Isa sa mga bahagi ng pangkalahatang background ng espasyo. email mag. radiation. R. at. pantay na ibinahagi sa celestial sphere at sa intensity ay tumutugma sa thermal radiation ng isang ganap na itim na katawan sa isang temperatura ng approx. 3 K, nakita ni Amer. mga siyentipiko na sina A. Penzias at ... Pisikal na encyclopedia
CMB radiation, pagpuno sa Uniberso, cosmic radiation, ang spectrum na kung saan ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na humigit-kumulang 3 K. Naobserbahan sa mga alon mula sa ilang mm hanggang sampu-sampung cm, halos isotropically. Pinagmulan... ... Modernong encyclopedia
Background cosmic radiation, ang spectrum nito ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na humigit-kumulang. 3 K. Naobserbahan sa mga alon mula sa ilang mm hanggang sampu-sampung cm, halos isotropically. Ang pinagmulan ng cosmic microwave background radiation ay nauugnay sa ebolusyon... Malaking Encyclopedic Dictionary
radiation ng background ng cosmic microwave- Background cosmic radio emission, na nabuo sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Uniberso. [GOST 25645.103 84] Mga paksa, kundisyon, pisikal na espasyo. space EN relict radiation... Gabay ng Teknikal na Tagasalin
Background na cosmic radiation, ang spectrum nito ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na humigit-kumulang 3°K. Naobserbahan sa mga alon mula sa ilang milimetro hanggang sampu-sampung sentimetro, halos isotropically. Pinagmulan ng cosmic microwave background radiation... ... encyclopedic Dictionary
Electromagnetic radiation na pumupuno sa nakikitang bahagi ng Uniberso (Tingnan ang Uniberso). R. at. umiral na sa mga unang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso at may mahalagang papel sa ebolusyon nito; ay isang natatanging mapagkukunan ng impormasyon tungkol sa kanyang nakaraan... Great Soviet Encyclopedia
CMB radiation- (mula sa Latin relicium remnant) cosmic electromagnetic radiation na nauugnay sa ebolusyon ng Uniberso, na nagsimula sa pag-unlad nito pagkatapos ng "big bang"; background cosmic radiation, ang spectrum nito ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may... ... Ang simula ng modernong natural na agham
Background space radiation, ang spectrum nito ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na humigit-kumulang. 3 K. Naobserbahan sa mga alon mula sa ilang. mm hanggang sampu-sampung cm, halos isotropic. Pinagmulan ng R. at. nauugnay sa ebolusyon ng Uniberso, sa paraiso sa nakaraan... ... Likas na agham. encyclopedic Dictionary
Thermal background cosmic radiation, ang spectrum nito ay malapit sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na 2.7 K. Pinagmulan ng radiation. nauugnay sa ebolusyon ng Uniberso, na sa malayong nakaraan ay may mataas na temperatura at density ng radiation... ... Astronomical Dictionary
Cosmology Age of the Universe Big Bang Converging distance CMB Cosmological equation of state Madilim na enerhiya Nakatagong masa Universe Friedmann's Cosmological prinsipyo Cosmological models Formation ... Wikipedia
Mga libro
- Cosmology, Steven Weinberg, Nobel laureate Steven Weinberg's monumental monograph ay nagbubuod sa pag-unlad na ginawa sa modernong kosmolohiya sa nakalipas na dalawang dekada. Ito ay kakaiba sa… Kategorya: Astronomy Publisher: Librocom,
- Isang bagong pagtingin sa ilang pangunahing konsepto at pang-eksperimentong katotohanan ng pisika, Emelyanov A.V. , Ang aklat ay nakatuon sa pagsusuri ng tatlong magkakaugnay na mga problema ng pisika: 1. Ang pisikal na katangian ng mga inertial na puwersa, na sinimulang lutasin ni Newton, ngunit hindi nalutas. Ang kumplikadong problemang ito ay humahantong sa konklusyon na... Kategorya: Pangkalahatang tanong. Kasaysayan ng pisika Serye: Publisher:
Sa kabila ng paggamit ng mga modernong instrumento at ang pinakabagong mga pamamaraan para sa pag-aaral ng Uniberso, ang tanong ng hitsura nito ay nananatiling bukas. Hindi ito nakakagulat dahil sa edad nito: ayon sa pinakahuling data, umaabot ito ng 14 hanggang 15 bilyong taon. Malinaw na mula noon ay napakakaunting ebidensya ng mga engrande na proseso ng Universal scale na minsang naganap. Samakatuwid, walang sinuman ang nangahas na igiit ang anuman, nililimitahan ang kanilang sarili sa mga pagpapalagay. Gayunpaman, ang isa sa kanila ay kamakailan lamang ay nakatanggap ng isang napaka makabuluhang argumento - cosmic microwave background radiation.
Noong 1964, dalawang empleyado ng isang kilalang laboratoryo, na nagsasagawa ng mga obserbasyon sa radyo ng Echo satellite, na may access sa naaangkop na ultra-sensitive na kagamitan, ay nagpasya na subukan ang ilan sa kanilang mga teorya tungkol sa sariling paglabas ng radyo ng ilang mga bagay sa kalawakan.
Upang ma-filter ang posibleng interference mula sa mga mapagkukunan na nakabatay sa lupa, napagpasyahan na gumamit ng 7.35 cm Gayunpaman, pagkatapos i-on at i-tune ang antenna, isang kakaibang kababalaghan ang naitala: isang tiyak na ingay, isang pare-parehong bahagi ng background, ay naitala sa buong bahagi. Sansinukob. Hindi ito nakasalalay sa posisyon ng Earth na may kaugnayan sa iba pang mga planeta, na agad na inalis ang pag-aakala ng interference ng radyo mula sa mga ito o sa oras ng araw. Ni R. Wilson o A. Penzias ay hindi man lang napagtanto na natuklasan nila ang cosmic microwave background radiation ng uniberso.
Dahil wala sa kanila ang nag-isip nito, na iniuugnay ang "background" sa mga kakaibang kagamitan (sapat na tandaan na ang microwave antenna na ginamit ay ang pinakasensitibo sa oras na iyon), halos isang buong taon ang lumipas hanggang sa naging malinaw na ang naitala na ingay. ay bahagi ng Uniberso mismo. Ang intensity ng nakitang signal ng radyo ay naging halos magkapareho sa intensity ng radiation na may temperatura na 3 Kelvin (1 Kelvin ay katumbas ng -273 degrees Celsius). Para sa paghahambing, ang zero Kelvin ay tumutugma sa temperatura ng isang bagay na gawa sa hindi gumagalaw na mga atomo. mula 500 MHz hanggang 500 GHz.
Sa oras na ito, dalawang theorists mula sa Princeton University - R. Dicke at D. Pibbles, batay sa mga bagong modelo ng pag-unlad ng Uniberso, mathematically kinakalkula na tulad radiation ay dapat na umiiral at tumagos sa lahat ng espasyo. Hindi na kailangang sabihin, si Penzias, na hindi sinasadyang natutunan ang tungkol sa mga lektura sa paksang ito, ay nakipag-ugnayan sa unibersidad at iniulat na ang cosmic microwave background radiation ay nakarehistro.
Batay sa teorya ng Big Bang, ang lahat ng bagay ay lumitaw bilang isang resulta ng isang napakalaking pagsabog. Para sa unang 300 libong taon pagkatapos nito, ang espasyo ay isang kumbinasyon ng mga elementarya na particle at radiation. Kasunod nito, dahil sa pagpapalawak, ang mga temperatura ay nagsimulang bumagsak, na naging posible para sa mga atom na lumitaw. Ang nakitang relict radiation ay isang echo ng mga malalayong oras na iyon. Habang ang uniberso ay may mga hangganan, ang density ng mga particle ay napakataas na ang radiation ay "nakatali", dahil ang masa ng mga particle ay sumasalamin sa anumang uri ng mga alon, na pumipigil sa kanila mula sa pagpapalaganap. At pagkatapos lamang magsimula ang pagbuo ng mga atomo, naging "transparent" ang espasyo para sa mga alon. Ito ay pinaniniwalaan na ito ay kung paano lumitaw ang cosmic microwave background radiation. Sa ngayon, ang bawat kubiko sentimetro ng espasyo ay naglalaman ng humigit-kumulang 500 paunang quanta, bagaman ang kanilang enerhiya ay nabawasan ng halos 100 beses.
Ang CMB radiation sa iba't ibang bahagi ng Uniberso ay may iba't ibang temperatura. Ito ay dahil sa lokasyon ng pangunahing bagay sa lumalawak na Uniberso. Kung saan ang density ng mga atomo ng hinaharap na bagay ay mas mataas, ang bahagi ng radiation, at samakatuwid ang temperatura nito, ay nabawasan. Sa mga direksyong ito kasunod na nabuo ang malalaking bagay (mga kalawakan at ang kanilang mga kumpol).
Ang pag-aaral ng cosmic microwave background radiation ay nag-aangat sa belo ng kawalan ng katiyakan sa maraming prosesong nagaganap sa simula ng panahon.
Ang isa sa mga kagiliw-giliw na pagtuklas na may kaugnayan sa electromagnetic spectrum ay radiation ng background ng cosmic microwave. Ito ay natuklasan nang hindi sinasadya, bagaman ang posibilidad ng pagkakaroon nito ay hinulaang.
Kasaysayan ng pagtuklas ng cosmic microwave background radiation
Kasaysayan ng pagtuklas ng cosmic microwave background radiation nagsimula noong 1964. Amerikanong kawani ng laboratoryo Bell Phone bumuo ng isang sistema ng komunikasyon gamit ang isang artipisyal na Earth satellite. Ang sistemang ito ay dapat na gumagana sa mga alon na 7.5 sentimetro ang haba. Ang ganitong mga maikling alon ay may ilang mga pakinabang na may kaugnayan sa mga komunikasyon sa satellite radio, ngunit Arno Penzias At Robert Wilson walang nakalutas sa problemang ito. Sila ay mga pioneer sa larangang ito at kailangang tiyakin na walang malakas na interference sa parehong wavelength, o na alam ng mga manggagawa sa telecom ang tungkol sa naturang interference nang maaga. Noong panahong iyon, pinaniniwalaan na ang pinagmumulan ng mga radio wave na nagmumula sa kalawakan ay maaari lamang mga puntong bagay tulad mga radio galaxy o mga bituin. Pinagmumulan ng mga radio wave. Ang mga siyentipiko ay may isang napaka-tumpak na receiver at isang umiikot na horn antenna. Sa kanilang tulong, ang mga siyentipiko ay maaaring makinig sa buong kalawakan sa halos parehong paraan tulad ng pakikinig ng isang doktor sa dibdib ng isang pasyente gamit ang isang stethoscope.Natural na pinagmulang signal
At sa sandaling itinuro ang antena sa isa sa mga punto sa kalangitan, isang kurbadong linya ang sumayaw sa screen ng oscilloscope. Karaniwan natural na pinagmulang signal. Ang mga eksperto ay malamang na nagulat sa kanilang kapalaran: sa pinakaunang nasusukat na punto ay may pinagmumulan ng paglabas ng radyo! Ngunit kahit saan nila ituro ang kanilang antenna, ang epekto ay nananatiling pareho. Sinuri ng mga siyentipiko ang kagamitan nang paulit-ulit, ngunit ito ay nasa perpektong pagkakasunud-sunod. At sa wakas napagtanto nila na natuklasan nila ang isang dati nang hindi kilalang natural na kababalaghan: ang buong Uniberso ay tila napuno ng mga radio wave na may haba na sentimetro. Kung makakakita tayo ng mga radio wave, ang kalangitan ay lilitaw sa atin na kumikinang mula sa gilid hanggang sa gilid.
Mga radio wave ng Uniberso. Nai-publish ang pagtuklas ni Penzias at Wilson. At hindi lamang sila, kundi pati na rin ang mga siyentipiko mula sa maraming iba pang mga bansa ay nagsimulang maghanap ng mga mapagkukunan ng mahiwagang mga alon ng radyo, na kinuha ng lahat ng mga antenna at receiver na inangkop para sa layuning ito, nasaan man sila at anumang punto sa kalangitan na nilalayon nila, at ang intensity. ng paglabas ng radyo sa wavelength na 7.5 sentimetro sa anumang punto ay ganap na pareho, tila ito ay pantay na pinahid sa buong kalangitan. CMB radiation na kinakalkula ng mga siyentipiko
Ang mga siyentipiko ng Sobyet na sina A. G. Doroshkevich at I. D. Novikov, na hinulaang radiation ng background ng cosmic microwave bago ito magbukas, gumawa ng mga kumplikadong kalkulasyon. Isinasaalang-alang nila ang lahat ng mga mapagkukunan ng radiation na magagamit sa ating Uniberso, at isinasaalang-alang din kung paano nagbago ang radiation ng ilang mga bagay sa paglipas ng panahon. At ito ay lumabas na sa rehiyon ng mga alon ng sentimetro ang lahat ng mga radiation na ito ay minimal at, samakatuwid, ay hindi responsable para sa nakitang glow ng kalangitan. Samantala, ang mga karagdagang kalkulasyon ay nagpakita na ang density ng smeared radiation ay napakataas. Narito ang isang paghahambing ng photon jelly (iyan ang tinatawag ng mga siyentipiko na misteryosong radiation) sa masa ng lahat ng bagay sa Uniberso. Kung ang lahat ng bagay ng lahat ng nakikitang Galaxies ay "kumakalat" nang pantay-pantay sa buong espasyo ng Uniberso, magkakaroon lamang ng isang hydrogen atom bawat tatlong metro kubiko ng espasyo (para sa pagiging simple, isasaalang-alang natin ang lahat ng bagay ng mga bituin bilang hydrogen. ). At kasabay nito, ang bawat cubic centimeter ng totoong espasyo ay naglalaman ng mga 500 photon ng radiation. Medyo marami, kahit na ihambing natin hindi ang bilang ng mga yunit ng bagay at radiation, ngunit direkta ang kanilang mga masa. Saan nagmula ang gayong matinding radiation? Sa isang pagkakataon, natuklasan ng siyentipikong Sobyet na si A. A. Friedman, na nilulutas ang mga sikat na equation ni Einstein, na ang ating Uniberso ay patuloy na lumalawak. Ang kumpirmasyon nito ay natagpuan sa lalong madaling panahon. American E. Hubble natuklasan kababalaghan ng pag-urong ng kalawakan. Sa pamamagitan ng pag-extrapolate ng hindi pangkaraniwang bagay na ito sa nakaraan, maaari nating kalkulahin ang sandali kung kailan ang lahat ng bagay ng Uniberso ay nasa napakaliit na volume at ang density nito ay hindi maihahambing na mas malaki kaysa ngayon. Sa panahon ng pagpapalawak ng Uniberso, ang wavelength ng bawat quantum ay tumataas sa proporsyon sa paglawak ng Uniberso; sa kasong ito, ang quantum ay tila "cool" - pagkatapos ng lahat, ang mas maikli ang wavelength ng quantum, ang "mas mainit" ito. Ang sentimetro-scale radiation ngayon ay may brightness temperature na humigit-kumulang 3 degrees absolute Kelvin. At sampung bilyong taon na ang nakalilipas, nang ang Uniberso ay hindi maihahambing na mas maliit at ang density ng bagay nito ay napakataas, ang mga quanta na ito ay may temperatura na humigit-kumulang 10 bilyong degree. Simula noon, ang ating Uniberso ay "inilibing" na may dami ng patuloy na paglamig ng radiation. Iyon ang dahilan kung bakit ang sentimetro na paglabas ng radyo ay "napahid" sa buong Uniberso ay tinatawag na cosmic microwave background radiation. Mga labi, tulad ng alam mo, ay ang mga pangalan ng mga labi ng mga pinaka sinaunang hayop at halaman na nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ang dami ng sentimetro na radyasyon ay tiyak na ang pinakaluma sa lahat ng posibleng mga labi. Pagkatapos ng lahat, ang kanilang pagbuo ay nagsimula sa isang panahon na humigit-kumulang 15 bilyong taon ang layo mula sa atin.Ang kaalaman tungkol sa Uniberso ay nagdala ng cosmic microwave background radiation
