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, სახელად რელიქტური, აღმოაჩინეს 1965 წელს, თუმცა ის ჯერ კიდევ 40-იან წლებში იწინასწარმეტყველა გეორგი გამოვმა და ასტრონომებმა ათწლეულების განმავლობაში სწავლობდნენ.
გაფართოებულ სამყაროში მატერიის საშუალო სიმკვრივე დამოკიდებულია დროზე - წარსულში ის უფრო დიდი იყო. თუმცა, გაფართოების დროს იცვლება არა მხოლოდ სიმკვრივე, არამედ მატერიის თერმული ენერგიაც, რაც ნიშნავს, რომ გაფართოების ადრეულ ეტაპზე სამყარო არა მხოლოდ მკვრივი, არამედ ცხელიც იყო. შედეგად, ჩვენს დროში უნდა იყოს ნარჩენი გამოსხივება, რომლის სპექტრი იგივეა, რაც აბსოლუტურად მყარი სხეულის სპექტრი და ეს გამოსხივება უნდა იყოს უაღრესად იზოტროპული. 1964 წელს A.A. Penzias-მა და R. Wilson-მა მგრძნობიარე რადიო ანტენის ტესტირებისას აღმოაჩინეს ძალიან სუსტი ფონური მიკროტალღური გამოსხივება, რომლისგანაც ვერანაირად ვერ მოიშორეს. მისი ტემპერატურა 2,73 K აღმოჩნდა, რაც პროგნოზირებულ მნიშვნელობასთან ახლოსაა. იზოტროპიის შესწავლაზე ჩატარებული 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 შიგნითაც. შეინიშნება გამოსხივების ინტენსივობის დღიური ცვალებადობა. ამის გამო გაკეთდა დასკვნა ამ ფონური გამოსხივების ექსტრაგალაქტიკური ხასიათის შესახებ. ამრიგად, ცხელი სამყაროს ჰიპოთეზამ მიიღო დაკვირვების საფუძველი.
CMB-ის ბუნების გასაგებად, აუცილებელია 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 კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ფოტონს და ამ მოცულობაში გაცილებით ნაკლები ნივთიერებაა. ვინაიდან გაფართოების პროცესში ფოტონების რაოდენობის შეფარდება ბარიონების რაოდენობასთან შენარჩუნებულია, მაგრამ სამყაროს გაფართოების დროს ფოტონების ენერგია დროთა განმავლობაში მცირდება წითელცვლის გამო, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ რაღაც დროს წარსულში გამოსხივების ენერგიის სიმკვრივე უფრო დიდი იყო, ვიდრე მატერიის ნაწილაკების ენერგიის სიმკვრივე. ამ დროს სამყაროს ევოლუციის რადიაციის სტადიას უწოდებენ. რადიაციული ეტაპი ხასიათდებოდა მატერიისა და გამოსხივების ტემპერატურის თანასწორობით. იმ დღეებში რადიაციამ მთლიანად განსაზღვრა სამყაროს გაფართოების ბუნება. სამყაროს გაფართოების დაწყებიდან დაახლოებით ერთი მილიონი წლის შემდეგ ტემპერატურა რამდენიმე ათას გრადუსამდე დაეცა და ელექტრონების რეკომბინაცია, რომლებიც ადრე თავისუფალი ნაწილაკები იყო, მოხდა პროტონებთან და ჰელიუმის ბირთვებთან, ე.ი. ატომების წარმოქმნა. სამყარო გამჭვირვალე გახდა რადიაციისთვის და სწორედ ამ გამოსხივებას ვიღებთ ახლა და ვუწოდებთ რელიქტს. მართალია, მას შემდეგ, სამყაროს გაფართოების გამო, ფოტონებმა დაახლოებით 100-ჯერ შეამცირეს მათი ენერგია. ფიგურალურად რომ ვთქვათ, რელიქტური გამოსხივების კვანტებმა „აღბეჭდეს“ რეკომბინაციის ეპოქა და ატარებენ უშუალო ინფორმაციას შორეული წარსულის შესახებ.
რეკომბინაციის შემდეგ მატერიამ პირველად დაიწყო დამოუკიდებლად განვითარება, განურჩევლად რადიაციისა და მასში დაიწყო გამკვრივება - მომავალი გალაქტიკების ემბრიონები და მათი გროვა. სწორედ ამიტომ არის მეცნიერებისთვის ასეთი მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტები რელიქტური გამოსხივების თვისებების - მისი სპექტრისა და სივრცითი რყევების შესწავლაზე. მათი ძალისხმევა არ იყო უშედეგო: 90-იანი წლების დასაწყისში. რუსულმა კოსმოსურმა ექსპერიმენტმა "რელიქტ-2" და ამერიკულმა "კობემ" აღმოაჩინეს განსხვავებები ცის მეზობელი მონაკვეთების რელიქტური გამოსხივების ტემპერატურაში და 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 ფორმირება. თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, პირველი გალაქტიკები უნდა ჩამოყალიბებულიყო ეპოქაში, რომელიც შეესაბამება წითელ გადაადგილებას 4-დან 8-მდე.
არის თუ არა რაიმე შანსი, უფრო შორს გავიხედოთ რეკომბინაციის წინა ეპოქაში? რეკომბინაციის მომენტამდე სწორედ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წნევა ქმნიდა გრავიტაციულ ველს, რამაც შეანელა სამყაროს გაფართოება. ამ ეტაპზე ტემპერატურა იცვლებოდა გაფართოების დაწყებიდან გასული დროის კვადრატული ფესვის შებრუნებული პროპორციით. განვიხილოთ ადრეული სამყაროს გაფართოების თანმიმდევრულად განსხვავებული 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 განადგურდა. , რადიაციულ კვანტად გადაქცევა; დარჩა მხოლოდ ის, რისთვისაც "არ იყო საკმარისი" ანტინაწილაკები. სწორედ ამ "ჭარბი" პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შედგება ძირითადად თანამედროვე დაკვირვებადი სამყაროს სუბსტანცია.
Т= 2*1010 K-ზე ყოვლისმომცველი ნეიტრინოები შეწყვეტენ ურთიერთქმედებას მატერიასთან - იმ მომენტიდან უნდა დარჩენილიყო "ნეიტრინოების რელიქტური ფონი", რომელიც შეიძლება გამოვლინდეს მომავალი ნეიტრინო ექსპერიმენტების დროს.
ყველაფერი, რაც ახლა ითქვა, სამყაროს გაფართოების დაწყებიდან პირველ წამში სუპერმაღალ ტემპერატურაზე მოხდა. სამყაროს "დაბადებიდან" რამდენიმე წამში დაიწყო პირველადი ნუკლეოსინთეზის ერა, როდესაც ჩამოყალიბდა დეიტერიუმის, ჰელიუმის, ლითიუმის და ბერილიუმის ბირთვები. ეს გაგრძელდა დაახლოებით სამი წუთი და მისი მთავარი შედეგი იყო ჰელიუმის ბირთვების წარმოქმნა (სამყაროს მთელი 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 გაციება, შემდეგ კი - დაწყებიდან ასობით მილიონი წლის შემდეგ - პირველი გალაქტიკები და ვარსკვლავები გამოჩნდა.
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 K-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. ულტრასწრაფი ინფლაციური გაფართოების ეტაპი მოიცავდა დროის მცირე პერიოდს: ის დასრულდა დაახლოებით 10-36 წმ. ითვლება, რომ მატერიის ელემენტარული ნაწილაკების ნამდვილი „დაბადება“ იმ ფორმით, რომელშიც ჩვენ მათ ახლა ვიცნობთ, მოხდა მხოლოდ 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, სამყაროს გაფართოების მიზეზის საკითხს. თუ სამყარომ თავის ისტორიაში მართლაც გაიარა ეპოქა, როცა დიდი უარყოფითი წნევა იყო, მაშინ გრავიტაციას აუცილებლად უნდა გამოეწვია არა მიზიდულობა, არამედ მატერიალური ნაწილაკების ურთიერთ მოგერიება. და ეს ნიშნავს, რომ სამყარომ დაიწყო სწრაფი, ფეთქებადი გაფართოება. რა თქმა უნდა, ინფლაციური სამყაროს მოდელი მხოლოდ ჰიპოთეზაა: მისი პოზიციების არაპირდაპირი გადამოწმებაც კი მოითხოვს ისეთ ინსტრუმენტებს, რომლებიც უბრალოდ ჯერ არ არის შექმნილი. თუმცა, სამყაროს დაჩქარებული გაფართოების იდეა მისი ევოლუციის ადრეულ ეტაპზე მტკიცედ დამკვიდრდა თანამედროვე კოსმოლოგიაში.
ადრეულ სამყაროზე საუბრისას, ჩვენ უეცრად გადავინაცვლეთ უდიდესი კოსმოსური მასშტაბებიდან მიკროსამყაროს რეგიონში, რომელიც აღწერილია კვანტური მექანიკის კანონებით. ელემენტარული ნაწილაკების და ზემაღალი ენერგიების ფიზიკა მჭიდროდ არის გადაჯაჭვული კოსმოლოგიაში გიგანტური ასტრონომიული სისტემების ფიზიკასთან. ყველაზე დიდი და პატარა აქ ერწყმის ერთმანეთს. ეს არის ჩვენი სამყაროს საოცარი სილამაზე, სავსე მოულოდნელი ურთიერთკავშირებითა და ღრმა ერთიანობით.
დედამიწაზე სიცოცხლის გამოვლინებები უკიდურესად მრავალფეროვანია. დედამიწაზე სიცოცხლე წარმოდგენილია ბირთვული და პრებირთვული, ერთუჯრედიანი 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 მრავალფეროვნებაში შეიძლება განვასხვავოთ ცოცხალი არსების ორგანიზების რამდენიმე განსხვავებული დონე: მოლეკულური, უჯრედული, ქსოვილი, ორგანო, ონტოგენეტიკური, პოპულაცია, სახეობა, ბიოგეოცენოტიკური, ბიოსფერული. ჩამოთვლილი დონეები ხაზგასმულია სწავლის გამარტივებისთვის. თუ ჩვენ ვცდილობთ გამოვყოთ ძირითადი დონეები, რომლებიც ასახავს არა იმდენად სწავლის დონეებს, რამდენადაც დედამიწაზე სიცოცხლის ორგანიზების დონეებს, მაშინ ასეთი შერჩევის მთავარი კრიტერიუმი უნდა იქნას აღიარებული, როგორც კონკრეტული ელემენტარული, დისკრეტული სტრუქტურების და ელემენტარული არსებობა. ფენომენებს. ამ მიდგომით საჭირო და საკმარისი აღმოჩნდება მოლეკულურ-გენეტიკური, ონტოგენეტიკური, პოპულაციური სახეობებისა და ბიოგეოცენოტიკური დონის გამოყოფა (ნ.ვ. ტიმოფეევ-რესოვსკი და სხვები).
მოლეკულური გენეტიკური დონე. ამ დონის შესწავლისას, როგორც ჩანს, უდიდესი სიცხადე მიღწეულია როგორც ძირითადი ცნებების განსაზღვრაში, ასევე ელემენტარული სტრუქტურებისა და ფენომენების იდენტიფიცირებისას. მემკვიდრეობის ქრომოსომული თეორიის შემუშავებამ, მუტაციის პროცესის ანალიზმა და ქრომოსომების, ფაგების და ვირუსების სტრუქტურის შესწავლამ გამოავლინა ელემენტარული გენეტიკური სტრუქტურების ორგანიზაციის ძირითადი მახასიათებლები და მათთან დაკავშირებული ფენომენები. ცნობილია, რომ ამ დონის ძირითადი სტრუქტურები (თაობიდან თაობას გადაცემული მემკვიდრეობითი ინფორმაციის კოდები) არის დნმ, სიგრძით დიფერენცირებული 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.
კოვარიანტული რედუპლიკაცია ხდება მატრიცის პრინციპის მიხედვით, დნმ-ის ორმაგი სპირალის წყალბადის ბმების რღვევით დნმ-პოლიმერაზას ფერმენტის მონაწილეობით. შემდეგ თითოეული ჯაჭვი თავისთვის აშენებს შესაბამის ძაფს, რის შემდეგაც ახალი ძაფები ერთმანეთს კომპლემენტალურად უერთდება.დამატებითი ძაფების პირიმიდინული და პურინული ფუძეები წყალბადით არის დაკავშირებული დნმ პოლიმერაზას საშუალებით. ეს პროცესი ძალიან სწრაფია. ამრიგად, Escherichia coli-ს დნმ-ის თვითშეკრება, რომელიც შედგება დაახლოებით 40 ათასი ბაზის წყვილისაგან, მოითხოვს მხოლოდ 100 წმ. გენეტიკური ინფორმაცია ბირთვიდან mRNA მოლეკულებით გადადის ციტოპლაზმაში რიბოსომებამდე და იქ მონაწილეობს ცილების სინთეზში. ათასობით ამინომჟავის შემცველი ცილა ცოცხალ უჯრედში 5-6 წუთში სინთეზირდება, ბაქტერიებში კი უფრო სწრაფად.
ძირითადი საკონტროლო სისტემები, როგორც კონვარიანტულ რედუპლიკაციაში, ასევე უჯრედშიდა ინფორმაციის გადაცემაში, იყენებენ „მატრიცის პრინციპს“, ე.ი. არის მატრიცები, რომელთა გვერდით აგებულია შესაბამისი სპეციფიკური მაკრომოლეკულები. ამჟამად, ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურაში ჩადებული კოდი, რომელიც მატრიცას ემსახურება უჯრედებში სპეციფიკური ცილის სტრუქტურების სინთეზში, წარმატებით გაშიფრულია. მატრიცის კოპირებაზე დაფუძნებული რედუპლიკაცია ინარჩუნებს არა მხოლოდ გენეტიკურ ნორმას, არამედ მისგან გადახრებს, ე.ი. მუტაციები (ევოლუციური პროცესის საფუძველი). მოლეკულურ-გენეტიკური დონის საკმარისად ზუსტი ცოდნა აუცილებელი წინაპირობაა ცხოვრებისეული ფენომენების მკაფიო გაგებისთვის, რომლებიც ხდება ცხოვრების ორგანიზაციის ყველა სხვა დონეზე.
ზოგადი ფონის კოსმოსის ერთ-ერთი კომპონენტი. ელ მაგნი. რადიაცია. რ.ი. თანაბრად არის განაწილებული ციურ სფეროზე და ინტენსივობით შეესაბამება აბსოლუტურად შავი სხეულის თერმულ გამოსხივებას დაახლ. 3 K, აღმოაჩინა ამერ. მეცნიერები ა. პენზიასი და ... ფიზიკური ენციკლოპედია
რელიქტური გამოსხივება, რომელიც ავსებს სამყაროს კოსმოსური გამოსხივებით, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3 კ. იგი შეინიშნება 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. შეინიშნება რამდენიმე მმ-დან ათეულ სმ-მდე ტალღებზე, თითქმის იზოტროპულად. რელიქტური გამოსხივების წარმოშობა უკავშირდება ევოლუციას ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი
ფონის გამოსხივება- ფონური კოსმოსური რადიო გამოსხივება, რომელიც ჩამოყალიბდა სამყაროს განვითარების ადრეულ ეტაპებზე. [GOST 25645.103 84] საგნები განაპირობებს ფიზიკურ სივრცეს. სივრცე EN რელიქტური გამოსხივება… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო
ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 3°K. იგი შეინიშნება ტალღის სიგრძეზე რამდენიმე მილიმეტრიდან ათეულ სანტიმეტრამდე, თითქმის იზოტროპულად. რელიქტური გამოსხივების წარმოშობა ... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი
ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ავსებს სამყაროს დაკვირვებად ნაწილს (იხ. სამყარო). რ.ი. არსებობდა უკვე სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე და მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მის ევოლუციაში; მისი წარსულის შესახებ ინფორმაციის უნიკალური წყაროა... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია
CMB გამოსხივება- (ლათ. relicium remnant-დან) კოსმოსური ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელმაც დაიწყო 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. ტალღებზე დაკვირვება რამდენიმედან. მმ ათეულ სმ-მდე, თითქმის იზოტროპულად. რ-ის წარმოშობა და. დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, სამოთხეში წარსულში ... ... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი
თერმული ფონის კოსმოსური გამოსხივება, რომლის სპექტრი ახლოსაა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრთან, რომლის ტემპერატურაა 2,7 კ. წარმოშობა R. i. დაკავშირებულია სამყაროს ევოლუციასთან, რომელსაც შორეულ წარსულში ჰქონდა მაღალი ტემპერატურა და რადიაციის სიმკვრივე ... ... ასტრონომიული ლექსიკონი
კოსმოლოგია სამყაროს ხანა დიდი აფეთქება კოსმოსური მანძილი რელიქტური გამოსხივება მდგომარეობის კოსმოლოგიური განტოლება ბნელი ენერგია ფარული მასა ფრიდმანის სამყარო კოსმოლოგიური პრინციპი კოსმოლოგიური მოდელები ფორმირება ... ვიკიპედია
წიგნები
- მაგიდების კომპლექტი. სამყაროს ევოლუცია (12 ცხრილი), . სასწავლო ალბომი 12 ფურცელი. მუხლი - 5-8676-012. ასტრონომიული სტრუქტურები. ჰაბლის კანონი. ფრიდმენის მოდელი. სამყაროს ევოლუციის პერიოდები. ადრეული სამყარო. პირველადი ნუკლეოსინთეზი. რელიქვია…
- კოსმოლოგია, სტივენ ვაინბერგი. ნობელის პრემიის ლაურეატის სტივენ ვაინბერგის მონუმენტური მონოგრაფია აჯამებს თანამედროვე კოსმოლოგიაში ბოლო ორი ათწლეულის მანძილზე მიღწეული პროგრესის შედეგებს. ის უნიკალურია…
მიკროტალღური ფონის გამოსხივება (CMB)
- კოსმოსური რადიაცია, რომელსაც აქვს დამახასიათებელი სპექტრი ტემპერატურაზე დაახლ. ZK; განსაზღვრავს სამყაროს ფონური გამოსხივების ინტენსივობას მოკლე ტალღის რადიო დიაპაზონში (სანტიმეტრულ, მილიმეტრულ და სუბმილიმეტრულ ტალღებზე). ახასიათებს იზოტროპიის უმაღლესი ხარისხი (ინტენსივობა თითქმის ერთნაირია ყველა მიმართულებით). M.f-ის გახსნა. და. (A. Penzias, R. Wilson, 1965, აშშ) დაადასტურა ე.წ. , წარმოადგინა ყველაზე მნიშვნელოვანი ექსპერიმენტული მტკიცებულება სამყაროს გაფართოების იზოტროპიისა და დიდი მასშტაბებით მისი ჰომოგენურობის შესახებ იდეების სასარგებლოდ (იხ.).ცხელი სამყაროს მოდელის მიხედვით, გაფართოებული სამყაროს ნივთიერებას წარსულში გაცილებით მაღალი სიმკვრივე ჰქონდა, ვიდრე ახლა, და უკიდურესად მაღალი ტემპერატურა. ზე თ> 10 8 K პირველადი, რომელიც შედგებოდა პროტონებისგან, ჰელიუმის იონებისა და ელექტრონებისაგან, რომლებიც განუწყვეტლივ ასხივებდნენ, ფანტავდნენ და შთანთქავდნენ ფოტონებს, იყო სრულ გამოსხივებაში. სამყაროს შემდგომი გაფართოების დროს პლაზმისა და რადიაციის ტემპერატურა დაეცა. ნაწილაკების ფოტონებთან ურთიერთქმედებას აღარ ჰქონდა დრო, რომ შესამჩნევად ემოქმედა რადიაციის სპექტრზე გაფართოების დამახასიათებელ დროს (ამ დროისთვის სამყარო bremsstrahlung-ის თვალსაზრისით ერთობაზე გაცილებით ნაკლები გახდა). თუმცა, რადიაციასა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების არარსებობის შემთხვევაშიც კი, სამყაროს გაფართოების დროს, შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრი რჩება შავ სხეულად, მხოლოდ გამოსხივების ტემპერატურა მცირდება. მიუხედავად იმისა, რომ ტემპერატურა აჭარბებდა 4000 K-ს, პირველადი ნივთიერება მთლიანად იონიზირებული იყო, ფოტონების დიაპაზონი ერთი გაფანტვის მოვლენიდან მეორეზე გაცილებით ნაკლები იყო. 4000 კ ტემპერატურაზე წარმოიქმნა პროტონები და ელექტრონები, პლაზმა გადაიქცა ნეიტრალური წყალბადის და ჰელიუმის ატომების ნარევად, სამყარო მთლიანად გამჭვირვალე გახდა რადიაციისთვის. მისი შემდგომი გაფართოების დროს, რადიაციის ტემპერატურა აგრძელებდა ვარდნას, მაგრამ რადიაციის შავსხეულიანი ხასიათი შენარჩუნდა, როგორც რელიქვია, როგორც სამყაროს ევოლუციის ადრეული პერიოდის "მოგონება". ეს გამოსხივება აღმოაჩინეს ჯერ ტალღის სიგრძეზე 7,35 სმ, შემდეგ კი სხვა ტალღის სიგრძეზე (0,6 მმ-დან 50 სმ-მდე).
