Факультет

Студентам

Посетителям

Реликтовое излучение

Самое яркое подтверждение гипотезы о расширяющейся Вселенной и ее эволюции из состояния с большой плотностью было получено радиоастрономами, когда в 1965 г. обнаружились необычайно большие сигналы вблизи длины волны 7,4 см.

Дальнейшие исследования показали, что существует целый спектр излучения в этой области, происхождение которого нельзя связать ни с какими видимыми источниками.

Однако существование такого спектра следует из общих соображений, если Вселенная развивалась из сверхплотного состояния. В начале плотность и температура в такой системе были очень велики. Происходили процессы рождения и уничтожения частиц — частицы обменивались друг с другом энергией. Но при расширении Вселенной температура падала и рождение частиц прекращалось. Процессы, легко протекавшие при высоких температурах, практически замирали. Теплообмен между разными частями Вселенной ухудшался. Когда плотность во Вселенной упала настолько, что энергия всех частиц уменьшилась до нескольких киловольт, фотоны почти перестали терять свою энергию на ионизацию атомов и оказались практически изолированными, как в термостате. Это значит, что фотоны сохранили воспоминание о той температуре, которая у них была в тот древний период, когда они перестали взаимодействовать с атомами (поэтому их и называют реликтовыми). Но Вселенная продолжала расширяться, с расширением росла и длина волны фотонов. Энергия фотонов продолжала падать, но уже по другим законам, не следуя за температурой окружающего вещества. Однако спектр фотонов оставался спектром равновесного излучения, в котором температура падала по тому же закону, по которому падала энергия фотонов, так что отношение nω/kT, определяющее форму спектра фотонов, не изменялось. Такую необычную картину фотонного газа, равномерно заполняющего всю Вселенную, предсказывали теоретики (Гамов). Понадобилось почти 30 лет, чтобы это теоретическое предсказание оправдалось.

Можно только удивляться, сколько разных предсказаний было сделано на ранних этапах развития теории относительности. Они были сделаны тогда, когда сама мысль об их экспериментальной проверке казалась безумной. На них не многие обратили внимание. Так было и с реликтовым излучением — о нем почти совсем забыли, а когда наблюдения дали первые указания на то, что реликтовое излучение существует, в это многие не могли даже поверить.

Пока наблюдения давали только точки со стороны длинных волн от максимума, спектр Планка оставался недоказанным. Но сейчас количество экспериментальных данных возросло, и можно с уверенностью считать, что Вселенная заполнена идеальным фотонным газом (~103 фотонов на см3), отвечающим абсолютной температуре 2,8°К, что также хорошо согласуется с теоретическими оценками. Можно ли ожидать лучшего аргумента в пользу решений Фридмана?