1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Анатомія
  3. Реліктове випромінювання Всесвіту

Реліктове випромінювання Всесвіту

Одним з цікавих відкриттів, пов’язаних з електромагнітним спектром, є реліктове випромінювання Всесвіту. Відкрито воно було випадково, хоча можливість його існування була передбачена.

Історія відкриття реліктового випромінювання

Історія відкриття реліктового випромінювання почалася в 1964 році. Співробітники американської лабораторії Белл Телефон розробляли систему зв’язку за допомогою штучного супутника Землі. Працювати ця система повинна була на хвилях довжиною 7,5 сантиметра. Настільки короткі хвилі стосовно супутникового радіозв’язку мають деякі переваги, але до Арно Пензіас і Роберта Вілсона ніхто цієї проблеми не вирішував. Вони були першовідкривачами в цій сфері і повинні були подбати про те, щоб на тій же хвилі не виявилося сильних перешкод, або щоб про таких перешкодах працівники зв’язку знали заздалегідь. У той час вважали, що джерелом радіохвиль, що йдуть з космосу, можуть бути лише точкові об’єкти на кшталт радиогалактик або зірок.

Джерела радіохвиль. У розпорядженні вчених були виключно точний приймач і поворотна рупорна антена. З їхньою допомогою вчені могли прослухати весь небосхил приблизно так, як лікар прослуховує груди хворого за допомогою стетоскопа.

Сигнал природного джерела

І ось ледь антену навели на одну з точок небосхилу, як на екрані осцилографа затанцювала крива лінія. Типовий сигнал природного джерела. Напевно, фахівці здивувалися своєму везінню: в першій же заміряний точці – джерело радіовипромінювання! Але куди б вони не направляли свою антену, ефект залишався той же. Вчені знову і знову перевіряли справність апаратури, але вона була в повному порядку. І нарешті вони зрозуміли, що відкрили невідоме раніше явище природи: вся Всесвіт виявилася як би наповнена радіохвилями сантиметрової довжини. Якби ми могли бачити радіохвилі, небесне склепіння представився б нам світиться від краю до краю.

Радіохвилі Всесвіту. Відкриття Пензиасом і Вілсона було опубліковано. І вже не тільки вони, а й вчені багатьох інших країн почали пошуки джерел таємничих радіохвиль, що вловлюються усіма пристосованими для цієї мети антенами і приймачами, де б вони не знаходилися і на яку б точку неба ні націлювалися, причому інтенсивність радіовипромінювання на хвилі 7,5 сантиметра в будь-якій точці була абсолютно однаковою, воно немов би розмазати по всьому небу рівномірно.

Реліктове випромінювання розраховано вченими

Радянські вчені А. Г. Дорошкевич та І. Д. Новиков, передбачив реліктове випромінювання до його відкриття, справили найскладніші підрахунки. Вони врахували всі наявні в нашому Всесвіті джерела випромінювання, зважили і то, як змінилося випромінювання тих чи інших об’єктів у часі. І виявилося, що в області сантиметрових хвиль всі ці випромінювання мінімальні і, отже, за виявлене світіння неба ніяк не відповідальні. Тим часом подальші розрахунки показали, що щільність розмазав випромінювання дуже велика. Ось порівняння фотонного киселю (так назвали вчені загадкове випромінювання) з масою всієї матерії по Всесвіту. Якщо все речовина всіх видимих ​​Галактик рівномірно «розмазати» по всьому простору Всесвітом, то на три кубічних метра простору доведеться лише один атом водню (для простоти всю матерію зірок вважатимемо воднем). І в той же час в кожному кубічному сантиметрі реального простору міститься близько 500 фотонів випромінювання. Чимало, навіть якщо порівнювати не кількість одиниць речовини і випромінювання, а прямо їх маси. Звідки ж узялася така інтенсивне випромінювання? Свого часу радянський вчений А. А. Фрідман, вирішуючи знамениті рівняння Ейнштейна, відкрив, що наш Всесвіт знаходиться в постійному розширенні. Незабаром було знайдено підтвердження цьому. Американець Е. Хаббл виявив явище розбігання Галактик. Екстраполюючи це явище в минуле, можна обчислити момент, коли вся речовина Всесвіту перебувало в дуже малому обсязі і щільність його була незрівнянно більшою, ніж зараз. В ході розширення Всесвіту відбувається і подовження довжини хвилі кожного кванта пропорційно розширенню Всесвіту; при цьому квант як би «охолоджується» – адже чим менше довжина хвилі кванта, тим він «гаряче». Сьогоднішнє сантиметрове випромінювання має температуру яскравості близько 3 градусів абсолютної шкали Кельвіна. А десять мільярдів років тому, коли Всесвіт був незрівнянно меншою, а щільність її речовини дуже великий, ці кванти володіли температурою близько 10 мільярдів градусів. З тих пір і «засипана» наш Всесвіт квантами безперервно остигаючого випромінювання. Тому-то «розмазати» по Всесвіту сантиметрове радіовипромінювання і отримало назву реліктове випромінювання. Реліктами, як відомо, називаються залишки найдавніших тварин і рослин, що збереглися до наших днів. Кванти сантиметрового випромінювання – безумовно, найдавніший з усіх можливих реліктів. Адже освіта їх відноситься до епохи, віддаленої від нас приблизно на 15 мільярдів років.