Halos walang masasabi tungkol sa kung ano ang bagay ay tulad ng sa zero sandali, kapag ang density nito ay walang hanggan malaki. Ngunit ang mga phenomena at proseso na naganap sa panahon Sansinukob, isang segundo lamang pagkatapos ng kanyang kapanganakan at kahit na mas maaga, hanggang sa 10~8 segundo, naisip na ng mga siyentipiko nang maayos. Ang impormasyon tungkol dito ay dinala nang tumpak radiation ng background ng cosmic microwave. Kaya, isang segundo ang lumipas mula noong zero moment. Ang bagay ng ating Uniberso ay may temperaturang 10 bilyong digri at binubuo ng isang uri ng "sinigang" relic quanta, electrodes, positrons, neutrino at antineutrino . Ang density ng "sinigang" ay napakalaki - higit sa isang tonelada bawat kubiko sentimetro. Sa ganitong "masikip na mga kondisyon," ang mga banggaan ng mga neutron at positron na may mga electron ay patuloy na naganap, ang mga proton ay naging mga neutron at vice versa. Ngunit higit sa lahat mayroong quanta dito - 100 milyong beses na higit sa mga neutron at proton. Siyempre, sa gayong density at temperatura, walang kumplikadong nuclei ng bagay ang maaaring umiral: hindi sila nabulok dito. Isang daang segundo ang lumipas. Ang paglawak ng Uniberso ay nagpatuloy, ang density nito ay patuloy na bumababa, at ang temperatura nito ay bumaba. Ang mga positron ay halos nawala, ang mga neutron ay naging mga proton. Nagsimula ang pagbuo ng atomic nuclei ng hydrogen at helium. Ang mga kalkulasyon na isinagawa ng mga siyentipiko ay nagpapakita na 30 porsiyento ng mga neutron ay pinagsama upang bumuo ng helium nuclei, habang 70 porsiyento sa kanila ay nanatiling nag-iisa at naging hydrogen nuclei. Sa kurso ng mga reaksyong ito, lumitaw ang bagong quanta, ngunit ang kanilang bilang ay hindi na maihahambing sa orihinal, kaya maaari nating ipagpalagay na hindi ito nagbago. Nagpatuloy ang pagpapalawak ng Uniberso. Ang densidad ng "sinigang", kaya steeply brewed sa pamamagitan ng likas na katangian sa simula, nabawasan sa proporsyon sa kubo ng linear na distansya. Lumipas ang mga taon, siglo, millennia. 3 milyong taon na ang lumipas. Ang temperatura ng "sinigang" sa sandaling ito ay bumaba sa 3-4 na libong degrees, ang density ng bagay ay lumapit din sa alam natin ngayon, ngunit ang mga kumpol ng bagay kung saan maaaring mabuo ang mga bituin at kalawakan ay hindi pa maaaring lumabas. Ang presyon ng radiation ay masyadong malaki sa oras na iyon, itinutulak ang anumang naturang pagbuo. Kahit na ang mga atomo ng helium at hydrogen ay nanatiling ionized: ang mga electron ay umiral nang hiwalay, ang mga proton at nuclei ng mga atom ay hiwalay din. Sa pagtatapos lamang ng tatlong milyong taon nagsimulang lumitaw ang mga unang condensation sa lumalamig na "sinigang". Kakaunti lang sila noong una. Sa sandaling ang isang ikasanlibo ng "sinigang" ay na-condensed sa mga kakaibang protostar, ang mga pormasyong ito ay nagsimulang "magsunog" katulad ng mga modernong bituin. At ang mga photon at energy quanta na ibinubuga ng mga ito ay nagpainit sa "sinigang" na nagsimulang lumamig sa mga temperatura kung saan ang pagbuo ng mga bagong condensation ay naging imposible. Ang mga panahon ng paglamig at pag-init muli ng "sinigang" sa pamamagitan ng mga flare ng mga protostar ay humalili, na pinapalitan ang bawat isa. At sa ilang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso, ang pagbuo ng mga bagong condensation ay naging halos imposible dahil ang dating napakakapal na "sinigang" ay naging masyadong "tunaw." Humigit-kumulang 5 porsiyento ng bagay ang nagawang magkaisa, at 95 porsiyento ay nakakalat sa espasyo ng lumalawak na Uniberso. Ganito "nawala" ang dating mainit na quanta na bumubuo sa relict radiation. Ito ay kung paano ang nuclei ng hydrogen at helium atoms, na bahagi ng "sinigang," ay nakakalat.Hypothesis ng pagbuo ng Uniberso
Narito ang isa sa mga ito: karamihan sa mga bagay sa ating Uniberso ay hindi matatagpuan sa komposisyon ng mga planeta, bituin at kalawakan, ngunit bumubuo ng intergalactic gas - 70 porsiyento ng hydrogen at 30 porsiyento ng helium, isang hydrogen atom bawat metro kubiko ng espasyo. Pagkatapos ang pag-unlad ng Uniberso ay dumaan sa yugto ng mga protostar at pumasok sa yugto ng bagay na karaniwan para sa atin, ordinaryong paglalahad ng mga spiral Galaxies, mga ordinaryong bituin, ang pinakapamilyar na kung saan ay atin. Ang mga sistema ng planeta ay nabuo sa paligid ng ilan sa mga bituin na ito, at sa hindi bababa sa isa sa mga planetang ito, lumitaw ang buhay, na sa kurso ng ebolusyon ay nagbunga ng katalinuhan. Hindi pa alam ng mga siyentipiko kung gaano kadalas matatagpuan ang mga bituin na napapalibutan ng bilog ng mga planeta sa kalawakan ng kalawakan. Wala silang masasabi kung gaano kadalas.
Pabilog na sayaw ng mga planeta. At ang tanong kung gaano kadalas namumulaklak ang halaman ng buhay sa malago na bulaklak ng katwiran. Ang mga hypotheses na alam natin ngayon na nagbibigay-kahulugan sa lahat ng isyung ito ay higit na katulad ng mga walang batayan na hula. Ngunit ngayon ang agham ay umuunlad na parang avalanche. Kamakailan lamang, walang ideya ang mga siyentipiko kung paano nagsimula ang atin. Ang cosmic microwave background radiation, na natuklasan mga 70 taon na ang nakalilipas, ay naging posible upang maipinta ang larawang iyon. Ngayon, ang sangkatauhan ay walang sapat na mga katotohanan, batay sa kung saan, masasagot nito ang mga tanong na nabuo sa itaas. Ang pagtagos sa outer space, mga pagbisita sa Buwan at iba pang mga planeta ay nagdadala ng mga bagong katotohanan. At ang mga katotohanan ay hindi na sinusundan ng mga hypotheses, ngunit sa pamamagitan ng mahigpit na mga konklusyon. Ang CMB radiation ay nagpapahiwatig ng homogeneity ng Uniberso
Ano pa ang sinabi ng mga relict ray, ang mga saksi sa pagsilang ng ating Uniberso, sa mga siyentipiko? Nalutas ni A. A. Friedman ang isa sa mga equation na ibinigay ni Einstein, at batay sa solusyon na ito natuklasan niya ang pagpapalawak ng Uniberso. Upang malutas ang mga equation ni Einstein, kinakailangan upang itakda ang tinatawag na mga paunang kondisyon. Nagpatuloy si Friedman mula sa pag-aakalang iyon Ang uniberso ay homogenous at isotropic, ibig sabihin na ang sangkap sa loob nito ay pantay na ipinamamahagi. At sa loob ng 5-10 taon na lumipas mula noong natuklasan ni Friedman, ang tanong kung tama ang palagay na ito ay nanatiling bukas. Ngayon ito ay mahalagang inalis. Ang isotropy ng Uniberso ay napatunayan ng kamangha-manghang pagkakapareho ng relict radio emission. Ang pangalawang katotohanan ay nagpapahiwatig ng parehong bagay - ang pamamahagi ng bagay ng Uniberso sa pagitan ng mga Galaxies at intergalactic gas.