ტემპ-რა მ.ფ. და. 10%-იანი სიზუსტით აღმოჩნდა 2,7 კ-ის ტოლი შდრ. ამ გამოსხივების ფოტონების ენერგია უკიდურესად მცირეა - 3000-ჯერ ნაკლები ხილული სინათლის ფოტონების ენერგიაზე, მაგრამ M.f-ის ფოტონების რაოდენობა. და. ძალიან დიდი. სამყაროში თითოეული ატომისთვის არის ~ 10 9 ფოტონი M.f. და. (საშუალოდ 400-500 ფოტონი 1 სმ 3-ზე).
მ.ფ-ის ტემპერატურის განსაზღვრის პირდაპირ მეთოდთან ერთად. და. - ენერგიის განაწილების მრუდის მიხედვით რადიაციულ სპექტრში (იხ.), ასევე არსებობს არაპირდაპირი მეთოდი - ვარსკვლავთშორის გარემოში მოლეკულების ქვედა ენერგიის დონის პოპულაციის მიხედვით. ფოტონის შთანთქმისას M.f. და. მოლეკულა მოძრაობს ძირითადიდან მდგომარეობა აღელვებული. რაც უფრო მაღალია გამოსხივების ტემპერატურა, მით უფრო მაღალია ფოტონების სიმკვრივე, რომელთა ენერგია საკმარისია მოლეკულების აღგზნებისთვის და მით უფრო დიდია მათი პროპორცია აღგზნებულ დონეზე. აღგზნებული მოლეკულების რაოდენობის მიხედვით (დონის პოპულაცია) შეიძლება ვიმსჯელოთ ამაღელვებელი გამოსხივების ტემპერატურაზე. ამრიგად, დაკვირვებები ოპტიკური ვარსკვლავთშორისი ციანოგენის (CN) შთანთქმის ხაზები აჩვენებს, რომ მისი ქვედა ენერგეტიკული დონეები დასახლებულია ისე, თითქოს CN მოლეკულები სამი გრადუსიანი შავი სხეულის გამოსხივების ველშია. ეს ფაქტი დადგინდა (მაგრამ ბოლომდე არ იყო გაგებული) ჯერ კიდევ 1941 წელს, M.f-ის აღმოჩენამდე დიდი ხნით ადრე. და. პირდაპირი დაკვირვებები.არც ვარსკვლავები და რადიო გალაქტიკები და არც ცხელი გალაქტიკათაშორისი. გაზი და არც ვარსკვლავთშორისი მტვრის მიერ ხილული შუქის ხელახალი გამოსხივება არ შეუძლია გამოსხივოს წმ. და .: ამ გამოსხივების მთლიანი ენერგია ძალიან მაღალია და მისი სპექტრი არ ჰგავს არც ვარსკვლავთა სპექტრს და არც რადიო წყაროების სპექტრს (ნახ. 1). ეს, ისევე როგორც ციურ სფეროზე ინტენსივობის რყევების თითქმის სრული არარსებობა (მცირე მასშტაბის კუთხოვანი რყევები), ადასტურებს M.f-ის კოსმოლოგიურ, რელიქტურ წარმოშობას. და.
M.f-ის რყევები. და.
ინტენსივობის მცირე განსხვავებების გამოვლენა M. f. და., მიღებული ციური სფეროს სხვადასხვა ნაწილიდან, საშუალებას მოგვცემს გამოვიტანოთ მრავალი დასკვნა მატერიის პირველადი აშლილობის ბუნების შესახებ, რამაც შემდგომში გამოიწვია გალაქტიკების და გალაქტიკათა გროვების წარმოქმნა. თანამედროვე გალაქტიკები და მათი გროვები ჩამოყალიბდა სამყაროში წყალბადის რეკომბინაციამდე არსებული მატერიის სიმკვრივეში უმნიშვნელო ამპლიტუდის არაჰომოგენურობის ზრდის შედეგად. ნებისმიერი კოსმოლოგიური მოდელის მიხედვით, სამყაროს გაფართოების პროცესში შეიძლება ვიპოვოთ არაჰომოგენურობის ამპლიტუდის ზრდის კანონი. თუ ჩვენ ვიცით, როგორი იყო ნივთიერების არაერთგვაროვნების ამპლიტუდები რეკომბინაციის მომენტში, შეგვიძლია განვსაზღვროთ რამდენი დრო დასჭირდებოდა მათ ზრდას და გახდნენ ერთიანობის რიგი. ამის შემდეგ, საშუალოზე გაცილებით მაღალი სიმკვრივის მქონე რეგიონები უნდა გამოირჩეოდნენ საერთო გაფართოების ფონიდან და წარმოშობილიყვნენ გალაქტიკები და მათი გროვა. რეკომბინაციის მომენტში საწყისი სიმკვრივის არაჰომოგენურობის ამპლიტუდის შესახებ მხოლოდ რელიქტურ გამოსხივებას შეუძლია „თქვას“. მას შემდეგ, რაც რეკომბინაციამდე გამოსხივება მკაცრად იყო დაკავშირებული მატერიასთან (ელექტრონები მიმოფანტეს ფოტონებს), მატერიის სივრცითი განაწილების არაერთგვაროვნებამ გამოიწვია რადიაციის ენერგიის სიმკვრივის არაერთგვაროვნება, ანუ გამოსხივების ტემპერატურის განსხვავება სამყაროს სხვადასხვა სიმკვრივის რეგიონებში. როდესაც რეკომბინაციის