Знання про Всесвіт принесло реліктове випромінювання

Практично нічого не можна сказати про те, яким було речовина в нульовий момент, коли його щільність була нескінченно великою. Але явища і процеси, що відбувалися у Всесвіті, всього через секунду після її народження і навіть раніше, до 10 ~ 8 секунди, вчені уявляють собі вже досить добре. Відомості про це принесло саме реліктове випромінювання. Отже, пройшла секунда з нульового моменту. Матерія нашого Всесвіту мала температуру 10 мільярдів градусів і складалася з своєрідною «каші» реліктових квантів, електродів, позитронів, нейтрино і антинейтрино. Щільність «каші» була величезною – більше тонни на кожен кубічний сантиметр. У такій «тісноті» безперервно відбувалися зіткнення нейтронів і позитронів з електронами, протони перетворювалися в нейтрони і навпаки. Але найбільше було тут саме квантів – в 100 мільйонів разів більше, ніж нейтронів і протонів. Звичайно, при подібній щільності і температурі не могли існувати ніякі складні ядра речовини: вони тут не розпадалися. Минуло сто секунд. Розширення Всесвіту тривало, щільність її безперервно зменшувалася, температура падала. Позитрони майже зникли, нейтрони перетворилися в протони. Почалося утворення атомних ядер водню і гелію. Розрахунки, проведені вченими, показують, що 30 відсотків нейтронів об’єдналися, утворюючи ядра гелію, 70 ж відсотків їх залишилися самотніми, стали ядрами водню. В ході цих реакцій виникали нові кванти, але їх кількість не йшло вже ні в яке порівняння з початковим, так що можна вважати, що воно і зовсім не змінювалося. Розширення Всесвіту тривало. Щільність «каші», настільки круто заваренной природою спочатку, знижувалася пропорційно кубу лінійного відстані. Минали роки, століття, тисячоліття. Минуло 3 мільйони років. Температура «каші» до цього моменту впала до 3-4 тисяч градусів, щільність речовини також наблизилася до відомої нам сьогодні, проте згустки матерії, з яких могли б скластися зірки і галактики, виникнути ще не могли. Занадто великим був в той час променеве тиск, розштовхує будь таку освіту. Навіть атоми гелію і водню залишалися іонізованими: електрони існували окремо, протони і ядра атомів – також окремо. Тільки до кінця трехмілліоннолетнего періоду в остигає «каші» почали з’являтися перші згущення. Їх було спочатку дуже небагато. Ледве одна тисячна частина «каші» згустилася в своєрідні протозвезди, як ці освіти почали «горіти» аналогічно сучасним зіркам. І схоплене ними фотони і кванти енергії розігріли почала було остигати «кашу» до температур, при яких утворення нових згущень знову виявилося неможливим. Періоди охолодження і повторного розігрівання «каші» спалахами протозвезд чергувалися, змінюючи один одного. А на якомусь етапі розширення Всесвіту утворення нових згущень стало практично неможливим хоча б тому, що колись так густа «каша» занадто «розріджений». Приблизно 5 відсотків матерії встигло об’єднатися, а 95 відсотків розсіялася в просторі Всесвіту. Так «розсіялися» і колись гарячі кванти, які утворили реліктове випромінювання. Так розсіялися і ядра атомів водню і гелію, які входили до складу «каші».

Гіпотеза утворення Всесвіту

Ось одна з гіпотез утворення Всесвіту: велика частина матерії нашого Всесвіту знаходиться аж ніяк не в складі планет, зірок і Галактик, а утворює міжгалактичний газ – 70 відсотків водню і 30 відсотків гелію, один атом водню на кубічний метр простору. Потім розвиток Всесвіту минуло стадію протозвезд і вступило в стадію звичайного для нас речовини, звичайних розгортаються спіральних Галактик, звичайних зірок, сама знайома з яких – наше Сонце. Навколо деяких з цих зірок утворилися системи планет, принаймні, на одній з таких планет з’явилося життя, в ході еволюції породила розум. Як часто зустрічаються в просторах космосу зірки, оточені хороводом планет, учені поки що не знають. Нічого не можуть вони сказати і про те, як часто виникає на планетах життя.

Та й питання про те, як часто рослина життя розквітає пишним квіткою розуму, залишається відкритим. Відомі нам сьогодні гіпотези, що трактують всі ці питання, більше схожі на малообґрунтовані здогадки. Але сьогодні наука розвивається лавиноподібно. Зовсім недавно вчені взагалі не уявляли собі, як починалася наша Всесвіт. Відкрите близько 70 років тому реліктове випромінювання дозволило намалювати ту картину. Сьогодні у людства не вистачає фактів, спираючись на які, воно зможе відповісти на сформульовані вище питання. Проникнення в космічний простір, відвідування Місяця та інших планет, приносять нові факти. А за фактами слідують вже не гіпотези, а строгі висновки.

ПОДІЛИТИСЯ: