თანამედროვე ეპოქაში კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციაა. მიკროტალღური ფონის გამოსხივება (რელიქტური გამოსხივება)

სივრცე ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, დედამიწაზე მოდის ცის ყველა მხრიდან დაახლოებით ერთნაირი ინტენსივობით და აქვს შავი სხეულის გამოსხივებისთვის დამახასიათებელი სპექტრი დაახლოებით 3 K ტემპერატურაზე (3 გრადუსი კელვინის აბსოლუტური შკალით, რაც შეესაბამება -270 ° C-ს). ამ ტემპერატურაზე რადიაციის ძირითადი წილი მოდის რადიოტალღებზე სანტიმეტრისა და მილიმეტრის დიაპაზონში. ენერგიის სიმკვრივე კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება 0.25 ევ/სმ 3.
ექსპერიმენტული რადიოასტრონომები ამჯობინებენ ამ გამოსხივებას "კოსმოსური მიკროტალღური ფონი" (CMB) უწოდონ. თეორიული ასტროფიზიკოსები მას ხშირად უწოდებენ "რელიქტურ გამოსხივებას" (ტერმინი შემოგვთავაზა რუსმა ასტროფიზიკოსმა ი. სამყაროში, როდესაც მისი მატერია თითქმის ერთგვაროვანი და ძალიან ცხელი იყო. ზოგჯერ სამეცნიერო და პოპულარულ ლიტერატურაში ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ ტერმინი "სამ გრადუსიანი კოსმოსური გამოსხივება". ქვემოთ ჩვენ დავარქმევთ ამ გამოსხივებას "რელიქტური გამოსხივება".
1965 წელს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა კოსმოლოგიისთვის; იგი გახდა მე-20 საუკუნის საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევა. და, რა თქმა უნდა, ყველაზე მნიშვნელოვანი კოსმოლოგიისთვის გალაქტიკების სპექტრებში წითელი ცვლის აღმოჩენის შემდეგ. სუსტი რელიქტური გამოსხივება გვაწვდის ინფორმაციას ჩვენი სამყაროს არსებობის პირველ მომენტებზე, იმ შორეულ ეპოქაზე, როდესაც მთელი სამყარო ცხელი იყო და მასში არც პლანეტები, არც ვარსკვლავები, არც გალაქტიკები არსებობდა. ჩატარდა ქ ბოლო წლებშიამ რადიაციის დეტალური გაზომვები სახმელეთო, სტრატოსფერული და კოსმოსური ობსერვატორიების გამოყენებით ხსნის ფარდას სამყაროს დაბადების საიდუმლოზე.
ცხელი სამყაროს თეორია. 1929 წელს ამერიკელმა ასტრონომმა ედვინ ჰაბლმა (1889-1953) აღმოაჩინა, რომ გალაქტიკების უმეტესობა შორდება ჩვენგან და რაც უფრო სწრაფად მდებარეობს გალაქტიკა (ჰაბლის კანონი). ეს ინტერპრეტირებული იყო, როგორც სამყაროს ზოგადი გაფართოება, რომელიც დაიწყო დაახლოებით 15 მილიარდი წლის წინ. გაჩნდა კითხვა იმის შესახებ, თუ როგორ გამოიყურებოდა სამყარო შორეულ წარსულში, როდესაც გალაქტიკებმა უბრალოდ დაიწყეს ერთმანეთისგან დაშორება და კიდევ უფრო ადრე. მიუხედავად იმისა, რომ მათემატიკური აპარატი ეფუძნება ზოგადი თეორიააინშტაინის ფარდობითობა და სამყაროს დინამიკის აღწერა შეიქმნა ჯერ კიდევ 1920-იან წლებში უილემ დე სიტერის (1872-1934), ალექსანდრე ფრიდმანის (1888-1925) და ჟორჟ ლემერის (1894-1966) მიერ, არაფერია სამყაროს ფიზიკური მდგომარეობის შესახებ. მისი ევოლუციის ადრეულ ეპოქაში ცნობილი არ იყო. არც კი იყო დარწმუნებული, რომ სამყაროს ისტორიაში იყო კონკრეტული მომენტი, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს "გაფართოების დასაწყისად".
1940-იან წლებში ბირთვული ფიზიკის განვითარებამ შესაძლებელი გახადა სამყაროს ევოლუციის თეორიული მოდელების შემუშავება წარსულში, როდესაც მისი მატერია უნდა შეკუმშულიყო მაღალ სიმკვრივემდე, რომლის დროსაც შესაძლებელი იყო ბირთვული რეაქციები. ეს მოდელები, უპირველეს ყოვლისა, უნდა აეხსნათ სამყაროს მატერიის შემადგენლობა, რომელიც იმ დროისთვის უკვე საკმაოდ საიმედოდ იყო გაზომილი ვარსკვლავების სპექტრებზე დაკვირვებით: საშუალოდ, ისინი შედგება 2/3 წყალბადისა და 1. /3 ჰელიუმი და ყველა დანარჩენი ქიმიური ელემენტებიერთად აღებული არაუმეტეს 2%. ინტრაბირთვული ნაწილაკების - პროტონებისა და ნეიტრონების თვისებების ცოდნამ შესაძლებელი გახადა სამყაროს გაფართოების დასაწყისის ვარიანტების გამოთვლა, რომლებიც განსხვავდებოდა ამ ნაწილაკების საწყისი შინაარსით და ნივთიერების ტემპერატურით და გამოსხივებით, რომელიც თერმოდინამიკურ წონასწორობაშია. მასთან ერთად. თითოეულმა ვარიანტმა მისცა სამყაროს ორიგინალური ნივთიერების საკუთარი შემადგენლობა.
თუ ჩვენ გამოვტოვებთ დეტალებს, მაშინ ფუნდამენტურად ორია სხვადასხვა შესაძლებლობებირა პირობებში დაიწყო სამყაროს გაფართოება: მისი მატერია შეიძლება იყოს ცივი ან ცხელი. ბირთვული რეაქციების შედეგები ფუნდამენტურად განსხვავდება ერთმანეთისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ლემერი თავის ადრეულ ნამუშევრებში გამოთქვამდა სამყაროს ცხელი წარსულის შესაძლებლობის იდეას, ისტორიულად ცივი დასაწყისის შესაძლებლობა პირველი იყო 1930-იან წლებში.
პირველ ვარაუდებში ითვლებოდა, რომ სამყაროში მთელი მატერია პირველად არსებობდა ცივი ნეიტრონების სახით. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ეს ვარაუდი ეწინააღმდეგება დაკვირვებებს. ფაქტია, რომ თავისუფალ მდგომარეობაში მყოფი ნეიტრონი იშლება დაბადებიდან საშუალოდ 15 წუთის შემდეგ, გადაიქცევა პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ. გაფართოებულ სამყაროში, წარმოქმნილი პროტონები იწყებენ შერწყმას დარჩენილ ნეიტრონებთან და წარმოქმნიან დეიტერიუმის ატომების ბირთვებს. გარდა ამისა, ბირთვული რეაქციების ჯაჭვი გამოიწვევს ჰელიუმის ატომების ბირთვების წარმოქმნას. უფრო რთული ატომური ბირთვები, როგორც გამოთვლები აჩვენებს, ამ შემთხვევაში პრაქტიკულად არ წარმოიქმნება. შედეგად, მთელი მატერია გადაიქცევა ჰელიუმად. ეს დასკვნა მკვეთრად ეწინააღმდეგება ვარსკვლავებსა და ვარსკვლავთშორის მატერიაზე დაკვირვებებს. ბუნებაში ქიმიური ელემენტების გავრცელება უარყოფს ჰიპოთეზას, რომ მატერიის გაფართოება იწყება ცივი ნეიტრონების სახით.