Pagkatapos ng lahat, ang intergalactic gas, na bumubuo sa karamihan ng bagay ng Uniberso, ay ipinamamahagi sa kabuuan nito nang pantay-pantay tulad ng relic quanta.. Ang pagtuklas ng cosmic microwave background radiation ay ginagawang posible na tingnan hindi lamang ang napakalayong nakaraan - lampas sa mga limitasyon ng panahon kung kailan wala ang ating Earth, o ang ating Araw, o ang ating Galaxy, o maging ang Uniberso mismo. Tulad ng isang kahanga-hangang teleskopyo na maaaring ituro sa anumang direksyon, ang pagtuklas ng CMB ay nagbibigay-daan sa amin na sumilip sa napakalayong hinaharap. Napakalayo, kapag walang Earth, walang Sun, walang Galaxy. Ang kababalaghan ng paglawak ng Uniberso ay makakatulong dito, kung paano ang mga bumubuo nitong bituin, kalawakan, ulap ng alikabok at gas ay nakakalat sa kalawakan. Walang hanggan ba ang prosesong ito? O ang pagpapalawak ay bumagal, hihinto, at pagkatapos ay magbibigay daan sa compression? At hindi ba ang sunud-sunod na pag-compress at pagpapalawak ng Uniberso ay isang uri ng mga pintig ng bagay, hindi nasisira at walang hanggan? Ang sagot sa mga tanong na ito ay pangunahing nakasalalay sa kung gaano karaming bagay ang nilalaman sa Uniberso. Kung ang kabuuang gravity nito ay sapat na upang mapagtagumpayan ang pagkawalang-galaw ng pagpapalawak, kung gayon ang pagpapalawak ay tiyak na magbibigay daan sa compression, kung saan ang mga Galaxies ay unti-unting magkakalapit. Buweno, kung ang mga puwersa ng gravitational ay hindi sapat upang pabagalin at pagtagumpayan ang pagkawalang-kilos ng pagpapalawak, ang ating Uniberso ay tiyak na mapapahamak: ito ay magwawala sa kalawakan! Ang hinaharap na kapalaran ng ating buong Uniberso! Mayroon bang mas malaking problema? Ang pag-aaral ng cosmic microwave background radiation ay nagbigay ng pagkakataon sa agham na magpose nito. At posibleng malutas ito ng karagdagang pananaliksik. CMB radiation
Ang extragalactic microwave background radiation ay nangyayari sa frequency range mula 500 MHz hanggang 500 GHz, na tumutugma sa mga wavelength mula 60 cm hanggang 0.6 mm. Ang background radiation na ito ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa mga prosesong naganap sa Uniberso bago ang pagbuo ng mga galaxy, quasar at iba pang mga bagay. Ang radiation na ito, na tinatawag na cosmic microwave background radiation, ay natuklasan noong 1965, bagama't hinulaan ito noong 40s ni George Gamow at pinag-aralan ng mga astronomo sa loob ng mga dekada.
Sa lumalawak na Uniberso, ang average na density ng bagay ay nakasalalay sa oras - sa nakaraan ito ay mas mataas. Gayunpaman, sa panahon ng pagpapalawak, hindi lamang ang density, kundi pati na rin ang thermal energy ng substance ay nagbabago, na nangangahulugang sa maagang yugto ng pagpapalawak ang Uniberso ay hindi lamang siksik, ngunit mainit din. Bilang kinahinatnan, sa ating panahon ay dapat magkaroon ng natitirang radiation, ang spectrum nito ay kapareho ng spectrum ng isang ganap na solidong katawan, at ang radiation na ito ay dapat na mataas na isotropic. Noong 1964, sina A.A. Penzias at R. Wilson, na sumusubok sa isang sensitibong antena ng radyo, ay natuklasan ang napakahina na background ng microwave radiation, na hindi nila maalis sa anumang paraan. Ang temperatura nito ay naging 2.73 K, na malapit sa hinulaang halaga. Mula sa mga eksperimento sa isotropy ipinakita na ang pinagmulan ng microwave background radiation ay hindi matatagpuan sa loob ng Galaxy, mula noon ay dapat na obserbahan ang isang konsentrasyon ng radiation patungo sa gitna ng Galaxy. Ang pinagmulan ng radiation ay hindi matatagpuan sa loob ng Solar system, dahil Magkakaroon ng pang-araw-araw na pagkakaiba-iba sa intensity ng radiation. Dahil dito, ginawa ang isang konklusyon tungkol sa extragalactic na katangian ng background radiation na ito. Kaya, ang hypothesis ng isang mainit na Uniberso ay nakatanggap ng isang obserbasyonal na batayan.
Upang maunawaan ang likas na katangian ng cosmic microwave background radiation, kinakailangan na bumaling sa mga proseso na naganap sa mga unang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso. Isaalang-alang natin kung paano nagbago ang mga pisikal na kondisyon sa Uniberso sa panahon ng proseso ng pagpapalawak.
Ngayon, ang bawat cubic centimeter ng espasyo ay naglalaman ng humigit-kumulang 500 relict photon, at mas kaunti ang matter sa bawat volume. Dahil ang ratio ng bilang ng mga photon sa bilang ng mga baryon sa panahon ng pagpapalawak ay pinananatili, ngunit ang enerhiya ng mga photon sa panahon ng pagpapalawak ng Uniberso ay bumababa sa paglipas ng panahon dahil sa red shift, maaari nating tapusin na sa ilang oras sa nakaraan ang enerhiya mas malaki ang density ng radiation kaysa sa density ng enerhiya ng mga particle ng matter. Ang panahong ito ay tinatawag na yugto ng radiation sa ebolusyon ng Uniberso. Ang yugto ng radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakapantay-pantay ng temperatura ng sangkap at radiation. Sa oras na iyon, ganap na tinutukoy ng radiation ang likas na katangian ng pagpapalawak ng Uniberso. Humigit-kumulang isang milyong taon pagkatapos magsimula ang pagpapalawak ng Uniberso, ang temperatura ay bumaba sa ilang libong degree at isang recombination ng mga electron, na dati nang mga libreng particle, ay naganap sa mga proton at helium nuclei, i.e. pagbuo ng mga atomo. Ang Uniberso ay naging transparent sa radiation, at ang radiation na ito na ngayon ay nakita natin at tinatawag na relict radiation. Totoo, mula noong panahong iyon, dahil sa pagpapalawak ng Uniberso, ang mga photon ay nabawasan ang kanilang enerhiya ng halos 100 beses. Sa matalinghagang pagsasalita, ang background ng cosmic microwave ay "nag-imprenta" sa panahon ng recombination at nagdadala ng direktang impormasyon tungkol sa malayong nakaraan.
Pagkatapos ng recombination, nagsimulang mag-evolve ang matter sa unang pagkakataon, anuman ang radiation, at nagsimulang lumitaw ang mga densidad dito - ang mga embryo ng hinaharap na mga kalawakan at ang kanilang mga kumpol. Ito ang dahilan kung bakit ang mga eksperimento upang pag-aralan ang mga katangian ng cosmic microwave background radiation - ang spectrum at spatial fluctuation nito - ay napakahalaga para sa mga siyentipiko. Ang kanilang mga pagsisikap ay hindi walang kabuluhan: noong unang bahagi ng 90s. Ang eksperimento sa espasyo ng Russia na Relikt-2 at ang American Kobe ay natuklasan ang mga pagkakaiba sa temperatura ng cosmic microwave background radiation ng mga kalapit na lugar ng kalangitan, at ang paglihis mula sa average na temperatura ay halos isang libong porsyento lamang. Ang mga pagkakaiba-iba ng temperatura na ito ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa paglihis ng density ng bagay mula sa average na halaga sa panahon ng recombination epoch. Pagkatapos ng recombination, ang bagay sa Uniberso ay ipinamahagi nang halos pantay, at kung saan ang density ay hindi bababa sa bahagyang mas mataas sa average, ang pagkahumaling ay mas malakas. Ito ay mga pagkakaiba-iba ng density na kasunod na humantong sa pagbuo ng mga malalaking istruktura, mga kumpol ng kalawakan at mga indibidwal na kalawakan na naobserbahan sa Uniberso. Ayon sa mga modernong ideya, ang mga unang kalawakan ay dapat na nabuo sa isang panahon na tumutugma sa mga redshift mula 4 hanggang 8.