შემდეგ ნივთიერებამ შეწყვიტა ურთიერთქმედება რადიაციასთან და გამჭვირვალე გახდა მისთვის, M.f. და. უნდა შეენარჩუნებინა ყველა ინფორმაცია სამყაროში სიმკვრივის არაჰომოგენურობის შესახებ რეკომბინაციის პერიოდში. თუ არაჰომოგენურობა არსებობდა, მაშინ M.f-ის ტემპერატურა. და. უნდა მერყეობდეს დაკვირვების მიმართულებიდან გამომდინარე. თუმცა, მოსალოდნელი რყევების გამოსავლენად ექსპერიმენტებს ჯერ არ გააჩნია საკმარისად მაღალი სიზუსტე. ისინი აძლევენ მხოლოდ ზედა ზღვარს რყევების მნიშვნელობებზე. მცირე კუთხოვან მასშტაბებზე (რკალის ერთი წუთიდან რკალამდე ექვს გრადუსამდე) რყევები არ აღემატება 10 -4 K. ძიებას რყევების M. f. და. ასევე გართულებულია იმით, რომ ფონის რყევებში წვლილი შეტანილია დისკრეტული კოსმიურით. რადიო წყაროები, დედამიწის ატმოსფეროს გამოსხივება მერყეობს და ა.შ. დიდი კუთხური მასშტაბის ექსპერიმენტებმა ასევე აჩვენა, რომ M. f. და. პრაქტიკულად არ არის დამოკიდებული დაკვირვების მიმართულებაზე: გადახრები არ აღემატება K. მიღებულმა მონაცემებმა შესაძლებელი გახადა სამყაროს გაფართოების ანისოტროპიის ხარისხის შეფასება 100-ით შემცირებულიყო მონაცემების შეფასებასთან შედარებით. პირდაპირი დაკვირვების "უკან დახევის" გალაქტიკები.
მ.ფ. და. როგორც „ახალი ჰაერი“.
მ.ფ. და. იზოტროპული მხოლოდ კოორდინატულ სისტემაში, რომელიც ასოცირდება „დაბრუნებულ“ გალაქტიკებთან, ე.წ. მოძრავი საცნობარო ჩარჩო (ეს ჩარჩო ფართოვდება სამყაროსთან ერთად). ნებისმიერ სხვა კოორდინატულ სისტემაში რადიაციის ინტენსივობა დამოკიდებულია მიმართულებაზე. ეს ფაქტი ხსნის მზის სიჩქარის გაზომვის შესაძლებლობას M.f-თან დაკავშირებულ კოორდინატულ სისტემასთან მიმართებაში. და. მართლაც, დოპლერის ეფექტის გამო, მოძრავი დამკვირვებლისკენ გავრცელებულ ფოტონებს უფრო მეტი ენერგია აქვთ, ვიდრე მათ, ვინც მას ეწევა, მიუხედავად იმისა, რომ სისტემაში, რომელიც ასოცირდება M.f. ანუ მათი ენერგიები თანაბარია. მაშასადამე, ასეთი დამკვირვებლის გამოსხივების ტემპერატურა დამოკიდებულია მიმართულებაზე: , სად თ 0 - შდრ. ცის რადიაციის ტემპერატურაზე, ვ- დამკვირვებლის სიჩქარე, - კუთხე სიჩქარის ვექტორსა და დაკვირვების მიმართულებას შორის.
რელიქტური გამოსხივების დიპოლური ანისოტროპია, რომელიც დაკავშირებულია მზის სისტემის მოძრაობასთან ამ გამოსხივების ველთან მიმართებაში, ახლა მყარად არის დადგენილი (ნახ. 2): თანავარსკვლავედის ლომის მიმართულებით, ტემპერატურა M. f. და. საშუალოზე 3,5 მკკ-ზე მაღალი, ხოლო საპირისპირო მიმართულებით (მერწყულის თანავარსკვლავედი) საშუალოზე ამდენივე დაბალია. შესაბამისად, მზე (დედამიწასთან ერთად) მოძრაობს M.f-თან შედარებით. და. სიჩქარით დაახლ. ლომის თანავარსკვლავედისკენ 400 კმ/წმ. დაკვირვების სიზუსტე იმდენად მაღალია, რომ ექსპერიმენტატორები აფიქსირებენ დედამიწის სიჩქარეს მზის გარშემო, რომელიც 30 კმ/წმ-ია. გალაქტიკის ცენტრის გარშემო მზის სიჩქარის აღრიცხვა შესაძლებელს ხდის გალაქტიკის სიჩქარის განსაზღვრას მაგნიტურ ველთან მიმართებაში. და. არის 600 კმ/წმ. პრინციპში, არსებობს მეთოდი, რომელიც შესაძლებელს ხდის გალაქტიკათა მდიდარი გროვების სიჩქარის განსაზღვრას ფონის გამოსხივებასთან მიმართებაში (იხ.).
სპექტრი M. f. და.
ნახ. 1 გვიჩვენებს არსებულ ექსპერიმენტულ მონაცემებს M. f. და. და პლანკის ენერგიის განაწილების მრუდი აბსოლუტურად შავი სხეულის წონასწორული გამოსხივების სპექტრში, რომლის ტემპერატურაა 2,7 K. ექსპერიმენტული წერტილების პოზიციები კარგად შეესაბამება თეორიულს. მრუდე. ეს არის ცხელი სამყაროს მოდელის ძლიერი დადასტურება.