1946 წელს აშშ-ში, სამყაროს გაფართოების საწყისი ეტაპების "ცხელი" ვერსია შემოგვთავაზა რუსი წარმოშობის ფიზიკოსმა გეორგი გამოვმა (1904-1968). 1948 წელს გამოქვეყნდა მისი თანამშრომლების, რალფ ალფერისა და რობერტ ჰერმანის ნაშრომი, რომელიც იკვლევდა ბირთვულ რეაქციებს ცხელ მატერიაში კოსმოლოგიური გაფართოების დასაწყისში, რათა მიეღო ამჟამად დაკვირვებული ურთიერთობები სხვადასხვა ქიმიურ ელემენტებსა და მათ იზოტოპებს შორის. იმ წლებში ბუნებრივი იყო ყველა ქიმიური ელემენტის წარმოშობის ახსნის სურვილი მათი სინთეზით მატერიის ევოლუციის პირველ მომენტებში. ფაქტია, რომ იმ დროს მათ შეცდომით შეაფასეს სამყაროს გაფართოების დასაწყისიდან გასული დრო, როგორც მხოლოდ 2-4 მილიარდი წელი. ეს განპირობებული იყო ჰაბლის მუდმივის გადაჭარბებული მნიშვნელობით, რომელიც გამოწვეული იყო იმ წლებში ასტრონომიული დაკვირვებებით.
სამყაროს 2-4 მილიარდი წლის ასაკის შედარებისას დედამიწის ასაკის შეფასებას - დაახლოებით 4 მილიარდი წელი - უნდა ვივარაუდოთ, რომ დედამიწა, მზე და ვარსკვლავები პირველადი მატერიისგან წარმოიქმნება მზა მატერიით. ქიმიური შემადგენლობა. ითვლებოდა, რომ ეს შემადგენლობა მნიშვნელოვნად არ შეცვლილა, რადგან ვარსკვლავებში ელემენტების სინთეზი ნელი პროცესია და დედამიწისა და სხვა სხეულების ფორმირებამდე მისი განხორციელების დრო არ იყო.
ექსტრაგალაქტიკური მანძილის შკალის შემდგომმა გადახედვამ ასევე განაპირობა სამყაროს ასაკის გადახედვა. ვარსკვლავური ევოლუციის თეორია წარმატებით ხსნის ყველა მძიმე ელემენტის (ჰელიუმზე მძიმე) წარმოშობას ვარსკვლავებში მათი ნუკლეოსინთეზით. აღარ არის საჭირო ყველა ელემენტის წარმოშობის ახსნა, მათ შორის მძიმე, სამყაროს გაფართოების საწყის ეტაპზე. თუმცა, ცხელი სამყაროს ჰიპოთეზის არსი სწორი აღმოჩნდა.
მეორეს მხრივ, ჰელიუმის შემცველობა ვარსკვლავებსა და ვარსკვლავთშორის აირებში არის დაახლოებით 30% მასის მიხედვით. ეს ბევრად მეტია, ვიდრე ვარსკვლავების ბირთვული რეაქციებით შეიძლება აიხსნას. ეს ნიშნავს, რომ ჰელიუმი, მძიმე ელემენტებისგან განსხვავებით, უნდა იყოს სინთეზირებული სამყაროს გაფართოების დასაწყისში, მაგრამ ამავე დროს შეზღუდული რაოდენობით.
გამოუს თეორიის მთავარი იდეა სწორედ ისაა, რომ ნივთიერების მაღალი ტემპერატურა ხელს უშლის ყველა ნივთიერების ჰელიუმად გადაქცევას. გაფართოების დაწყებიდან 0,1 წამის მომენტში ტემპერატურა იყო დაახლოებით 30 მილიარდი K. ასეთი ცხელი მატერია შეიცავს ბევრ მაღალი ენერგიის ფოტონს. ფოტონების სიმკვრივე და ენერგია იმდენად მაღალია, რომ სინათლე ურთიერთქმედებს სინათლესთან, რაც იწვევს ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების შექმნას. წყვილების განადგურებამ, თავის მხრივ, შეიძლება გამოიწვიოს ფოტონების წარმოქმნა, ასევე ნეიტრინო და ანტინეიტრინო წყვილების გაჩენა. ამ "ჩამქრალ ქვაბში" არის ჩვეულებრივი ნივთიერება. ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე რთული ატომური ბირთვები ვერ იარსებებს. ისინი მყისიერად დაამტვრევდნენ მიმდებარე ენერგიული ნაწილაკებით. ამრიგად, მატერიის მძიმე ნაწილაკები ნეიტრონებისა და პროტონების სახით არსებობს. ენერგიულ ნაწილაკებთან ურთიერთქმედება იწვევს ნეიტრონების და პროტონების სწრაფად ტრანსფორმაციას ერთმანეთში. ამასთან, ნეიტრონების პროტონებთან შერწყმის რეაქციები არ ხდება, რადგან მიღებული დეიტერიუმის ბირთვი მაშინვე იშლება მაღალი ენერგიის ნაწილაკებით. ამრიგად, მაღალი ტემპერატურის გამო, ჰელიუმის წარმოქმნამდე მიმავალი ჯაჭვი თავიდანვე იშლება.
მხოლოდ მაშინ, როდესაც სამყარო, გაფართოებული, გაცივდება მილიარდ კელვინზე დაბალ ტემპერატურამდე, მიღებული დეიტერიუმის ნაწილი უკვე ინახება და იწვევს ჰელიუმის სინთეზს. გამოთვლები აჩვენებს, რომ ნივთიერების ტემპერატურა და სიმკვრივე შეიძლება დარეგულირდეს ისე, რომ ამ მომენტისთვის ნივთიერებაში ნეიტრონების პროპორცია არის დაახლოებით 15% მასის მიხედვით. ეს ნეიტრონები, პროტონების იგივე რაოდენობის შერწყმით, ქმნიან ჰელიუმის დაახლოებით 30%-ს. დარჩენილი მძიმე ნაწილაკები დარჩა პროტონების სახით - წყალბადის ატომების ბირთვები. ბირთვული რეაქციები მთავრდება სამყაროს გაფართოების დაწყებიდან პირველი ხუთი წუთის შემდეგ. შემდგომში, როდესაც სამყარო ფართოვდება, მისი მატერიისა და გამოსხივების ტემპერატურა მცირდება. 1948 წელს გამოვის, ალფერისა და ჰერმანის ნაშრომებიდან მოჰყვა: თუ ცხელი სამყაროს თეორია პროგნოზირებს 30% ჰელიუმის და 70% წყალბადის გაჩენას, როგორც ბუნების ძირითად ქიმიურ ელემენტებს, მაშინ თანამედროვე სამყარო აუცილებლად უნდა იყოს სავსე. თავდაპირველი ცხელი გამოსხივების ნარჩენი („რელიქვია“) და თანამედროვე ტემპერატურა ეს CMB უნდა იყოს დაახლოებით 5 კ.
თუმცა გამოვის ჰიპოთეზაზე ანალიზი სხვადასხვა ვარიანტებიკოსმოლოგიური გაფართოების დასაწყისი არ დასრულებულა. 1960-იანი წლების დასაწყისში, ცივ ვერსიაზე დაბრუნების გენიალური მცდელობა განხორციელდა ზელდოვიჩის მიერ, რომელმაც თქვა, რომ თავდაპირველი ცივი მატერია შედგებოდა პროტონებისგან, ელექტრონებისგან და ნეიტრინოებისგან. როგორც ზელდოვიჩმა აჩვენა, ასეთი ნარევი, გაფართოების შემდეგ, იქცევა სუფთა წყალბადად. ჰელიუმი და სხვა ქიმიური ელემენტები, ამ ჰიპოთეზის მიხედვით, მოგვიანებით სინთეზირდა, როდესაც ვარსკვლავები ჩამოყალიბდნენ. გაითვალისწინეთ, რომ ამ მომენტისთვის ასტრონომებმა უკვე იცოდნენ, რომ სამყარო რამდენჯერმე იყო დედამიწაზე ძველიდა ჩვენს ირგვლივ არსებული ვარსკვლავების უმეტესობა და მონაცემები პრევარსკვლავურ მატერიაში ჰელიუმის სიმრავლის შესახებ ჯერ კიდევ ძალიან გაურკვეველი იყო იმ წლებში.
როგორც ჩანს, გადამწყვეტი ტესტი სამყაროს ცივ და ცხელ მოდელებს შორის არჩევისთვის შეიძლება იყოს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ძიება. მაგრამ რატომღაც, გამოუს და მისი კოლეგების წინასწარმეტყველებიდან მრავალი წლის განმავლობაში, შეგნებულად არავინ ცდილობდა ამ გამოსხივების აღმოჩენას. ის სრულიად შემთხვევით აღმოაჩინეს 1965 წელს ამერიკული Bell-ის კომპანიის რადიოფიზიკოსებმა R. Wilson-მა და A. Penzias-მა, რომლებსაც 1978 წელს ნობელის პრემია მიენიჭათ.
კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების აღმოჩენის გზაზე. 1960-იანი წლების შუა ხანებში ასტროფიზიკოსებმა განაგრძეს სამყაროს ცხელი მოდელის თეორიული შესწავლა. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების მოსალოდნელი მახასიათებლების გამოთვლა განხორციელდა 1964 წელს ა.გ.დოროშკევიჩის და ი.დ.ნოვიკოვის მიერ სსრკ-ში და დამოუკიდებლად ფ.ჰოილმა და რ.ჯ.ტეილორმა დიდ ბრიტანეთში. მაგრამ ამ ნამუშევრებმა, ისევე როგორც გამოვისა და მისი კოლეგების ადრინდელი ნამუშევრები, ყურადღება არ მიიპყრო. მაგრამ მათ უკვე დამაჯერებლად აჩვენეს, რომ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის დაკვირვება შესაძლებელია. მიუხედავად ჩვენს ეპოქაში ამ რადიაციის უკიდურესი სისუსტისა, ის, საბედნიეროდ, სწორედ ამ რეგიონშია ელექტრომაგნიტური სპექტრი, სად არის ყველა დანარჩენი კოსმოსური წყაროებიზოგადად ისინი კიდევ უფრო სუსტს გამოყოფენ. ამიტომ, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის მიზანმიმართულ ძიებას უნდა გამოეწვია მისი აღმოჩენა, მაგრამ რადიოასტრონომებმა ამის შესახებ არ იცოდნენ.
ეს არის ის, რაც ა. პენზიასმა თქვა თავის ნობელის ლექციაში: ”კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების პირველი გამოქვეყნებული აღიარება, როგორც რადიო დიაპაზონში შესამჩნევი ფენომენი, გამოჩნდა 1964 წლის გაზაფხულზე A.G. Doroshkevich-ისა და I.D. Novikov-ის მოკლე სტატიაში, სახელწოდებით გამოსხივების საშუალო სიმკვრივე მეტაგალაქტიკაში და რელატივისტური კოსმოლოგიის ზოგიერთი საკითხი. მიუხედავად იმისა ინგლისური თარგმანიგამოჩნდა იმავე წელს, მაგრამ ცოტა მოგვიანებით, ცნობილ ჟურნალში "საბჭოთა ფიზიკა - მოხსენებები", სტატიამ აშკარად არ მიიპყრო ამ დარგის სხვა სპეციალისტების ყურადღება. ეს შესანიშნავი ნაშრომი არა მხოლოდ ასახავს CMB-ის სპექტრს, როგორც შავი სხეულის ტალღის ფენომენს, არამედ ნათლად ამახვილებს ყურადღებას კროუფორდ ჰილზე მდებარე Bell ლაბორატორიის ოცი ფუტის რქის რეფლექტორზე, როგორც ყველაზე შესაფერის ინსტრუმენტზე მისი აღმოსაჩენად!” (ციტირებული: Sharov A.S., Novikov I.D. ადამიანი, რომელმაც აღმოაჩინა სამყაროს აფეთქება: ედვინ ჰაბლის ცხოვრება და მოღვაწეობამ., 1989).
სამწუხაროდ, ეს სტატია შეუმჩნეველი დარჩა როგორც თეორეტიკოსების, ისე დამკვირვებლების მიერ; მას არ შეუწყო ხელი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ძიებას. მეცნიერების ისტორიკოსებს ჯერ კიდევ აინტერესებთ, რატომ არ ცდილობდა მრავალი წლის განმავლობაში შეგნებულად ეძია ცხელი სამყაროდან გამოსხივება. საინტერესოა, რომ წარსულში ეს აღმოჩენა ერთ-ერთი ყველაზე დიდი იყო მე-20 საუკუნეში. - მეცნიერებმა მისი შეუმჩნევლად რამდენჯერმე გაიარეს.
მაგალითად, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაცია შეიძლება აღმოჩენილიყო ჯერ კიდევ 1941 წელს. შემდეგ კანადელმა ასტრონომმა ე. მაკკელარმა გააანალიზა შთანთქმის ხაზები, რომლებიც გამოწვეულია ვარსკვლავის ზეტა ოფფიუჩის სპექტრში ვარსკვლავთშორისი ციანოგენის მოლეკულებით. ის მივიდა დასკვნამდე, რომ ეს ხაზები სპექტრის ხილულ რეგიონში შეიძლება წარმოიშვას მხოლოდ მაშინ, როდესაც სინათლე შეიწოვება მბრუნავი ციანოგენის მოლეკულების მიერ და მათი ბრუნვა უნდა იყოს აღგზნებული გამოსხივებით, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 2,3 კ. რა თქმა უნდა, არავის შეეძლო. მაშინ ფიქრობდნენ, რომ ამ მოლეკულების ბრუნვის დონეების აგზნება გამოწვეულია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივებით. მხოლოდ 1965 წელს მისი აღმოჩენის შემდეგ გამოქვეყნდა ი. , გამოწვეულია ზუსტად რელიქტური გამოსხივებით.
კიდევ უფრო დრამატული ამბავი მოხდა 1950-იანი წლების შუა ხანებში. შემდეგ ახალგაზრდა მეცნიერმა ტ მრავალი წლის შემდეგ გამოიყენეს პენზიასმა და ვილსონმა. შმაონოვმა გულდასმით შეისწავლა შესაძლო ჩარევა. რა თქმა უნდა, იმ დროს მას ჯერ კიდევ არ ჰქონდა განკარგულებაში ისეთი მგრძნობიარე მიმღებები, როგორიც მოგვიანებით ამერიკელებმა შეიძინეს. შმაონოვის გაზომვების შედეგები გამოქვეყნდა 1957 წელს მის საკანდიდატო დისერტაციაში და ჟურნალში "ინსტრუმენტები და ექსპერიმენტული ტექნიკა". დასკვნა ამ გაზომვებიდან იყო: „აღმოჩნდა, რომ აბსოლუტური მნიშვნელობა ეფექტური ტემპერატურაფონური რადიოს ემისია... უდრის 4± 3 კ.” შმაონოვმა აღნიშნა რადიაციის ინტენსივობის დამოუკიდებლობა ცის მიმართულებიდან და დროიდან. მიუხედავად იმისა, რომ გაზომვის შეცდომები იყო დიდი და არ არის საჭირო 4 რიცხვის რაიმე სანდოობაზე საუბარი, ახლა ჩვენთვის ნათელია, რომ შმაონოვმა ზუსტად გაზომა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. სამწუხაროდ, არც მან და არც სხვა რადიოასტრონომებმა არაფერი იცოდნენ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების არსებობის შესაძლებლობის შესახებ და სათანადო მნიშვნელობას არ ანიჭებდნენ ამ გაზომვებს.
საბოლოოდ, დაახლოებით 1964 წელს, ცნობილი ექსპერიმენტატორი ფიზიკოსი პრინსტონიდან (აშშ), რობერტ დიკი, შეგნებულად მიუახლოვდა ამ პრობლემას. მიუხედავად იმისა, რომ მისი მსჯელობა ეფუძნებოდა "რხევადი" სამყაროს თეორიას, რომელიც არაერთხელ განიცდის გაფართოებას და შეკუმშვას, დიკემ ნათლად გააცნობიერა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ძიების აუცილებლობა. მისი ინიციატივით, 1965 წლის დასაწყისში, ახალგაზრდა თეორეტიკოსმა ფ. არ არის აუცილებელი დიდი რადიოტელესკოპების გამოყენება ფონის რადიაციის მოსაძებნად, რადგან რადიაცია მოდის ყველა მიმართულებით. არაფერი მიიღწევა დიდი ანტენის ფოკუსირებით ცის უფრო მცირე ფართობზე. მაგრამ დიკის ჯგუფს არ ჰქონდა დრო დაგეგმილი აღმოჩენისთვის: როდესაც მათი აღჭურვილობა უკვე მზად იყო, მათ მხოლოდ უნდა დაედასტურებინათ აღმოჩენა, რომელიც სხვებმა შემთხვევით გააკეთეს წინა დღეს.

