Зміна температури реліктового випромінювання з часом

Для обгрунтування припущення Гамова про спочатку гарячому стані Всесвіту ми залучимо дані про реліктовому випромінюванні. Спробуємо зрозуміти, якою була його температура в минулому. Іншими словами, з’ясуємо, яку температуру реліктового випромінювання зафіксував би спостерігач в галактиці з червоним зміщенням z. Для цього використовуємо формулу (2.1) λ = λ0 (1 + z), що показує залежність довжини хвилі будь-якого (в тому числі, реліктового) випромінювання, що подорожує в міжгалактичному просторі, від червоного зсуву z, і закон Вина (5.2) T · λmax = 0.29 K · см. Комбінуючи ці формули, ми знаходимо, що при червоному зсуві z температура реліктового випромінювання T була

T (z) = T0 (1 + z),
(5.3)

де T0 = 2.728 K – температура в даний час (тобто при z = 0). З цієї формули випливає, що раніше температура реліктового випромінювання була вищою, ніж зараз.

Існують і прямі експериментальні підтвердження цієї закономірності. Група американських вчених використовувала найбільший у світі телескоп Кек (на Гавайських островах) з дзеркалом діаметром 10 метрів для отримання спектрів двох квазарів з червоними зсувами z = 1.776 і z = 1.973. Як з’ясували ці вчені, спектральні лінії цих об’єктів показують, що вони опромінюються тепловим випромінюванням з температурою 7.4 ± 0.8 К і 7.9 ± 1.1 К відповідно, що знаходиться в прекрасному згоді з температурою реліктового випромінювання, очікуваної з формули (5.3): T (1.776) = 7.58 К і T (1.973) = 8.11 К. Одночасно, до речі, ці факти дають додатковий аргумент на користь того, що мікрохвильове фонове випромінювання приходить до нас із глибин Всесвіту.

Чим ближче до Великого Вибуху, тим гаряче реліктове випромінювання. При z ~ 1000 (таке червоне зміщення відповідає епосі, віддаленої на 300 тис. Років від Великого Вибуху) його температура була T ~ 3000 K, причому в кожному кубічному метрі перебувало близько 4 · 1017 реліктових фотонів. Настільки потужне випромінювання повинно було ионизовать весь існуючий тоді газ. Отже, в далекому минулому Всесвіту не могло існувати зірок, і всі речовина являло собою щільну гарячу непрозору плазму.

Саме це твердження становить суть теорії гарячого Всесвіту, основи якої заклав видатний фізик Георгій Антонович Гамов (рис. 5.2.1), який народився і здобув освіту в нашій країні, тут же став знаменитий як фізик, але був змушений емігрувати до США в роки сталінських репресій. Ця теорія коротко розглянута в цьому параграфі.

Посилання на основну публікацію