Каждый человек в своей жизни хотя бы раз видел или слышал это явление, но зачастую не осознавал, что он наблюдает. Люди, интересующиеся астрономией часто слышат словосочетание «реликтовое излучение». Что же это такое, и как послушать отзвуки Большого Взрыва при помощи обычного радиоприемника? Сегодня поговорим о реликтовом излучении.
Реликтовое излучение — явление, служащее доказательством того, что Вселенная, скорее всего, родилась из явления, называемого Большим Взрывом. По реликтовому излучению ученые могут исследовать Вселенную на ранних этапах ее существования. Открытие этого явления произошло случайно, хотя предсказано было задолго до обнаружения.
Открытие реликтового излучения
Предсказал реликтовое излучение ученый родом из Советского Союза, эмигрировавший в Америку. Еще в 1948-м году Георгий Гамов, совместно с коллегами — Ральфом Альфером и Робертом Германом работали над Теорией Большого Взрыва. Создавая модель горячего Большого Взрыва, ученые вывели значение, до которого должна была опуститься температура фонового излучения. По расчетам она соответствовала трем градусам по шкале Кельвина.
Гамов, Альфер и Герман были не первыми, кто работал над этим вопросом, но все предыдущие попытки обнаружения доказательств Большого Взрыва были слишком несовершенны.
Первое обнаружение реликтового излучения состоялось на территории СССР в 1955-м году. Аспирант Пулковской обсерватории — Тигран Шмаонов, по заданию своих руководителей — С. Хайкина и Н. Кайдановского, «прощупывал» небо радиотелескопом. Молодой человек обнаружил, что в любом участке, куда бы он не направлял антенну, присутствует фоновое СВЧ-радиоизлучение. Везде значения излучения были одинаковыми. Это значило, что радиосигнал не приходит откуда-то, а заполняет равномерно все пространство. Шмаонов защитил диссертацию по своему открытию. Однако, то, что он не опубликовал статью в научном журнале, лишило аспиранта лавров первооткрывателя.
В 1960-м году ученые Роберт Дикке и Яков Зельдович повторили вычисления, которые ранее проделала команда Гамова. Результаты были идентичными.
Открытие произошло в 1965 году. Два радиоастронома — Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон создали радиотелескоп. Они собирались использовать его для целей отличных от поиска реликтового излучения. При работе с прибором исследователи постоянно видели какой-то фон, который мешал им. Желая избавиться от него, Пензиас и Вильсон предприняли все меры, включая отмывание тарелки от птичьего помета и выселение гулек из научного прибора. Ничего не помогло. Фоновый шум как был так и остался. Им было заполнено все небо. Радиоастрономы сообщили о своем открытии Роберту Дикке, на что тот заключил, что это не просто фоновый шум, а реликтовое излучение, предсказанное почти 20-ть лет назад.
Что такое реликтовое излучение
Реликтовое излучение — это отголосок Большого Взрыва. До рождения Вселенная представляла собой сингулярность — бесконечно плотный объект, сосредоточенный в очень малом объеме. Внутри сингулярности находилось все: пространство, время, вещество и энергия. Что-то нарушило баланс этого объекта, благодаря чему он стал расширяться с огромной скоростью во всех направлениях.
Через 100 000 лет Вселенная все еще была слишком плотная, из-за чего нуклоны, электроны и фотоны не могли свободно двигаться. Весь объем Вселенной состоял из горячей плазмы, в которой элементарные частицы сталкиваются друг с другом.
Спустя еще 280 000 лет, началось формирование атомов. Вселенная к этому времени уже остыла и расширилась достаточно, протоны смогли захватывать электроны. В это время температура во Вселенной составляет в среднем 2700 градусов.
Пока Вселенная была слишком плотной, атомы не могли обмениваться энергией. Фотонам было некуда лететь, ведь они сразу натыкались на следующую частицу и поглощались ей. Возможность относительно свободно передвигаться фотоны получили только через 380 000 лет после Большого Взрыва.
В эпоху образования атомов Вселенная представляла собой раскаленный «бульон» состоящий из плазмы. Еще не существовало звезд, планет и галактик. На всем протяжении Вселенная имела примерно одинаковую плотность с разреженностями вещества в некоторых местах.
Первые атомы водорода стали испускать фотоны. Поскольку энергия была в избытке, фотоны полетели во все стороны, образуя яркий свет.
Как мы уже знаем, Вселенная на протяжении всей своей истории от Большого Взрыва, всегда находилась в состоянии расширения. Фотоны же имеют ограниченную скорость. Именно поэтому те фотоны, которые были испущены в эпоху образования атомов, доходят до нас только сейчас. Реликтовое излучение — это и есть свет, рожденный в те времена, и потерявший энергию настолько, что превратился в радиоволны. Они приходят со всех сторон, заполняя все космическое пространство.
Благодаря реликтовому излучению, ученые смогли построить модель Вселенной в возрасте 380 000 лет. К сожалению, дальше в прошлое заглянуть пока не возможно. Все потому, что до этого времени Вселенная была слишком плотной, а частицы-переносчики информации (фотоны) не могли свободно двигаться. Человечеству необходимо будет придумать новые методы, позволяющие заглянуть за этот плотный «занавес», чтобы увидеть сам Большой Взрыв. Смогут ли ученые приоткрыть завесу тайны? Покажет время.
Тем не менее, каждый из нас может услышать реликтовое излучение при помощи аналогового радиоприемника. Для этого нужно настроить радио на волновой диапазон между радиостанциями. Раздражающий шум (его еще называют белым) содержит в себе множество сигналов, включая сигналы от наземных объектов. Однако есть среди этого шипения и звуки, порожденные реликтовым излучением. Просто представьте, что в этот момент вы принимаете волны, родившиеся почти 13,7 млрд лет назад. Можно сказать, что реликтовое излучение — это фотография нашей Вселенной в молодости.