CMB გამოსხივება

ექსტრაგალაქტიკური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება ხდება სიხშირის დიაპაზონში 500 MHz-დან 500 GHz-მდე, რაც შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 60 სმ-დან 0,6 მმ-მდე. ეს ფონური გამოსხივება ატარებს ინფორმაციას იმ პროცესების შესახებ, რომლებიც მოხდა სამყაროში გალაქტიკების, კვაზარების და სხვა ობიექტების წარმოქმნამდე. ეს გამოსხივება, რომელსაც ეწოდება კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება, აღმოაჩინეს 1965 წელს, თუმცა ის იწინასწარმეტყველა ჯერ კიდევ 40-იან წლებში ჯორჯ გამოვმა და ათწლეულების განმავლობაში შეისწავლა ასტრონომები.

გაფართოებულ სამყაროში მატერიის საშუალო სიმკვრივე დამოკიდებულია დროზე - წარსულში ის უფრო მაღალი იყო. თუმცა გაფართოების დროს იცვლება ნივთიერების არა მხოლოდ სიმკვრივე, არამედ თერმული ენერგიაც, რაც ნიშნავს, რომ გაფართოების ადრეულ ეტაპზე სამყარო არა მხოლოდ მკვრივი, არამედ ცხელიც იყო. შედეგად, ჩვენს დროში უნდა დაფიქსირდეს ნარჩენი გამოსხივება, რომლის სპექტრი იგივეა, რაც აბსოლუტურად სპექტრის სპექტრი. მყარიდა ეს გამოსხივება უნდა იყოს უმაღლესი ხარისხიიზოტროპული. 1964 წელს ა.ა. პენზიასმა და რ. უილსონმა, მგრძნობიარე რადიო ანტენის ტესტირებისას, აღმოაჩინეს ძალიან სუსტი ფონური მიკროტალღური გამოსხივება, რომელსაც ვერანაირად ვერ მოიშორებდნენ. მისი ტემპერატურა 2,73 K აღმოჩნდა, რაც პროგნოზირებულ მნიშვნელობასთან ახლოსაა. იზოტროპიული ექსპერიმენტებიდან აჩვენა, რომ მიკროტალღური ფონის გამოსხივების წყარო არ შეიძლება განთავსდეს გალაქტიკის შიგნით, რადგან მას შემდეგ უნდა დაფიქსირდეს რადიაციის კონცენტრაცია გალაქტიკის ცენტრისკენ. რადიაციის წყარო ვერ მდებარეობდა მზის სისტემის შიგნით, რადგან რადიაციის ინტენსივობის ყოველდღიური ცვალებადობა იქნებოდა. ამის გამო გაკეთდა დასკვნა ამ ფონური გამოსხივების ექსტრაგალაქტიკური ხასიათის შესახებ. ამრიგად, ცხელი სამყაროს ჰიპოთეზამ მიიღო დაკვირვების საფუძველი.

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ბუნების გასაგებად, საჭიროა მივმართოთ იმ პროცესებს, რომლებიც მოხდა სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე. მოდით განვიხილოთ, თუ როგორ შეიცვალა სამყაროს ფიზიკური პირობები გაფართოების პროცესში.

ახლა სივრცის ყოველი კუბური სანტიმეტრი შეიცავს დაახლოებით 500 რელიქტურ ფოტონს და მატერია გაცილებით ნაკლებია თითო მოცულობაზე. ვინაიდან გაფართოების პროცესში შენარჩუნებულია ფოტონების რაოდენობის შეფარდება ბარიონების რაოდენობასთან, მაგრამ სამყაროს გაფართოების დროს ფოტონების ენერგია დროთა განმავლობაში მცირდება წითელი ცვლის გამო, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ რაღაც დროს წარსულში რადიაციის ენერგიის სიმკვრივე უფრო დიდი იყო, ვიდრე მატერიის ნაწილაკების ენერგიის სიმკვრივე. ამ დროს სამყაროს ევოლუციის რადიაციის სტადიას უწოდებენ. გამოსხივების სტადიას ახასიათებდა ნივთიერებისა და გამოსხივების ტემპერატურის თანასწორობა. იმ დროს რადიაციამ მთლიანად განსაზღვრა სამყაროს გაფართოების ბუნება. სამყაროს გაფართოების დაწყებიდან დაახლოებით მილიონი წლის შემდეგ, ტემპერატურა დაეცა რამდენიმე ათას გრადუსამდე და მოხდა ელექტრონების რეკომბინაცია, რომლებიც ადრე თავისუფალი ნაწილაკები იყვნენ, პროტონებთან და ჰელიუმის ბირთვებთან, ე.ი. ატომების წარმოქმნა. სამყარო გამჭვირვალე გახდა რადიაციისთვის და სწორედ ამ გამოსხივებას ჩვენ ახლა ვაფიქსირებთ და ვუწოდებთ რელიქტურ გამოსხივებას. მართალია, მას შემდეგ, სამყაროს გაფართოების გამო, ფოტონებმა ენერგია დაახლოებით 100-ჯერ შეამცირეს. ფიგურალურად რომ ვთქვათ, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის კვანტებმა „აღბეჭდა“ რეკომბინაციის ეპოქა და პირდაპირი ინფორმაციის მატარებელი შორეული წარსულის შესახებ.

რეკომბინაციის შემდეგ მატერიამ პირველად დაიწყო დამოუკიდებლად ევოლუცია, განურჩევლად რადიაციისა და მასში დაიწყო სიმკვრივის გამოჩენა - მომავალი გალაქტიკების ემბრიონები და მათი გროვები. სწორედ ამიტომ არის მეცნიერებისთვის ასეთი მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტები კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების თვისებების - მისი სპექტრისა და სივრცითი რყევების შესასწავლად. მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: 90-იანი წლების დასაწყისში. რუსულმა კოსმოსურმა ექსპერიმენტმა Relikt-2-მა და ამერიკულმა კობემ აღმოაჩინეს განსხვავებები ცის მეზობელი ტერიტორიების კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურაში, ხოლო საშუალო ტემპერატურისგან გადახრა მხოლოდ პროცენტის მეათასედია. ტემპერატურის ეს ვარიაციები შეიცავს ინფორმაციას მატერიის სიმკვრივის საშუალო მნიშვნელობიდან გადახრის შესახებ რეკომბინაციის ეპოქის დროს. რეკომბინაციის შემდეგ მატერია სამყაროში თითქმის თანაბრად იყო განაწილებული და იქ, სადაც სიმკვრივე საშუალოზე ოდნავ მაღალი იყო, მიზიდულობა უფრო ძლიერი იყო. ეს იყო სიმკვრივის ცვალებადობა, რამაც შემდგომში გამოიწვია სამყაროში დაფიქსირებული ფართომასშტაბიანი სტრუქტურების, გალაქტიკების გროვებისა და ცალკეული გალაქტიკების წარმოქმნა. თანამედროვე იდეების თანახმად, პირველი გალაქტიკები უნდა ჩამოყალიბებულიყო ეპოქაში, რომელიც შეესაბამება წითელ გადაადგილებას 4-დან 8-მდე.

