этой системе? Можно. Если, в частности, Земля движется относительно реликтового излучения, реликтового фона Вселенной, то плотность энергии реликтового излучения, а следовательно, и его «радиояркость» в направлении движения будет соответственно выше, чем в противоположном. В самом деле, представим себе реликтовое излучение как поток фотонов. Тогда, очевидно, за одно и то же время Земля будет «сталкиваться» с большим числом встречных фотонов, чем догоняющих.

Как мы уже говорили, реликтовое излучение практически изотропно, но из-за того, что Земля обладает собственным движением, эта изотропия должна несколько нарушаться. Нарушения эти, разумеется, весьма незначительны и не нарушают общей картины благодаря тому, что скорость движения нашей планеты ничтожна в сравнении со скоростью распространения электромагнитных волн. Но тем не менее такие нарушения существуют и их можно в принципе обнаружить. Измерив разницу в интенсивности реликтового фона в диаметрально противоположных направлениях, можно определить скорость движения Земли по отношению к преимущественной системе отсчета.

Точнейшие измерения с помощью современных радиотелескопов на волне длиной 9 миллиметров показали, что радиояркость реликтового фона в направлении на созвездие Льва (это созвездие расположено на небе несколько ниже донышка ковша Большой Медведицы) чуть больше, а в противоположном направлении – чуть меньше средней для всего неба величины. Различие едва уловимое – всего на одну тысячную. Но из этого следует, что наша планета вместе с Солнцем и всей Солнечной системой движется по направлению к созвездию Льва со скоростью около 390 километров в секунду относительно системы отсчета, связанной с реликтовым излучением.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг:

Космическое излучение и фундаментальные проблемы физики[61]

Космическое излучение и фундаментальные проблемы физики[61] Исследование космических лучей расширило наше понимание фундаментальных вопросов физики, поскольку обнаружилось, что ранее употреблявшиеся понятия имеют лишь ограниченную область применения. Предоставляя


АНКЛАВЫ ПРОШЛОГО

АНКЛАВЫ ПРОШЛОГО Ни одно общество, мчащееся навстречу грядущим бурным десятилетиям, не сможет обойтись без специализированных центров, в которых темп перемен искусственно сдерживается. Иначе говоря, нам понадобятся анклавы прошлого, в которых реорганизация, новизна и


Отрицательное влияние прошлого

Отрицательное влияние прошлого Цель настоящего эссе, как уже говорилось, состоит в том, чтобы описать новое искусство через некоторые его отличительные черты. Однако сама эта цель предполагает в читателе более серьезную любознательность, которая здесь вряд ли будет


Преодоление пережитков прошлого

Преодоление пережитков прошлого Происходит смена поколений, и дототалитарное время отодвигается в далекое прошлое. Еще 7-8 лет назад мы были свидетелями коллективных протестов видных деятелей культуры, и в частности академиков, против реабилитации Сталина и сталинских


Торсионное излучение

Торсионное излучение Опыт изучения природных явлений, в первую очередь в области физики, убеждает в том, что любые изменения, происходящие в окружающем мире, неизбежно вызывают те или иные следствия. Так, появление каких-либо масс приводит к возникновению полей тяготения


Исцеление прошлого

Исцеление прошлого Работа с Базовым Я, направленная на возвращение или повышение уровня самооценки, любовь к себе и подсознательное ободрение себя значительно улучшают и совершенствуют нашу жизнь; мы словно становимся «удачливее» и перед нами открывается множество


УПР. Исцеление прошлого

УПР. Исцеление прошлого Используя все свои органы чувств, представьте себя ребенком.Старайтесь испытать любовь, симпатию и сострадание к своему юному «Я», страдающему от детских страхов и смущения.Вспомните какой–нибудь случай, когда вы испытывали чувство вины за свое


3.1. Предсказания о будущем, пришедшие из прошлого

3.1. Предсказания о будущем, пришедшие из прошлого Первая попытка предсказать будущее вселенной на основе данных современной науки была предпринята Иммануилом Кантом в его прогрессивной космологии, которую он опубликовал в 1755 году[7]. В XIX веке первопроходцы термодинамики


Нюхтилин В. — Будущее настоящего прошлого

Нюхтилин В. — Будущее настоящего прошлого БлагодарностиСпасибо всем, кто прочитал книгу "Мелхиседек".Спасибо тем, кто собрался прочитать и данную книгу, невзирая на первое обстоятельство.Спасибо моему сыну Нюхтилину Павлу Викторовичу за неоценимую помощь в работе над


21.2 Конструкторы: Будущего (*Б) и Прошлого (*П)

21.2 Конструкторы: Будущего (*Б) и Прошлого (*П) Идеальные конструкторы, представляют собой способы максимального усиления идеальных маркеров, с помощью совместной работы людей над прошлым и будущим.С идеальной точки зрения, мы одновременно живём в трех временах (Б123),


ОЧИЩЕНИЕ ОТ ПРОШЛОГО

ОЧИЩЕНИЕ ОТ ПРОШЛОГО К подножию холма вела хорошая дорога, а оттуда вверх шла тропа. На вершине холма лежали руины весьма древнего укрепления. Тысячи лет тому назад это место наводило страх — здесь стояла крепость, построенная из гигантских камней, с величественными


Очищение от прошлого

Очищение от прошлого Ухоженная дорога вела к подножию холма, а оттуда продолжалась в виде тропинки. На вершине холма находились руины очень древней цитадели. Тысячи лет назад это было труднопреодолимое место, крепость из гигантских камней, из гордых колонных залов с


О боли прошлого

О боли прошлого Отметающий боль прошлого встречает счастье


О памяти прошлого

О памяти прошлого Худое надо забывать,И помнить лишь благое.Коль будешь прошлое копать -Оно не даст