May pagkakataon bang tumingin pa sa panahon bago ang recombination? Hanggang sa sandali ng recombination, ito ay ang presyon ng electromagnetic radiation na pangunahing lumikha ng gravitational field na nagpabagal sa paglawak ng Uniberso. Sa yugtong ito, nag-iba ang temperatura sa kabaligtaran na proporsyon sa square root ng oras na lumipas mula noong nagsimula ang pagpapalawak. Isaalang-alang natin nang sunud-sunod ang iba't ibang yugto ng pagpapalawak ng sinaunang Uniberso.
Sa temperatura na humigit-kumulang 1013 Kelvin, ang mga pares ng iba't ibang mga particle at antiparticle ay ipinanganak at nilipol sa Uniberso: mga proton, neutron, meson, electron, neutrino, atbp. Nang bumaba ang temperatura sa 5*1012 K, halos lahat ng proton at neutron ay nilipol, nagiging radiation quanta; Tanging ang mga kung saan mayroong "hindi sapat" na mga antiparticle ang nanatili. Ito ay mula sa mga "labis" na mga proton at neutron na pangunahing binubuo ng bagay ng modernong nakikitang Uniberso.
Sa T = 2*1010 K, huminto sa pakikipag-ugnayan ang mga neutrino sa lahat ng bagay - mula sa sandaling iyon ay dapat na nanatili ang isang "relict neutrino background", na maaaring matukoy sa mga eksperimento sa neutrino sa hinaharap.
Ang lahat ng napag-usapan ay nangyari sa napakataas na temperatura sa unang segundo pagkatapos magsimula ang pagpapalawak ng Uniberso. Ilang segundo pagkatapos ng "kapanganakan" ng Uniberso, nagsimula ang panahon ng pangunahing nucleosynthesis, nang nabuo ang nuclei ng deuterium, helium, lithium at beryllium. Tumagal ito ng humigit-kumulang tatlong minuto, at ang pangunahing resulta nito ay ang pagbuo ng helium nuclei (25% ng masa ng lahat ng bagay sa Uniberso). Ang natitirang mga elemento, na mas mabigat kaysa sa helium, ay binubuo ng isang hindi gaanong bahagi ng sangkap - mga 0.01%.
Matapos ang panahon ng nucleosynthesis at bago ang panahon ng recombination (mga 106 na taon), isang tahimik na pagpapalawak at paglamig ng Uniberso ang naganap, at pagkatapos - daan-daang milyong taon pagkatapos ng simula - lumitaw ang mga unang kalawakan at bituin.
Sa nakalipas na mga dekada, ang pag-unlad ng kosmolohiya at elementarya na pisika ng particle ay naging posible upang teoretikal na isaalang-alang ang pinakaunang, "superdense" na panahon ng pagpapalawak ng Uniberso. Lumalabas na sa pinakadulo simula ng pagpapalawak, kapag ang temperatura ay hindi kapani-paniwalang mataas (higit sa 1028 K), ang Uniberso ay maaaring nasa isang espesyal na estado kung saan ito ay lumawak nang may pagbilis, at ang enerhiya sa bawat dami ng yunit ay nanatiling pare-pareho. Ang yugto ng pagpapalawak na ito ay tinatawag na inflationary. Ang ganitong estado ng bagay ay posible sa ilalim ng isang kondisyon - negatibong presyon. Ang yugto ng ultra-mabilis na pagpapalawak ng inflationary ay sumasakop sa isang maliit na yugto ng panahon: natapos ito sa mga 10–36 s. Ito ay pinaniniwalaan na ang tunay na "kapanganakan" ng elementarya na mga particle ng bagay sa anyo kung saan alam natin ang mga ito ngayon ay naganap pagkatapos lamang ng pagtatapos ng yugto ng inflationary at sanhi ng pagkabulok ng hypothetical field. Pagkatapos nito, nagpatuloy ang pagpapalawak ng Uniberso sa pamamagitan ng pagkawalang-galaw.
Sinasagot ng hypothesis ng inflationary universe ang ilang mahahalagang tanong sa kosmolohiya na hanggang kamakailan ay itinuturing na hindi maipaliwanag na mga kabalintunaan, lalo na ang tanong ng dahilan ng paglawak ng uniberso. Kung sa kasaysayan nito ang Uniberso ay talagang dumaan sa isang panahon kung saan nagkaroon ng malaking negatibong presyon, kung gayon ang gravity ay hindi maiiwasang magdulot ng hindi pagkahumaling, ngunit sa isa't isa na pagtanggi ng mga materyal na particle. At ito ay nangangahulugan na ang Uniberso ay nagsimulang lumawak nang mabilis, paputok. Siyempre, ang modelo ng inflationary Universe ay isang hypothesis lamang: kahit na ang isang hindi direktang pagpapatunay ng mga probisyon nito ay nangangailangan ng mga instrumento na hindi pa nagagawa. Gayunpaman, ang ideya ng pinabilis na pagpapalawak ng Uniberso sa pinakamaagang yugto ng ebolusyon nito ay matatag na pumasok sa modernong kosmolohiya.
Sa pagsasalita tungkol sa unang bahagi ng Uniberso, bigla tayong dinala mula sa pinakamalaking cosmic na kaliskis patungo sa rehiyon ng microworld, na inilalarawan ng mga batas ng quantum mechanics. Ang pisika ng elementarya na mga particle at ultra-high energies ay malapit na magkakaugnay sa kosmolohiya sa pisika ng higanteng astronomical system. Ang pinakamalaki at pinakamaliit ay konektado dito sa isa't isa. Ito ang kahanga-hangang kagandahan ng ating mundo, puno ng mga hindi inaasahang koneksyon at malalim na pagkakaisa.
Ang mga pagpapakita ng buhay sa Earth ay lubhang magkakaibang. Ang buhay sa Earth ay kinakatawan ng nuclear at prenuclear, single- at multicellular na nilalang; multicellular, sa turn, ay kinakatawan ng fungi, halaman at hayop. Alinman sa mga kaharian na ito ay pinag-iisa ang iba't ibang uri, klase, order, pamilya, genera, species, populasyon at indibidwal.
Sa lahat ng tila walang katapusang pagkakaiba-iba ng mga nabubuhay na bagay, maraming iba't ibang antas ng organisasyon ng mga nabubuhay na bagay ang maaaring makilala: molekular, cellular, tissue, organ, ontogenetic, populasyon, species, biogeocenotic, biosphere. Ang mga nakalistang antas ay naka-highlight para sa kadalian ng pag-aaral. Kung susubukan nating tukuyin ang mga pangunahing antas, na hindi sumasalamin sa mga antas ng pag-aaral bilang mga antas ng organisasyon ng buhay sa Earth, kung gayon ang pangunahing pamantayan para sa naturang pagkakakilanlan ay dapat na ang pagkakaroon ng mga partikular na elementarya, discrete na istruktura at elementarya na phenomena. Sa diskarteng ito, lumalabas na kinakailangan at sapat upang makilala ang molecular genetic, ontogenetic, populasyon-species at biogeocenotic na antas (N.V. Timofeev-Resovsky at iba pa).
Molecular genetic na antas. Kapag pinag-aaralan ang antas na ito, tila, ang pinakadakilang kalinawan ay nakamit sa kahulugan ng mga pangunahing konsepto, pati na rin sa pagkilala sa mga elementarya na istruktura at phenomena. Ang pag-unlad ng teorya ng chromosomal ng pagmamana, ang pagsusuri ng proseso ng mutation, at ang pag-aaral ng istraktura ng mga chromosome, phages at mga virus ay nagsiwalat ng mga pangunahing tampok ng organisasyon ng elementarya na mga istrukturang genetic at mga kaugnay na phenomena. Ito ay kilala na ang mga pangunahing istruktura sa antas na ito (mga code ng namamana na impormasyon na ipinadala mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon) ay ang DNA na naiba sa haba sa mga elemento ng code - mga triplet ng nitrogenous base na bumubuo ng mga gene.