არის თუ არა შანსი კიდევ უფრო შორს გავიხედოთ ეპოქაში რეკომბინაციამდე? რეკომბინაციის მომენტამდე სწორედ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წნევა ქმნიდა გრავიტაციულ ველს, რომელმაც შეანელა სამყაროს გაფართოება. ამ ეტაპზე ტემპერატურა იცვლებოდა უკუპროპორციულად კვადრატული ფესვიგაფართოების დაწყებიდან გასული დროიდან. მოდით, თანმიმდევრულად განვიხილოთ ადრეული სამყაროს გაფართოების სხვადასხვა ეტაპები.

დაახლოებით 1013 კელვინის ტემპერატურაზე სამყაროში დაიბადა და განადგურდა სხვადასხვა ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების წყვილი: პროტონები, ნეიტრონები, მეზონები, ელექტრონები, ნეიტრინოები და ა.შ. როდესაც ტემპერატურა 5*1012 K-მდე დაეცა, თითქმის ყველა პროტონი და ნეიტრონი იყო. განადგურებულია, გადაიქცევა რადიაციის კვანტად; დარჩა მხოლოდ ის, რისთვისაც "არ იყო საკმარისი" ანტინაწილაკები. სწორედ ამ "ჭარბი" პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შედგება ძირითადად თანამედროვე დაკვირვებადი სამყაროს მატერია.

T = 2*1010 K-ზე ყოვლისმომცველმა ნეიტრინომ შეწყვიტა ურთიერთქმედება მატერიასთან - იმ მომენტიდან უნდა ყოფილიყო „რელიქტური ნეიტრინო ფონი“, რომელიც შეიძლება გამოვლინდეს მომავალი ნეიტრინო ექსპერიმენტების დროს.

ყველაფერი, რაც ახლა განვიხილეთ, სამყაროს გაფართოების დაწყებიდან პირველ წამში მოხდა ულტრა მაღალ ტემპერატურაზე. სამყაროს "დაბადებიდან" რამდენიმე წამში დაიწყო პირველადი ნუკლეოსინთეზის ერა, როდესაც ჩამოყალიბდა დეიტერიუმის, ჰელიუმის, ლითიუმის და ბერილიუმის ბირთვები. ის დაახლოებით სამ წუთს გაგრძელდა და მისი მთავარი შედეგი იყო ჰელიუმის ბირთვების წარმოქმნა (სამყაროში არსებული მატერიის მასის 25%). დარჩენილი ელემენტები, ჰელიუმზე მძიმე, შეადგენდნენ ნივთიერების უმნიშვნელო ნაწილს - დაახლოებით 0,01%.

ნუკლეოსინთეზის ეპოქის შემდეგ და რეკომბინაციის ეპოქამდე (დაახლოებით 106 წელი), მოხდა სამყაროს მშვიდი გაფართოება და გაგრილება, შემდეგ კი - დაწყებიდან ასობით მილიონი წლის შემდეგ - გამოჩნდა პირველი გალაქტიკები და ვარსკვლავები.

ბოლო ათწლეულების განმავლობაში, კოსმოლოგიისა და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის განვითარებამ შესაძლებელი გახადა თეორიულად განიხილოს სამყაროს გაფართოების ძალიან საწყისი, "ზედმეტი" პერიოდი. ირკვევა, რომ გაფართოების დასაწყისშივე, როდესაც ტემპერატურა წარმოუდგენლად მაღალი იყო (1028 კ-ზე მეტი), სამყარო შეიძლებოდა ყოფილიყო სპეციალურ მდგომარეობაში, რომელშიც ის გაფართოვდა აჩქარებით, ხოლო მოცულობის ერთეულის ენერგია მუდმივი რჩებოდა. გაფართოების ამ ეტაპს ინფლაციური ეწოდა. მატერიის ასეთი მდგომარეობა შესაძლებელია ერთი პირობით - უარყოფითი წნევით. ულტრა სწრაფი ინფლაციური ექსპანსიის ეტაპმა მოიცვა დროის მცირე პერიოდი: ის დასრულდა დაახლოებით 10-36 წმ. ითვლება, რომ მატერიის ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „დაბადება“ იმ ფორმით, რომელშიც ჩვენ მათ ახლა ვიცნობთ, მოხდა ინფლაციური ეტაპის დასრულების შემდეგ და გამოწვეული იყო ჰიპოთეტური ველის დაშლით. ამის შემდეგ სამყაროს გაფართოება ინერციით გაგრძელდა.

ინფლაციური სამყაროს ჰიპოთეზა პასუხობს უამრავ მნიშვნელოვან კითხვას კოსმოლოგიაში, რომლებიც ბოლო დრომდე აუხსნელ პარადოქსებად ითვლებოდა, კერძოდ კი სამყაროს გაფართოების მიზეზის საკითხს. თუ სამყარომ თავის ისტორიაში მართლაც გაიარა ეპოქა, როდესაც იყო დიდი უარყოფითი წნევა, მაშინ გრავიტაციამ აუცილებლად უნდა გამოიწვიოს არა მიზიდულობა, არამედ მატერიალური ნაწილაკების ურთიერთ მოგერიება. და ეს ნიშნავს, რომ სამყარომ დაიწყო სწრაფად, ფეთქებადი გაფართოება. რა თქმა უნდა, ინფლაციური სამყაროს მოდელი მხოლოდ ჰიპოთეზაა: მისი დებულებების არაპირდაპირი შემოწმებაც კი მოითხოვს ინსტრუმენტებს, რომლებიც უბრალოდ ჯერ არ არის შექმნილი. თუმცა, სამყაროს დაჩქარებული გაფართოების იდეა მისი ევოლუციის ადრეულ ეტაპზე მტკიცედ შევიდა თანამედროვე კოსმოლოგიაში.

ადრეულ სამყაროზე საუბრისას, ჩვენ უეცრად გადაგვყავს უდიდესი კოსმოსური მასშტაბებიდან მიკროსამყაროს რეგიონში, რომელიც აღწერილია კვანტური მექანიკის კანონებით. ელემენტარული ნაწილაკების და ულტრა მაღალი ენერგიების ფიზიკა მჭიდროდ არის გადაჯაჭვული კოსმოლოგიაში გიგანტური ასტრონომიული სისტემების ფიზიკასთან. ყველაზე დიდი და ყველაზე პატარა აქ ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. ეს არის ჩვენი სამყაროს საოცარი სილამაზე, სავსეა მოულოდნელი კავშირებითა და ღრმა ერთიანობით.

დედამიწაზე სიცოცხლის გამოვლინებები უკიდურესად მრავალფეროვანია. დედამიწაზე სიცოცხლე წარმოდგენილია ბირთვული და პრებირთვული, ერთ და მრავალუჯრედიანი არსებებით; მრავალუჯრედოვანი, თავის მხრივ, წარმოდგენილია სოკოებით, მცენარეებითა და ცხოველებით. ამ სამეფოებიდან რომელიმე აერთიანებს სხვადასხვა ტიპებს, კლასებს, ორდენებს, ოჯახებს, გვარებს, სახეობებს, პოპულაციებსა და ინდივიდებს.