გაითვალისწინეთ, რომ სანტიმეტრის და დეციმეტრული ტალღების დიაპაზონში M.f-ის ტემპერატურის გაზომვები. და. შესაძლებელია დედამიწის ზედაპირიდან რადიოტელესკოპების გამოყენებით. მილიმეტრებში და განსაკუთრებით სუბმილიმეტრებში ატმოსფეროს გამოსხივება ხელს უშლის M.f-ის დაკვირვებებს. და. შესაბამისად, გაზომვები ხორციელდება ფართოზოლოვანი საშუალებით, დამონტაჟებული ბურთებზე (ცილინდრებზე) და რაკეტებზე. ღირებული მონაცემები მ.ტ-ის სპექტრის შესახებ. და. მილიმეტრიან დიაპაზონში მიღებულ იქნა ცხელი ვარსკვლავების სპექტრებში ვარსკვლავთშორისი გარემოს მოლეკულების შთანთქმის ხაზებზე დაკვირვებით. აღმოჩნდა, რომ მთავარი წვლილი M.f-ის ენერგიის სიმკვრივეში. და. იძლევა გამოსხივებას 6-დან 0,6 მმ-მდე, რომლის ტემპერატურა უახლოვდება 3 კ-ს. ამ ტალღის სიგრძის დიაპაზონში M.f-ის ენერგიის სიმკვრივე. და. \u003d 0,25 ევ / სმ 3.
ბევრი კოსმოლოგიური გალაქტიკების წარმოქმნის თეორიები და თეორიები, რომლებიც ითვალისწინებენ მატერიისა და ანტიმატერიის პროცესებს, განვითარებული, ფართომასშტაბიანი პოტენციური მოძრაობების გაფანტვას, პირველადი მცირე მასების აორთქლებას, არასტაბილურების დაშლას, წინასწარმეტყველებენ საშუალებებს. ენერგიის გამოყოფა სამყაროს გაფართოების ადრეულ ეტაპებზე. ამავდროულად, ენერგიის ნებისმიერი გამოთავისუფლება align="absmiddle" width="127" height="18"> იმ ეტაპზე, როდესაც ტემპერატურა M. f. და. შეიცვალა 3 კ-მდე, მან შესამჩნევად უნდა დაამახინჯა მისი შავი სხეულის სპექტრი. ამრიგად, სპექტრი M.f. და. ახორციელებს ინფორმაციას სამყაროს თერმული ისტორიის შესახებ. უფრო მეტიც, ეს ინფორმაცია დიფერენცირებულია: ენერგიის გამოყოფა გაფართოების სამივე ეტაპზე (K; 3T 4000 K). ასეთი ენერგიული ფოტონები ძალიან ცოტაა (მათი საერთო რაოდენობის ~10 -9). ამიტომ, ნეიტრალური ატომების წარმოქმნის შედეგად წარმოქმნილმა რეკომბინაციულმა გამოსხივებამ ძლიერად უნდა დაამახინჯოს მაგნიტური ველის სპექტრი. და. 250 მკმ ტალღებზე.გალაქტიკების ფორმირებისას ნივთიერებას შესაძლოა განიცადოს კიდევ ერთი გათბობა. სპექტრი M. f. და. ასევე შეიძლება შეიცვალოს ამ შემთხვევაში, ვინაიდან რელიქტური ფოტონების გაფანტვა ცხელი ელექტრონებით ზრდის ფოტონის ენერგიას (იხ.). განსაკუთრებით ძლიერი ცვლილებები ამ შემთხვევაში ხდება სპექტრის მოკლე ტალღის სიგრძის რეგიონში. ერთ-ერთი მრუდი, რომელიც აჩვენებს M.f-ის სპექტრის შესაძლო დამახინჯებას. ი., ნაჩვენებია ნახ. 1 (დატეხილი მრუდი). ხელმისაწვდომი ცვლილებები M.t-ის სპექტრში. და. აჩვენა, რომ მატერიის მეორადი გათბობა სამყაროში მოხდა ბევრად უფრო გვიან, ვიდრე რეკომბინაცია.
მ.ფ. და. და კოსმოსური სხივები.
ფართი სხივები (მაღალი ენერგიის პროტონები და ბირთვები; ულტრარელატიური ელექტრონები, რომლებიც განსაზღვრავენ ჩვენი და სხვა გალაქტიკების რადიოემისიას მეტრის დიაპაზონში) ატარებენ ინფორმაციას გიგანტური ფეთქებადი პროცესების შესახებ ვარსკვლავებსა და გალაქტიკურ ბირთვებში, სადაც ისინი იბადებიან. როგორც გაირკვა, სამყაროში მაღალი ენერგიის ნაწილაკების სიცოცხლე დიდწილად დამოკიდებულია M.f-ის ფოტონებზე. და, დაბალი ენერგიის მქონე, მაგრამ უკიდურესად მრავალრიცხოვანი - მათგან მილიარდჯერ მეტია ვიდრე ატომები სამყაროში (ეს თანაფარდობა შენარჩუნებულია სამყაროს გაფართოების პროცესში). ულტრარელატივისტური ელექტრონების შეჯახებისას კოსმოსური. სხივები ფოტონებით M.f. და. ენერგია და იმპულსი გადანაწილებულია. ფოტონის ენერგია ბევრჯერ იზრდება და რადიო ფოტონი გადაიქცევა რენტგენის ფოტონად. გამოსხივება, ხოლო ელექტრონის ენერგია უმნიშვნელოდ იცვლება. ვინაიდან ეს პროცესი ბევრჯერ მეორდება, ელექტრონი თანდათან კარგავს მთელ ენერგიას. დაფიქსირდა რენტგენის თანამგზავრებიდან და რაკეტებიდან. როგორც ჩანს, ფონის გამოსხივება ნაწილობრივ ამ პროცესით არის განპირობებული.
