Найден универсальный инструмент изучения Вселенной

Найден универсальный инструмент изучения Вселенной

В конце 60-х годов XX века два советских астрофизика предсказали возможность наблюдения тонкого космологического эффекта, способного стать универсальным инструментом познания Вселенной. Но 40 лет поисков «в лоб» не привели к успеху. И лишь хитрый прием, использованный учеными из Принстона, позволил доказать правоту советских астрономов. Открытием ученые поделились с «Деталями мира».

Две модели
Успех, о котором недавно объявила международная коллаборация из 58 ученых, напрямую связан с открытием, совершенным в астрофизике в середине 60-х годов ХХ века. Тогда в космологии друг с другом конкурировали две теории: модель «горячей»
Вселенной, предложенная ученым Георгием Гамовым и его коллегами, и модель «холодной» Вселенной. «Горячая» модель предполагает, что на ранних этапах расширения для Вселенной была характерна не только высокая плотность материи, но и высокая температура. Состоявшая из протонов, ионов гелия и электронов первичная плазма при температуре в сотни миллионов кельвинов находилась в полном термодинамическом равновесии с излучением. При таком равновесии спектр излучения (зависимость интенсивности от длины волны) становится тепловым (планковским) — примерно так же светят все нагретые до определенной температуры тела. Расширяющаяся Вселенная остывала, и при температуре порядка 4000 кельвинов плазма превратилась в смесь нейтральных атомов водорода и гелия (рекомбинация), из которых позднее образовались первые  

звезды.

Другая модель — «холодной» Вселенной — предполагала, что ее температура на протяжении всей эволюции была близка к современному значению. Главным достоинством гамовской теории была ее предсказательная сила: она предполагала, что по мере остывания Вселенной температура излучения продолжала падать, но его тепловой характер сохранился до наших дней, как реликт, память о самом раннем этапе эволюции мира.

Нобелевское излучение
Экспериментируя в лаборатории фирмы Bell, Пензиас и Вилсон искали источники шума в системе спутниковой связи. При калибровке антенны ока1алось, что прибор имеет избыточную шумовую температуру в 3,5 кельвина, объяснить которую
не удавалось. Последующие исследования показали, что этот шум — микроволновое излучение, которое имеет спектр абсолютно черного тела и характеризуется высокой степенью изотропии (независимостью свойств от выбранного направления). Это излу-
чение обнаружили сначала на волне 7,35 сантиметра, а затем и на других длинах радиоволн (от 0,6 миллиметра до 50  сантиметров). Позднее это фоновое излучение, заполняющее Вселенную, было названо реликтовым. Обнаружение реликтового
фона стало крупнейшим вкладом в современную космологию, подтвердив не только правильность модели горячей Вселен-
ной, но и дав астрономам мощный инструмент изучения ее эволюции. За открытие микроволнового излучения в 1978 году
Пензиас и Вильсон были удостоены Нобелевской премии по физике.