ცოცხალი არსების ერთი შეხედვით გაუთავებელი მრავალფეროვნებით შეიძლება განვასხვავოთ ცოცხალი არსების ორგანიზების რამდენიმე განსხვავებული დონე: მოლეკულური, უჯრედული, ქსოვილი, ორგანო, ონტოგენეტიკური, პოპულაცია, სახეობები, ბიოგეოცენოტიკური, ბიოსფერო. ჩამოთვლილი დონეები ხაზგასმულია სწავლის გამარტივებისთვის. თუ ჩვენ ვცდილობთ გამოვყოთ ძირითადი დონეები, რომლებიც ასახავს არა იმდენად სწავლის დონეებს, რამდენადაც დედამიწაზე სიცოცხლის ორგანიზების დონეებს, მაშინ ასეთი იდენტიფიკაციის მთავარი კრიტერიუმი უნდა იყოს კონკრეტული ელემენტარული, დისკრეტული სტრუქტურების და ელემენტარული ფენომენების არსებობა. ამ მიდგომით აუცილებელი და საკმარისი აღმოჩნდება მოლეკულური გენეტიკური, ონტოგენეტიკური, პოპულაციურ-სახეობებისა და ბიოგეოცენოტიკური დონეების გამოყოფა (ნ.ვ. ტიმოფეევ-რესოვსკი და სხვები).

მოლეკულური გენეტიკური დონე. ამ დონის შესწავლისას, როგორც ჩანს, უდიდესი სიცხადე მიღწეული იქნა როგორც ძირითადი ცნებების განსაზღვრაში, ასევე ელემენტარული სტრუქტურებისა და ფენომენების იდენტიფიცირებაში. მემკვიდრეობის ქრომოსომული თეორიის შემუშავებამ, მუტაციის პროცესის ანალიზმა და ქრომოსომების, ფაგების და ვირუსების სტრუქტურის შესწავლამ გამოავლინა ელემენტარული გენეტიკური სტრუქტურების ორგანიზებისა და მასთან დაკავშირებული ფენომენების ძირითადი მახასიათებლები. ცნობილია, რომ ამ დონის ძირითადი სტრუქტურები (თაობიდან თაობას გადაცემული მემკვიდრეობითი ინფორმაციის კოდები) არის დნმ, რომელიც სიგრძით დიფერენცირებულია კოდის ელემენტებად - აზოტოვანი ბაზების სამეულებად, რომლებიც ქმნიან გენებს.

სიცოცხლის ორგანიზაციის ამ დონეზე გენები წარმოადგენს ელემენტარულ ერთეულებს. გენებთან დაკავშირებულ ძირითად ელემენტარულ ფენომენად შეიძლება ჩაითვალოს მათი ლოკალური სტრუქტურული ცვლილებები (მუტაციები) და მათში შენახული ინფორმაციის გადაცემა უჯრედშიდა კონტროლის სისტემებში.

კონვარიანტული რედუპლიკაცია ხდება შაბლონის პრინციპის მიხედვით, დნმ-ის ორმაგი სპირალის წყალბადის ბმების რღვევით ფერმენტ დნმ პოლიმერაზას მონაწილეობით. შემდეგ თითოეული ძაფები აშენებს შესაბამის ძაფს, რის შემდეგაც ახალი ძაფები ერთმანეთს ავსებენ. ეს პროცესი ძალიან სწრაფად ტარდება. ამრიგად, Escherichia coli-ს დნმ-ის თვითშეკრება, რომელიც შედგება დაახლოებით 40 ათასი ნუკლეოტიდური წყვილისაგან, მოითხოვს მხოლოდ 100 წმ. გენეტიკური ინფორმაცია ბირთვიდან mRNA მოლეკულებით გადადის ციტოპლაზმაში რიბოსომებამდე და იქ მონაწილეობს ცილის სინთეზში. ათასობით ამინომჟავის შემცველი ცილა 5-6 წუთში სინთეზირდება ცოცხალ უჯრედში, ხოლო ბაქტერიებში უფრო სწრაფად.

ძირითადი საკონტროლო სისტემები, როგორც კონვარიანტული რედუპლიკაციის დროს, ასევე უჯრედშიდა ინფორმაციის გადაცემის დროს, იყენებენ „მატრიცის პრინციპს“, ე.ი. არის მატრიცები, რომელთა გვერდით აგებულია შესაბამისი სპეციფიკური მაკრომოლეკულები. ამჟამად, ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურაში ჩადებული კოდი, რომელიც უჯრედებში სპეციფიკური ცილის სტრუქტურების სინთეზის მატრიცას წარმოადგენს, წარმატებით გაშიფრულია. მატრიცის კოპირებაზე დაფუძნებული რედუპლიკაცია ინარჩუნებს არა მხოლოდ გენეტიკურ ნორმას, არამედ მისგან გადახრებს, ე.ი. მუტაციები (ევოლუციური პროცესის საფუძველი). მოლეკულური გენეტიკური დონის საკმარისად ზუსტი ცოდნა აუცილებელი წინაპირობაა ცხოვრებისეული ფენომენების მკაფიო გაგებისთვის, რომლებიც ხდება ცხოვრების ორგანიზაციის ყველა სხვა დონეზე.

გამოყენების მიუხედავად თანამედროვე მოწყობილობებიდა უახლესი მეთოდებისამყაროს შესწავლისას, მისი გარეგნობის საკითხი კვლავ ღია რჩება. ეს გასაკვირი არ არის მისი ასაკის გათვალისწინებით: უახლესი მონაცემებით, ის 14-დან 15 მილიარდ წლამდე მერყეობს. აშკარაა, რომ მას შემდეგ ძალიან ცოტა მტკიცებულება არსებობდა უნივერსალური მასშტაბის გრანდიოზული პროცესების შესახებ, რომლებიც ოდესღაც ხდებოდა. ამიტომ, ვერავინ ბედავს არაფრის მტკიცებას, ჰიპოთეზებით შემოიფარგლება. თუმცა, ერთ-ერთმა მათგანმა ახლახან მიიღო ძალიან მნიშვნელოვანი არგუმენტი - კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება.

1964 წელს ცნობილი ლაბორატორიის ორმა თანამშრომელმა, რომლებიც ახორციელებდნენ ეხო თანამგზავრის რადიო დაკვირვებას, წვდომა ჰქონდათ შესაბამის ულტრამგრძნობიარე აღჭურვილობაზე, გადაწყვიტეს გამოეცადათ ზოგიერთი თეორია გარკვეული კოსმოსური ობიექტების საკუთარი რადიო გამოსხივების შესახებ.

მიწისქვეშა წყაროებიდან შესაძლო ჩარევის გასაფილტრად, გადაწყდა 7,35 სმ-ის გამოყენება, თუმცა ანტენის ჩართვისა და რეგულირების შემდეგ დაფიქსირდა უცნაური ფენომენი: გარკვეული ხმაური, მუდმივი ფონის კომპონენტი დაფიქსირდა მთელს მსოფლიოში. სამყარო. ეს არ იყო დამოკიდებული დედამიწის პოზიციაზე სხვა პლანეტებთან მიმართებაში, რამაც დაუყოვნებლივ გააუქმა რადიო ჩარევის ვარაუდი ამ ან დღის დროზე. ვერც რ. უილსონმა და ვერც ა. პენზიასმა ვერც კი გააცნობიერეს, რომ მათ აღმოაჩინეს სამყაროს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება.

