Language
Country/Area
No result found
Космическое микроволновое фоновое излучение: как оно доказывает теорию большого взрыва?
Космический микроволновый фон (CMB), также известный как остаточное излучение, представляет собой микроволновое излучение, которое заполняет каждый уголок наблюдаемой Вселенной. Когда мы используем обычные оптические телескопы, чтобы заглянуть в промежутки между звездами и галактиками, света почти не видно. Однако при использовании чувствительных радиотелескопов появляется слабое фоновое свечение, почти однородное и не связанное ни с какой звездой или галактикой. Это свечение наиболее сильно в микроволновом диапазоне.
Открытие космического микроволнового фонового излучения знаменует собой новый этап в нашем понимании происхождения Вселенной, подтверждая основную точку зрения теории Большого взрыва.
В 1965 году американские радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение, что также подвело итог серии научных исследований, начиная с 1940-х годов. Согласно модели Вселенной Большого взрыва, на заре своего существования Вселенная была заполнена плотным горячим плазменным туманом из субатомных частиц. По мере расширения Вселенной эта плазма охлаждалась до такой степени, что атомы объединялись в нейтральный водород.
Как только эти атомы будут сформированы, Вселенная больше не будет рассеивать тепловое излучение за счет томсоновского рассеяния и станет прозрачной. Этот процесс называется периодом рекомбинации, и высвободившиеся тогда фотоны полностью попадают в каждый уголок Вселенной.
Однако из-за продолжающегося расширения Вселенной эти фотоны испытывают космическое красное смещение и становятся менее энергичными.
Существование и относительная однородность космического микроволнового фонового излучения стали ключевым доказательством в поддержку модели Большого взрыва.
От открытия к созданию теоретической модели
Первоначальное открытие реликтового излучения вызвало интенсивные дебаты, и многие ученые предложили другие возможные объяснения, такие как энергия изнутри Солнечной системы, излучение галактик и излучение от множества радиоисточников во Вселенной. Ученым необходимо доказать, что взаимосвязь между интенсивностью и частотой этого микроволнового излучения соответствует свойствам источника тепла или черного тела. Эта просьба была реализована в 1968 году.
Кроме того, однородность светового излучения во всех направлениях также является одним из ключевых вопросов исследования. В 1970 году было окончательно доказано, что это излучение действительно имеет космическое происхождение.
Характеристики космического микроволнового фонового излучения
Космическое микроволновое фоновое излучение имеет спектр черного тела с температурой около 2,725 К, однородность которого резко контрастирует с почти точечной структурой звезд и галактик. Было измерено, что реликтовое излучение демонстрирует однородность примерно 1/25 000 во всех направлениях со среднеквадратичным изменением 100 микрокельвинов. Хотя крошечные различия в реликтовом излучении неуловимы, многие детали можно измерить с высокой точностью, что имеет решающее значение для космологических теорий.
Данные наблюдений реликтового излучения предоставляют нам ключевую информацию о физических свойствах ранней Вселенной.
В ходе дальнейших экспериментов ученые измерили эти температурные неоднородности, используя множество наземных и космических экспериментов, таких как COBE, WMAP и Planck. Эти измерения выявляют характерные структуры реликтового излучения, которые связаны с различными взаимодействиями материи и фотонов перед рекомбинацией, что приводит к образованию определенных структур блоков, которые изменяются в зависимости от угла. Часть спектра этих распределений неравномерности представляет собой спектр мощности, показывающий серию пиков и впадин.
Вывод: просветление от CMB
Существование космического микроволнового фонового излучения не только стало ключевым доказательством в поддержку теории Большого взрыва, но и дает нам более четкое понимание происхождения и эволюции Вселенной. Оно также позволяет нам понять, как развивалась Вселенная. от раскаленного состояния до сегодняшней формы. Сможем ли мы, благодаря постоянным углубленным исследованиям, раскрыть больше тайн Вселенной в будущих наблюдениях, что позволит нам лучше понять наше положение и роль?