Ang mga gene sa antas na ito ng organisasyon ng buhay ay kumakatawan sa mga elementarya na yunit. Ang pangunahing elementarya na phenomena na nauugnay sa mga gene ay maaaring ituring na kanilang mga lokal na pagbabago sa istruktura (mutations) at ang paglipat ng impormasyong nakaimbak sa kanila sa mga intracellular control system.
Ang convariant reduplication ay nangyayari ayon sa template na prinsipyo sa pamamagitan ng pagsira sa hydrogen bond ng DNA double helix na may partisipasyon ng enzyme DNA polymerase. Pagkatapos, ang bawat isa sa mga hibla ay bubuo ng isang kaukulang strand, pagkatapos nito ang mga bagong hibla ay magkakaugnay sa isa't isa. Ang prosesong ito ay isinasagawa nang napakabilis. Kaya, ang self-assembly ng Escherichia coli DNA, na binubuo ng humigit-kumulang 40 libong mga pares ng nucleotide, ay nangangailangan lamang ng 100 s. Ang genetic na impormasyon ay inililipat mula sa nucleus ng mga molekula ng mRNA patungo sa cytoplasm patungo sa mga ribosom at doon nakikilahok sa synthesis ng protina. Ang isang protina na naglalaman ng libu-libong amino acid ay na-synthesize sa isang buhay na cell sa loob ng 5-6 minuto, at mas mabilis sa bacteria.
Ang pangunahing mga sistema ng kontrol, kapwa sa panahon ng convariant reduplication at sa panahon ng intracellular information transfer, ay gumagamit ng "prinsipyo ng matrix", i.e. ay mga matrice sa tabi kung saan itinayo ang kaukulang mga tiyak na macromolecules. Sa kasalukuyan, ang code na naka-embed sa istraktura ng mga nucleic acid, na nagsisilbing isang matrix para sa synthesis ng mga tiyak na istruktura ng protina sa mga cell, ay matagumpay na na-decipher. Ang reduplication, batay sa pagkopya ng matrix, ay pinapanatili hindi lamang ang genetic na pamantayan, kundi pati na rin ang mga paglihis mula dito, i.e. mutations (ang batayan ng proseso ng ebolusyon). Ang sapat na tumpak na kaalaman sa antas ng molekular na genetic ay isang kinakailangang kinakailangan para sa isang malinaw na pag-unawa sa mga pangyayari sa buhay na nagaganap sa lahat ng iba pang antas ng organisasyon ng buhay.
Ang cosmic electromagnetic radiation na dumarating sa Earth mula sa lahat ng panig ng kalangitan na may humigit-kumulang sa parehong intensity at may spectrum na katangian ng black body radiation sa temperatura na humigit-kumulang 3 K (3 degrees sa absolute Kelvin scale, na tumutugma sa -270 ° C) . Sa temperaturang ito, ang pangunahing bahagi ng radiation ay nagmumula sa mga radio wave sa hanay ng sentimetro at milimetro. Ang density ng enerhiya ng cosmic microwave background radiation ay 0.25 eV/cm 3 .
Mas gusto ng mga eksperimental na astronomer sa radyo na tawagan ang radiation na ito na "cosmic microwave background" (CMB). Ang mga teoretikal na astrophysicist ay madalas na tinatawag itong "relict radiation" (ang termino ay iminungkahi ng Russian astrophysicist na si I.S. Shklovsky), dahil, sa loob ng balangkas ng pangkalahatang tinatanggap na teorya ng mainit na Uniberso ngayon, ang radiation na ito ay lumitaw sa maagang yugto ng pagpapalawak ng ating mundo, noong ang bagay nito ay halos homogenous at napakainit. Minsan sa siyentipiko at tanyag na literatura ay mahahanap mo rin ang terminong "three-degree cosmic radiation". Sa ibaba ay tatawagin natin itong radiation na "relict radiation".
Ang pagtuklas ng cosmic microwave background radiation noong 1965 ay napakahalaga para sa kosmolohiya; naging isa ito sa pinakamahalagang tagumpay ng natural na agham noong ika-20 siglo. at, siyempre, ang pinakamahalaga para sa kosmolohiya pagkatapos ng pagtuklas ng redshift sa spectra ng mga kalawakan. Ang mahinang relict radiation ay nagdudulot sa atin ng impormasyon tungkol sa mga unang sandali ng pagkakaroon ng ating Uniberso, tungkol sa malayong panahon kung saan ang buong Uniberso ay mainit at walang mga planeta, walang bituin, walang mga kalawakan na umiiral dito. Ang mga detalyadong pagsukat ng radiation na ito ay isinagawa noong mga nakaraang taon gamit ang ground-based, stratospheric at mga obserbatoryo sa kalawakan na itinaas ang kurtina sa misteryo ng mismong pagsilang ng Uniberso.
Teorya ng Hot Universe. Noong 1929, natuklasan ng Amerikanong astronomo na si Edwin Hubble (1889-1953) na ang karamihan sa mga kalawakan ay lumalayo sa atin, at mas mabilis na mas malayo ang kalawakan na matatagpuan (Hubble's law). Ito ay binibigyang kahulugan bilang isang pangkalahatang pagpapalawak ng Uniberso, na nagsimula humigit-kumulang 15 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang tanong ay lumitaw tungkol sa kung ano ang hitsura ng Uniberso sa malayong nakaraan, nang ang mga kalawakan ay nagsimulang lumayo sa isa't isa, at kahit na mas maaga. Kahit na ang mathematical apparatus, batay sa pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein at naglalarawan sa dinamika ng Uniberso, ay nilikha noong 1920s nina Willem de Sitter (1872-1934), Alexander Friedman (1888-1925) at Georges Lemaitre (1894-1966). ), tungkol sa pisikal ay walang nalalaman tungkol sa kalagayan ng Uniberso sa unang panahon ng ebolusyon nito. Hindi man lang tiyak na mayroong isang tiyak na sandali sa kasaysayan ng Uniberso na maaaring ituring na "simula ng paglawak."
Ang pag-unlad ng nuclear physics noong 1940s ay pinahintulutan ang pagbuo ng mga teoretikal na modelo para sa ebolusyon ng Uniberso sa nakaraan, nang ang bagay nito ay pinaniniwalaang naka-compress sa isang mataas na density kung saan posible ang mga reaksyong nuklear. Ang mga modelong ito, una sa lahat, ay dapat na ipaliwanag ang komposisyon ng bagay ng Uniberso, na sa oras na iyon ay nasusukat nang lubos mula sa mga obserbasyon ng spectra ng mga bituin: sa karaniwan, binubuo sila ng 2/3 ng hydrogen at Ang 1/3 ng helium, at lahat ng iba pang elemento ng kemikal na pinagsama-sama ay hindi hihigit sa 2%. Ang kaalaman sa mga katangian ng mga intranuclear na particle - mga proton at neutron - naging posible upang makalkula ang mga pagpipilian para sa simula ng pagpapalawak ng Uniberso, na naiiba sa paunang nilalaman ng mga particle na ito at ang temperatura ng sangkap at ang radiation na nasa thermodynamic equilibrium kasama. Ang bawat isa sa mga pagpipilian ay nagbigay ng sarili nitong komposisyon ng orihinal na sangkap ng Uniberso.
Kung aalisin natin ang mga detalye, kung gayon mayroong dalawang pangunahing magkaibang posibilidad para sa mga kondisyon kung saan naganap ang simula ng pagpapalawak ng Uniberso: ang bagay nito ay maaaring malamig o mainit. Ang mga kahihinatnan ng mga reaksyong nuklear ay sa panimula ay naiiba sa bawat isa. Bagaman ang ideya ng posibilidad ng isang mainit na nakaraan ng Uniberso ay ipinahayag ni Lemaitre sa kanyang mga unang gawa, sa kasaysayan ito ang unang isinasaalang-alang ang posibilidad ng isang malamig na simula noong 1930s.