ვინაიდან არცერთმა მათგანმა არ იფიქრა, რომ „ფონი“ მიაკუთვნა აღჭურვილობის მახასიათებლებს (საკმარისია გვახსოვდეს, რომ გამოყენებული მიკროტალღური ანტენა იმ დროს ყველაზე მგრძნობიარე იყო), თითქმის მთელი წელი, სანამ აშკარა არ გახდა, რომ ჩაწერილი ხმაური თავად სამყაროს ნაწილია. აღმოჩენილი რადიოსიგნალის ინტენსივობა თითქმის იდენტური იყო რადიაციის ინტენსივობის 3 კელვინის ტემპერატურით (1 კელვინი უდრის -273 გრადუს ცელსიუსს). შედარებისთვის, ნულოვანი კელვინი შეესაბამება უმოძრაო ატომებისგან შემდგარი ობიექტის ტემპერატურას. მერყეობს 500 MHz-დან 500 GHz-მდე.

ამ დროს პრინსტონის უნივერსიტეტის ორმა თეორეტიკოსმა - რ. დიკმა და დ. პიბლსმა, სამყაროს განვითარების ახალ მოდელებზე დაყრდნობით, მათემატიკურად გამოთვალეს, რომ ასეთი გამოსხივება უნდა არსებობდეს და გასდევდეს მთელ სივრცეს. ზედმეტია იმის თქმა, რომ პენზიასი, რომელმაც შემთხვევით შეიტყო ამ თემაზე ლექციების შესახებ, დაუკავშირდა უნივერსიტეტს და შეატყობინა, რომ კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაცია დარეგისტრირდა.

დიდი აფეთქების თეორიაზე დაყრდნობით, მთელი მატერია წარმოიშვა კოლოსალური აფეთქების შედეგად. ამის შემდეგ პირველი 300 ათასი წლის განმავლობაში სივრცე იყო ელემენტარული ნაწილაკებისა და რადიაციის ერთობლიობა. შემდგომში, გაფართოების გამო, დაიწყო ტემპერატურის ვარდნა, რამაც შესაძლებელი გახადა ატომების გამოჩენა. აღმოჩენილი რელიქტური გამოსხივება იმ შორეული დროის ექოა. სანამ სამყაროს ჰქონდა საზღვრები, ნაწილაკების სიმკვრივე იმდენად მაღალი იყო, რომ რადიაცია იყო "შეკრული", რადგან ნაწილაკების მასა აირეკლავდა ნებისმიერ ტალღებს, რაც ხელს უშლის მათ გავრცელებას. და მხოლოდ მას შემდეგ, რაც დაიწყო ატომების ფორმირება, სივრცე ტალღებისთვის "გამჭვირვალე" გახდა. ითვლება, რომ ასე გაჩნდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. ამ დროისთვის, სივრცის თითოეული კუბური სანტიმეტრი შეიცავს დაახლოებით 500 საწყის კვანტს, თუმცა მათი ენერგია თითქმის 100-ჯერ შემცირდა.

CMB გამოსხივებას აქვს სხვადასხვა ტემპერატურა სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში. ეს განპირობებულია პირველადი მატერიის მდებარეობით გაფართოებულ სამყაროში. სადაც მომავალი მატერიის ატომების სიმკვრივე უფრო მაღალი იყო, რადიაციის წილი და, შესაბამისად, მისი ტემპერატურა შემცირდა. სწორედ ამ მიმართულებით ჩამოყალიბდა დიდი ობიექტები (გალაქტიკები და მათი გროვები).

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლა ხსნის გაურკვევლობის ფარდას მრავალი პროცესის შესახებ, რომელიც ხდება დროის დასაწყისში.

CMB გამოსხივება არის ფონური მიკროტალღური გამოსხივება, რომელიც ერთნაირია ყველა მიმართულებით და აქვს შავი სხეულისთვის დამახასიათებელი სპექტრი ~ 2,7 K ტემპერატურაზე.

ითვლება, რომ ამ გამოსხივებიდან შეიძლება გაიგოთ პასუხი კითხვაზე: საიდან გაჩნდა? სინამდვილეში, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება არის ის, რაც რჩება "სამყაროს კონსტრუქციიდან", როდესაც ის მკვრივი ცხელი პლაზმის გაფართოების შემდეგ დაიწყო. იმისათვის, რომ გავიგოთ, რა არის კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება, მოდით შევადაროთ ის ადამიანის საქმიანობის ნარჩენებს. მაგალითად, ადამიანი რაღაცას იგონებს, სხვები ყიდულობენ, იყენებენ და გადაყრიან ნარჩენებს. ასე რომ, ნაგავი (ადამიანის სიცოცხლის შედეგი) არის კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ანალოგი. ნაგვიდან შეგიძლიათ გაიგოთ ყველაფერი - სად იმყოფებოდა ადამიანი გარკვეულ პერიოდში, რას ჭამდა, რა ეცვა და კიდევ რაზე ლაპარაკობდა. ასევე, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. მისი თვისებებიდან გამომდინარე, მეცნიერები ცდილობენ შექმნან დიდი აფეთქების მომენტის სურათი, რომელიც შეიძლება გასცეს პასუხი კითხვაზე: როგორ გაჩნდა სამყარო? მაგრამ მაინც, ენერგიის შენარჩუნების კანონები ქმნის გარკვეულ უთანხმოებებს სამყაროს წარმოშობის შესახებ, რადგან არაფერი არსაიდან მოდის და არსად მიდის. ჩვენი სამყაროს დინამიკა არის გადასვლები, თვისებებისა და მდგომარეობის ცვლილებები. ამის დაკვირვება ჩვენს პლანეტაზეც კი შეიძლება. მაგალითად, ბურთის ელვაჩნდება წყლის ნაწილაკების ღრუბელში?! როგორ? როგორ შეიძლება ეს? ვერავინ ხსნის გარკვეული კანონების წარმოშობას. არსებობს მხოლოდ ამ კანონების აღმოჩენის მომენტები, ისევე როგორც კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების აღმოჩენის ისტორია.

ისტორიული ფაქტები კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლის შესახებ

CMB პირველად ახსენა გეორგი ანტონოვიჩ გამოვმა (ჯორჯ გამოვ), როდესაც ის ცდილობდა აეხსნა დიდი აფეთქების თეორია. მან ივარაუდა, რომ ნარჩენი გამოსხივება ავსებდა მუდმივად გაფართოებული სამყაროს სივრცეს. 1941 წელს, ოფიჩუსის გროვის ერთ-ერთი ვარსკვლავის შთანთქმის შესწავლისას, ენდრიუ მაკკელარმა შენიშნა სინათლის შთანთქმის სპექტრული ხაზები, რომლებიც შეესაბამებოდა 2,7 კ ტემპერატურას. 1948 წელს გეორგი გამოვმა, რალფ ალფერტმა და რობერტ ჰერმანმა დაადგინეს სინათლის ტემპერატურა. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება 5 კ-ზე. მოგვიანებით გეორგი გამოვმა შესთავაზა ტემპერატურა 3 კ-ზე ნაკლები, ვიდრე ცნობილი. მაგრამ ეს იყო ამ ფაქტის მხოლოდ ზედაპირული შესწავლა, რომელიც იმ დროისთვის უცნობი იყო. 60-იანი წლების დასაწყისში რობერტ დიკემ და იაკოვ ზელდოვიჩმა მიიღეს იგივე შედეგები, რაც გამოვმა ტალღების ჩაწერით, რომელთა რადიაციის ინტენსივობა დროზე არ იყო დამოკიდებული. მეცნიერთა ცნობისმოყვარე გონებას უნდა შეექმნა სპეციალური რადიოტელესკოპი, რათა უფრო ზუსტად დაეფიქსირებინა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაცია. 80-იანი წლების დასაწყისში, კოსმოსური ინდუსტრიის განვითარებასთან ერთად, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციის უფრო ფრთხილად შესწავლა დაიწყო კოსმოსური ხომალდიდან. შესაძლებელი გახდა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების იზოტროპიის თვისების დადგენა (იგივე თვისებები ყველა მიმართულებით, მაგალითად, 5 ნაბიჯი ჩრდილოეთისაკენ 10 წამში და 5 ნაბიჯი სამხრეთისკენ 10 წამში). დღესაც გრძელდება რელიქვიის შესწავლის თვისებების და მისი გაჩენის ისტორიის შესწავლა.