პროტონები და ზემაღალი ენერგიის ბირთვები ასევე ექვემდებარებიან M.f-ის ფოტონების მოქმედებას. და .: მათთან შეჯახებისას ბირთვები იშლება და პროტონებთან შეჯახება იწვევს ახალი ნაწილაკების დაბადებას (ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილები, -მეზონები და ა.შ.). შედეგად, პროტონების ენერგია სწრაფად იკლებს იმ ზღურბლამდე, რომლის ქვემოთ ნაწილაკების შექმნა შეუძლებელი ხდება ენერგიისა და იმპულსის შენარჩუნების კანონების მიხედვით. სწორედ ამ პროცესებთან არის დაკავშირებული პრაქტიკა. არარსებობა სივრცეში ნაწილაკების სხივები 10 20 eV ენერგიით, ისევე როგორც მცირე რაოდენობის მძიმე ბირთვები.
ნათ.:
ზელდოვიჩ ია.ბ., სამყაროს "ცხელი" მოდელი, UFN, 1966, ტ. 89, გ. 4, გვ. 647; Weinberg S., პირველი სამი წუთი, თარგმანი. ინგლისურიდან, მ., 1981 წ.
როგორც მკითხველმა უკვე შენიშნა, რადიოასტრონომიის ისტორია ისე განვითარდა, რომ მეცნიერების ამ დარგში ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენები შემთხვევით გაკეთდა. რადიოასტრონომიის დასაწყისი იანსკიმ შემთხვევით აღმოაჩინა რადიაციის დისკრეტული წყაროები დედამიწაზე კოსმოსიდან. კვლევისას
აღმოაჩინეს რადიოტალღების ციმციმის ფენომენი, როგორც შემთხვევითი, მეორადი, მაგრამ ბევრად უფრო მნიშვნელოვანი შედეგი, პულსარები.
ჩვენი დროის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი აღმოჩენა სრულიად მოულოდნელად გაკეთდა მათთვის, ვინც აღმოაჩინა ახალი ფენომენი. 1965 წელს, პენზიასმა და ვილსონმა, ორმა რადიოს სპეციალისტმა, ბელის სახელით, გამოიკვლიეს რადიოტალღების მიღების ერთ-ერთი ყველაზე მგრძნობიარე მოწყობილობა და გააუმჯობესეს იგი ყველა შესაძლო ჩარევის ეფექტის აღმოსაფხვრელად. როდესაც ხანგრძლივი მუშაობის შემდეგ მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ყველაფერი გააკეთეს ამ მიმართულებით და რადიო გამოსხივების ხმელეთის წყაროების გავლენა მთლიანად უნდა განადგურდეს, აღმოჩნდა, რომ ცისკენ მიმართული მიმღები მოწყობილობა აგრძელებს მიღებას, თუმცა ძალიან სუსტი, მაგრამ აუცილებლად რეგისტრირებული რადიო ემისია. მისი თავისებურება ის იყო, რომ რადიაციის ინტენსივობა აჩვენებდა თითქმის მკაცრ მუდმივობას ყველა მიმართულებისთვის, რა თქმა უნდა, გამონაკლისია იმათ, რომლებშიც განლაგებულია დისკრეტული კოსმოსური რადიო ემისიების საყრდენები.
აღმოჩენის მნიშვნელობა ცხადი გახდა, როდესაც შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ შემომავალი გამოსხივების განაწილება ტალღის სიგრძეზე შეესაბამება "შავი სხეულის" გამოსხივებას. ეს გამოწვეულია სხეულის უკიდურესად დაბალი ტემპერატურის გამო: 3 კელვინი (კელვინი) ვიენის კანონის შესაბამისად (λ m · T = 0,2897) მაქსიმალური გამოსხივების ენერგია ამ ტემპერატურაზე მოდის დაახლოებით 1 მმ ტალღის სიგრძეზე.
აღმოჩენილი რადიო ემისიის ინტენსივობის მიმართულებიდან (მისი იზოტროპია) თითქმის სრული დამოუკიდებლობისგან გამომდინარეობს, რომ სამყარო გაჟღენთილია ამ გამოსხივებით, ის ავსებს მთელ სივრცეს ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს შორის. ენერგიის განაწილება სპექტრში კანონის მიხედვით აბსოლუტურად შავი სხეულისთვის, რომლის ტემპერატურაა 3 K, გვიჩვენებს, რომ ეს გამოსხივება არ არის ვარსკვლავების, ნისლეულებისა და გალაქტიკების ტრანსფორმირებული გამოსხივება, არამედ არის დამოუკიდებელი ნივთიერება, რომელიც ავსებს სამყაროს სივრცეს. . ამიტომ მას ფონური გამოსხივება ეწოდება.