Sa mga unang pagpapalagay, pinaniniwalaan na ang lahat ng bagay sa Uniberso ay unang umiral sa anyo ng mga malamig na neutron. Nang maglaon ay lumabas na ang palagay na ito ay sumasalungat sa mga obserbasyon. Ang katotohanan ay ang isang neutron sa isang libreng estado ay nabubulok sa average na 15 minuto pagkatapos ng paglitaw nito, na nagiging isang proton, elektron at antineutrino. Sa isang lumalawak na Uniberso, ang mga resultang proton ay magsisimulang magsama sa natitirang mga neutron, na bumubuo sa nuclei ng mga atomo ng deuterium. Dagdag pa, ang isang kadena ng mga reaksyong nuklear ay hahantong sa pagbuo ng nuclei ng mga atomo ng helium. Ang mas kumplikadong atomic nuclei, tulad ng ipinapakita ng mga kalkulasyon, ay halos hindi lumabas sa kasong ito. Bilang resulta, ang lahat ng bagay ay magiging helium. Ang konklusyon na ito ay nasa matalim na pagkakasalungatan sa mga obserbasyon ng mga bituin at interstellar matter. Ang pagkalat ng mga elemento ng kemikal sa kalikasan ay tinatanggihan ang hypothesis na ang pagpapalawak ng bagay ay nagsisimula sa anyo ng mga malamig na neutron.
Noong 1946 sa USA, ang isang "mainit" na bersyon ng mga unang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso ay iminungkahi ng physicist na ipinanganak sa Russia na si Georgy Gamow (1904-1968). Noong 1948, ang gawain ng kanyang mga collaborator, Ralph Alpher at Robert Herman, ay nai-publish, na sinuri ang nuclear reactions sa mainit na bagay sa simula ng cosmological expansion upang makuha ang kasalukuyang sinusunod na mga relasyon sa pagitan ng mga halaga ng iba't ibang mga elemento ng kemikal at kanilang mga isotopes. Sa mga taong iyon, ang pagnanais na ipaliwanag ang pinagmulan ng lahat ng mga elemento ng kemikal sa pamamagitan ng kanilang synthesis sa mga unang sandali ng ebolusyon ng bagay ay natural. Ang katotohanan ay sa oras na iyon ay nagkamali silang tinantya ang oras na lumipas mula noong simula ng pagpapalawak ng Uniberso bilang 2-4 bilyong taon lamang. Ito ay dahil sa overestimated na halaga ng Hubble constant, na nagresulta mula sa astronomical observations sa mga taong iyon.
Ang paghahambing ng edad ng Uniberso sa 2-4 bilyong taon sa pagtatantya ng edad ng Earth - mga 4 bilyong taon - kailangan nating ipagpalagay na ang Earth, Araw at mga bituin ay nabuo mula sa pangunahing bagay na may handa na kemikal na komposisyon. . Ito ay pinaniniwalaan na ang komposisyon na ito ay hindi nagbago nang malaki, dahil ang synthesis ng mga elemento sa mga bituin ay isang mabagal na proseso at walang oras para sa pagpapatupad nito bago ang pagbuo ng Earth at iba pang mga katawan.
Ang kasunod na rebisyon ng extragalactic distance scale ay humantong din sa isang rebisyon ng edad ng Uniberso. Ang teorya ng stellar evolution ay matagumpay na nagpapaliwanag sa pinagmulan ng lahat ng mabibigat na elemento (mas mabigat kaysa sa helium) sa pamamagitan ng kanilang nucleosynthesis sa mga bituin. Hindi na kailangang ipaliwanag ang pinagmulan ng lahat ng elemento, kabilang ang mga mabibigat, sa maagang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso. Gayunpaman, ang kakanyahan ng mainit na hypothesis ng Uniberso ay naging tama.
Sa kabilang banda, ang helium na nilalaman ng mga bituin at interstellar gas ay humigit-kumulang 30% sa masa. Ito ay higit pa sa maaaring ipaliwanag ng mga reaksyong nuklear sa mga bituin. Nangangahulugan ito na ang helium, hindi tulad ng mabibigat na elemento, ay dapat na synthesize sa simula ng pagpapalawak ng Uniberso, ngunit sa parehong oras sa limitadong dami.
Ang pangunahing ideya ng teorya ni Gamow ay tiyak na ang mataas na temperatura ng isang sangkap ay pumipigil sa pagbabago ng lahat ng sangkap sa helium. Sa sandali ng 0.1 segundo pagkatapos ng pagsisimula ng pagpapalawak, ang temperatura ay humigit-kumulang 30 bilyon K. Ang nasabing mainit na bagay ay naglalaman ng maraming mga photon na may mataas na enerhiya. Ang density at enerhiya ng mga photon ay napakataas na ang liwanag ay nakikipag-ugnayan sa liwanag, na humahantong sa paglikha ng mga pares ng electron-positron. Ang paglipol ng mga pares ay maaaring humantong sa paggawa ng mga photon, gayundin sa paglitaw ng mga pares ng neutrino at antineutrino. Sa "seething cauldron" na ito ay mayroong isang ordinaryong sangkap. Sa napakataas na temperatura, hindi maaaring umiral ang kumplikadong atomic nuclei. Sila ay agad na madudurog ng nakapalibot na masiglang mga particle. Samakatuwid, ang mga mabibigat na particle ng bagay ay umiiral sa anyo ng mga neutron at proton. Ang mga pakikipag-ugnayan sa mga energetic na particle ay nagiging sanhi ng mga neutron at proton na mabilis na mag-transform sa isa't isa. Gayunpaman, ang mga reaksyon ng pagsasama-sama ng mga neutron sa mga proton ay hindi nangyayari, dahil ang nagresultang deuterium nucleus ay agad na nasira ng mga particle na may mataas na enerhiya. Kaya, dahil sa mataas na temperatura, ang kadena na humahantong sa pagbuo ng helium ay nasira sa pinakadulo simula.
Tanging kapag ang Uniberso, na lumalawak, ay lumalamig sa temperaturang mas mababa sa isang bilyong kelvin, ang ilang halaga ng nagreresultang deuterium ay nakaimbak na at humahantong sa synthesis ng helium. Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na ang temperatura at density ng isang sangkap ay maaaring iakma upang sa sandaling ito ang proporsyon ng mga neutron sa sangkap ay halos 15% ng masa. Ang mga neutron na ito, na pinagsama sa parehong bilang ng mga proton, ay bumubuo ng mga 30% ng helium. Ang natitirang mga mabibigat na particle ay nanatili sa anyo ng mga proton - ang nuclei ng mga atomo ng hydrogen. Ang mga reaksyong nuklear ay nagtatapos pagkatapos ng unang limang minuto pagkatapos magsimula ang pagpapalawak ng Uniberso. Kasunod nito, habang lumalawak ang Uniberso, bumababa ang temperatura ng bagay at radiation nito. Mula sa mga gawa nina Gamow, Alpher at Herman noong 1948 ay sumunod ito: kung hinuhulaan ng teorya ng mainit na Uniberso ang paglitaw ng 30% helium at 70% hydrogen bilang pangunahing kemikal na elemento ng kalikasan, kung gayon ang modernong Uniberso ay tiyak na mapupuno ng isang nalalabi (“relic”) ng primordial hot radiation, at ang modernong temperatura Ang CMB na ito ay dapat nasa paligid ng 5 K.
Gayunpaman, ang pagsusuri ng iba't ibang mga opsyon para sa simula ng pagpapalawak ng kosmolohiya ay hindi natapos sa hypothesis ni Gamow. Noong unang bahagi ng 1960s, isang mapanlikhang pagtatangka na bumalik sa malamig na bersyon ay ginawa ni Ya.B Zeldovich, na nagmungkahi na ang orihinal na malamig na bagay ay binubuo ng mga proton, electron at neutrino. Tulad ng ipinakita ni Zeldovich, ang gayong halo, sa pagpapalawak, ay nagiging purong hydrogen. Ang helium at iba pang mga kemikal na elemento, ayon sa hypothesis na ito, ay na-synthesize nang maglaon nang nabuo ang mga bituin. Tandaan na sa oras na ito alam na ng mga astronomo na ang Uniberso ay ilang beses na mas matanda kaysa sa Earth at karamihan sa mga bituin sa paligid natin, at ang data sa kasaganaan ng helium sa prestellar matter ay hindi pa rin sigurado sa mga taong iyon.