რა თვისებები აქვს რელიქტურ გამოსხივებას?

CMB სპექტრი FIRAS ინსტრუმენტის გამოყენებით მიღებული მონაცემებიდან COBE თანამგზავრზე

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების სპექტრი არის 2,75 კელვინი, რაც ამ ტემპერატურამდე გაცივებული ჭვარტლის მსგავსია. ასეთი ნივთიერება ყოველთვის შთანთქავს მასზე მოხვედრილ გამოსხივებას (სინათლეს), როგორი გავლენაც არ უნდა იყოს მასზე. მაინც ჩასვით მაგნიტურ ხვეულში მაინც ბირთვული ბომბიგადაყარეთ იგი, თუნდაც გაანათეთ იგი პროჟექტორით. ასეთი სხეული ასევე ასხივებს მცირე რადიაციას. მაგრამ ეს მხოლოდ ადასტურებს იმ ფაქტს, რომ არაფერია აბსოლუტური. თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ გამოიტანოთ იდეალური კანონი უსასრულოდ დიდი ხნის განმავლობაში, მიაღწიოთ რაღაცის გარკვეული თვისების მაქსიმუმს, მაგრამ მცირე ინერცია ყოველთვის დარჩება.

საინტერესო ფაქტები, რომლებიც დაკავშირებულია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლასთან

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების მაქსიმალური სიხშირე დაფიქსირდა 160,4 გჰც-ზე, რაც უდრის 1,9 მმ ტალღას. და ასეთი გამოსხივების სიმკვრივეა 400-500 ფოტონი სმ 3-ზე. CMB გამოსხივება არის უძველესი, უძველესი გამოსხივება, რომელიც შეიძლება ზოგადად სამყაროში შეინიშნოს. თითოეულ ნაწილაკს დედამიწამდე მისასვლელად 400 000 წელი დასჭირდა. კილომეტრები კი არა, წლები! სატელიტური დაკვირვებებისა და მათემატიკური გამოთვლების მიხედვით, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება თითქოს ჩერდება და ყველა გალაქტიკა და თანავარსკვლავედი მოძრაობს მასთან შედარებით უზარმაზარი სიჩქარით, ასობით კილომეტრი წამში. ეს ჰგავს ფანჯრიდან მოძრავი მატარებლის ყურებას. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების ტემპერატურა თანავარსკვლავედის მიმართულებით 0,1%-ით მეტია, საპირისპირო მიმართულებით კი 0,1%-ით დაბალია. ეს ხსნის მზის მოძრაობას ამ თანავარსკვლავედისკენ რელიქტურ ფონთან შედარებით.

რას გვაძლევს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესწავლა?

ადრეული სამყარო ცივი იყო, ძალიან ცივი. რატომ იყო სამყარო ასე ცივი და რა მოხდა, როდესაც სამყაროს გაფართოება დაიწყო? შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ დიდი აფეთქების გამო მოხდა განდევნა უზარმაზარი თანხაენერგიის კოლტები სამყაროს საზღვრებს მიღმა, შემდეგ სამყარო გაცივდა, თითქმის გაიყინა, მაგრამ დროთა განმავლობაში ენერგიამ კვლავ დაიწყო კოლტებად შეკრება და წარმოიშვა გარკვეული რეაქცია, რამაც დაიწყო სამყაროს გაფართოების პროცესი. მაშინ საიდან მოდის ბნელი მატერია და ურთიერთქმედებს თუ არა იგი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივებასთან? შესაძლოა, კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება ბნელი მატერიის დაშლის შედეგია, რაც უფრო ლოგიკურია, ვიდრე დიდი აფეთქების ნარჩენი გამოსხივება. ვინაიდან ბნელი ენერგია შეიძლება იყოს ანტიმატერია და ბნელი მატერიის ნაწილაკები, მატერიის ნაწილაკებთან შეჯახებით, წარმოქმნიან რადიაციას მატერიალურ და ანტიმატერიალურ სამყაროში, რელიქტური გამოსხივების მსგავსი. დღეს ეს არის მეცნიერების უახლესი, შეუსწავლელი სფერო, რომელშიც შეიძლება მიაღწიო წარმატებას და ჩაიბეჭდოს მეცნიერებისა და საზოგადოების ისტორიაში.

სივრცის ზოგადი ფონის ერთ-ერთი კომპონენტი. ელ მაგ. რადიაცია. რ და. ერთნაირად ნაწილდება ციურ სფეროზე და ინტენსივობით შეესაბამება თერმული გამოსხივებააბსოლუტურად შავი სხეული ტემპერატურაზე დაახლ. 3 K, აღმოჩენილი ამერ. მეცნიერები ა. პენზიასი და ... ფიზიკური ენციკლოპედია

CMB გამოსხივება, სამყაროს შევსება, კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3 კ. დაფიქსირდა ტალღებზე რამდენიმე მმ-დან ათეულ სმ-მდე, თითქმის იზოტროპულად. წარმოშობა...... თანამედროვე ენციკლოპედია

ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა სრულიად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურა დაახლ. 3 K. დაფიქსირდა რამდენიმე მმ-დან ათეულ სმ-მდე ტალღებზე, თითქმის იზოტროპულად. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების წარმოშობა დაკავშირებულია ევოლუციასთან... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება- ფონური კოსმოსური რადიო გამოსხივება, რომელიც ჩამოყალიბდა სამყაროს განვითარების ადრეულ ეტაპებზე. [GOST 25645.103 84] თემები, პირობები, ფიზიკური სივრცე. კოსმოსური EN რელიქტური გამოსხივება… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3°K. დაფიქსირდა ტალღებზე რამდენიმე მილიმეტრიდან ათეულ სანტიმეტრამდე, თითქმის იზოტროპულად. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების წარმოშობა... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ავსებს სამყაროს დაკვირვებად ნაწილს (იხ. სამყარო). რ და. არსებობდა უკვე სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე და მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მის ევოლუციაში; მისი წარსულის შესახებ ინფორმაციის უნიკალური წყაროა... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

CMB გამოსხივება- (ლათინური relicium ნარჩენიდან) კოსმოსური ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელმაც დაიწყო მისი განვითარება "დიდი აფეთქების" შემდეგ; ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა სრულიად შავი სხეულის სპექტრთან... ... თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების დასაწყისი

ფონის სივრცე გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურა დაახ. 3 K. დაკვირვებული ტალღებზე რამდენიმედან. მმ-დან ათეულ სმ-მდე, თითქმის იზოტროპული. რ-ის წარმოშობა და. ასოცირდება სამყაროს ევოლუციასთან, წარსულში სამოთხემდე... ... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

თერმული ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა 2,7 კ. რადიაციის წარმოშობა. დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელიც შორეულ წარსულში ჰქონდა მაღალი ტემპერატურადა რადიაციის სიმკვრივე... ... ასტრონომიული ლექსიკონი

კოსმოლოგია სამყაროს ხანა დიდი აფეთქება კონვერტაციული მანძილი CMB მდგომარეობის კოსმოლოგიური განტოლება ბნელი ენერგია ფარული მასა ფრიდმანის სამყარო კოსმოლოგიური პრინციპი კოსმოლოგიური მოდელები ფორმირება ... ვიკიპედია

წიგნები