Tila ang mapagpasyang pagsubok para sa pagpili sa pagitan ng malamig at mainit na mga modelo ng Uniberso ay maaaring ang paghahanap para sa cosmic microwave background radiation. Ngunit sa ilang kadahilanan, sa loob ng maraming taon pagkatapos ng hula ni Gamow at ng kanyang mga kasamahan, walang sinuman ang sinasadyang sinubukang tuklasin ang radiation na ito. Ito ay natuklasan nang hindi sinasadya noong 1965 ng mga radio physicist mula sa American Bell company na sina R. Wilson at A. Penzias, na ginawaran ng Nobel Prize noong 1978.
Sa daan patungo sa pag-detect ng cosmic microwave background radiation. Noong kalagitnaan ng dekada 1960, patuloy na pinag-aralan ng mga astrophysicist ang mainit na modelo ng Uniberso. Ang pagkalkula ng mga inaasahang katangian ng cosmic microwave background radiation ay isinagawa noong 1964 ni A.G. Doroshkevich at I.D. Ngunit ang mga gawaing ito, tulad ng mga naunang gawa ni Gamow at ng kanyang mga kasamahan, ay hindi nakakuha ng pansin. Ngunit nakakumbinsi na nilang ipinakita na ang cosmic microwave background radiation ay maaaring maobserbahan. Sa kabila ng matinding kahinaan ng radiation na ito sa ating panahon, ito, sa kabutihang-palad, ay nasa rehiyong iyon ng electromagnetic spectrum kung saan ang lahat ng iba pang cosmic sources ay karaniwang naglalabas ng mas mahinang radiation. Samakatuwid, ang isang naka-target na paghahanap para sa cosmic microwave background radiation ay dapat na humantong sa pagtuklas nito, ngunit hindi alam ng mga astronomer ng radyo ang tungkol dito.
Ito ang sinabi ni A. Penzias sa kanyang Nobel lecture: “Ang unang nai-publish na pagkilala sa cosmic microwave background radiation bilang isang detectable phenomenon sa hanay ng radyo ay lumabas noong tagsibol ng 1964 sa isang maikling artikulo ni A.G. Doroshkevich at I.D Average na density ng radiation sa Metagalaxy at ilang isyu ng relativistic cosmology. Kahit na ang isang pagsasalin sa Ingles ay lumitaw sa parehong taon, ngunit medyo mamaya, sa malawak na kilalang journal Soviet Physics - Mga Ulat, ang artikulo ay tila hindi nakakaakit ng pansin ng iba pang mga espesyalista sa larangan. Ang kahanga-hangang papel na ito ay hindi lamang naghihinuha sa spectrum ng CMB bilang isang black-body wave phenomenon, ngunit malinaw din na nakatutok sa dalawampu't talampakang horn reflector sa Bell Laboratory sa Crawford Hill bilang ang pinaka-angkop na instrumento para sa pag-detect nito!" (sinipi mula sa: Sharov A.S., Novikov I.D. Ang Lalaking Nakatuklas sa Pagsabog ng Uniberso: Ang Buhay at Gawain ni Edwin Hubble M., 1989).
Sa kasamaang palad, ang artikulong ito ay hindi napansin ng parehong mga teorista at mga tagamasid; hindi nito pinasigla ang paghahanap para sa cosmic microwave background radiation. Ang mga mananalaysay ng agham ay nagtataka pa rin kung bakit sa loob ng maraming taon ay walang sinumang sumubok na sinasadyang maghanap ng radiation mula sa mainit na Uniberso. Ito ay kakaiba na nakalipas na ang pagtuklas na ito - isa sa pinakamalaking sa ika-20 siglo. - Ang mga siyentipiko ay dumaan nang ilang beses nang hindi siya napapansin.
Halimbawa, maaaring natuklasan ang cosmic microwave background radiation noong 1941. Pagkatapos ay sinuri ng Canadian astronomer na si E. McKellar ang mga linya ng pagsipsip na dulot ng mga interstellar cyanogen molecule sa spectrum ng bituin na si Zeta Ophiuchi. Siya ay dumating sa konklusyon na ang mga linyang ito sa nakikitang rehiyon ng spectrum ay maaari lamang lumitaw kapag ang liwanag ay nasisipsip ng umiikot na mga molekula ng cyanogen, at ang kanilang pag-ikot ay dapat na nasasabik ng radiation na may temperatura na humigit-kumulang 2.3 K. Siyempre, walang sinuman ang maaaring magkaroon naisip noon na ang paggulo ng mga antas ng pag-ikot ng mga molekula na ito ay sanhi ng radiation ng background ng cosmic microwave. Pagkatapos lamang ng pagtuklas nito noong 1965 ay nai-publish ang mga gawa ng I.S Shklovsky, J. Field at iba pa, kung saan ipinakita na ang paggulo ng pag-ikot ng mga interstellar cyanogen molecule, ang mga linya na kung saan ay malinaw na sinusunod sa spectra ng maraming mga bituin, ay tiyak na sanhi ng relict radiation.
Isang mas dramatikong kuwento ang naganap noong kalagitnaan ng 1950s. Pagkatapos, ang batang siyentipiko na si T.A. Shmaonov, sa ilalim ng gabay ng mga sikat na astronomo ng radyo ng Sobyet na sina S.E. Khaikin at N.L ginamit pagkalipas ng maraming taon nina Penzias at Wilson. Maingat na pinag-aralan ni Shmaonov ang posibleng pagkagambala. Siyempre, sa oras na iyon ay wala pa siyang mga sensitibong receiver tulad ng nakuha ng mga Amerikano sa kalaunan. Ang mga resulta ng mga sukat ni Shmaonov ay nai-publish noong 1957 sa tesis ng kanyang kandidato at sa journal na "Instruments and Experimental Techniques". Ang konklusyon mula sa mga sukat na ito ay ang mga sumusunod: "Ito ay lumabas na ang ganap na halaga ng epektibong temperatura ng background radio emission... ay katumbas ng 4 ± 3 K." Nabanggit ni Shmaonov ang kalayaan ng intensity ng radiation mula sa direksyon sa kalangitan at mula sa oras. Kahit na ang mga error sa pagsukat ay malaki at hindi na kailangang pag-usapan ang tungkol sa anumang pagiging maaasahan ng numero 4, malinaw na ngayon sa amin na tumpak na sinukat ni Shmaonov ang cosmic microwave background radiation. Sa kasamaang palad, ni siya mismo o ang iba pang mga astronomo sa radyo ay hindi alam ang anumang bagay tungkol sa posibilidad ng pagkakaroon ng cosmic microwave background radiation at hindi nag-attach ng nararapat na kahalagahan sa mga sukat na ito.
Sa wakas, noong mga 1964, sinasadya ng sikat na eksperimental na pisiko mula sa Princeton (USA), si Robert Dicke, ang problemang ito. Bagama't ang kanyang pangangatwiran ay batay sa teorya ng isang "oscillating" na Uniberso, na paulit-ulit na nakakaranas ng pagpapalawak at pag-urong, malinaw na naunawaan ni Dicke ang pangangailangan na maghanap ng cosmic microwave background radiation. Sa kanyang inisyatiba, noong unang bahagi ng 1965, ang batang teorista na si F. J. E. Peebles ay nagsagawa ng mga kinakailangang kalkulasyon, at sinimulan ni P. G. Roll at D. T. Wilkinson ang pagbuo ng isang maliit na mababang-ingay na antena sa bubong ng Palmer Physical Laboratory sa Princeton. Hindi kinakailangang gumamit ng malalaking teleskopyo ng radyo upang maghanap ng background radiation, dahil ang radiation ay nagmumula sa lahat ng direksyon. Walang makukuha sa pagkakaroon ng malaking antenna na nakatutok sa sinag sa mas maliit na bahagi ng kalangitan. Ngunit ang grupo ni Dicke ay walang oras upang gawin ang nakaplanong pagtuklas: nang ang kanilang kagamitan ay handa na, kailangan lamang nilang kumpirmahin ang pagtuklas na hindi sinasadyang ginawa ng iba noong nakaraang araw.
