- Реліктове випромінювання. початок
- Проблема №1, або Ще дещо про Всесвіт
- інфляція Всесвіту
- Квантові флуктуації та Великий вибух
Алена Лепилина
Відкриваємо нову рубрику «Інтелектуальний годину» - для тих, хто любить науку. Ми будемо розповідати про те, як влаштований Всесвіт і які процеси в ній відбуваються, про секрети фізики і астрофізики, математики, статистики, психології та філософії, про штучний інтелект. Якщо ваш розум радіє від слів «знання», «репрезентативність», «чорне тіло», «рівняння», «нетранзитивність» і «кванти» - ця рубрика для вас.
Сьогодні дізнаємося трішки більше про Великий вибух, реліктовому випромінюванні і інфляції, «роздуванні», Всесвіту: лектором буде Джон Гриббин, астрофізик з Великобританії, автор науково-популярної літератури про квантову фізику, еволюції, походження Всесвіту, кліматичні зміни і інших темах, в тому числі недавно вийшла російською мовою книги «13.8. У пошуках справжнього віку Всесвіту і теорії всього » .
Реліктове випромінювання. початок
Першим супутником Землі, запущеним спеціально для вивчення реліктового випромінювання ще в 1983 році, став радянський «РЕЛІКТ-1». Він довів здійсненність подібних місій, але був недостатньо чутливим, щоб підтвердити неоднорідність випромінювання в різних точках неба. А зробити це було необхідно, адже якщо випромінювання дійсно було відгомоном Великого вибуху, воно повинно зберігати сліди коливань ранніх днів Всесвіту, яка розвивалася, породжуючи галактики, які ми бачимо сьогодні.
джерело
Критична щільність, необхідна для площинності Всесвіту, повинна змінюватися з часом (вона неоднакова для різних космічних епох). Рівняння Ейнштейна кажуть нам, що якщо всесвіт народжена з Великого вибуху і її щільність трохи більше необхідної для плоскої моделі, то це відхилення з часом буде зростати, оскільки наявність зайвої матерії стане сповільнювати розширення і підтримувати високу щільність простору.
І навпаки, якщо спочатку щільність всесвіту трохи менше критичної, ця різниця почне збільшуватися в іншу сторону, змушуючи матерію розподілятися все менше і менше щільно. Абсолютна площинність - найменш ймовірна модель з усіх можливих.
Проблема №1, або Ще дещо про Всесвіт
Хоча все і раніше знали про цю проблему, ніхто не надавав їй великого значення до тих пір, поки Роберт Дікке і Джим Піблс, два Прінстонського дослідника, що займалися виявленням реліктового випромінювання в середині 1960-х років, в кінці 1970-х не притягнули до неї увагу вчених.
У спробах пояснити площинність сучасному Всесвіті, раніше дослідники прийшли до висновку, що щільність під час Великого вибуху повинна була складати не більше однієї квадрильйонів (1/10 в 15 ступені) від критичної щільності для того часу. Було очевидно, що цей показник може повідомити нам щось важливе про народження Всесвіту, але ніхто не знав, що саме, - аж до 6 грудня 1979 року.
Алан Гут, американський фізик і космолог, вперше запропонував ідею космічної інфляції, молодий дослідник з Корнельського університету, навесні того ж року був присутній на лекції Дікке про проблему плоскою Всесвіту. Заінтригований цією загадкою світобудови, він весь час тримав її в голові і намагався читати про космології якомога більше.
джерело
Знання про фізику частинок стали ув'язуватися в його голові з космологічними даними, і 6 грудня після обговорення улюбленої теми з приїхали з Гарварда Сідні Коулманом його осінило.
Він розумів, що натрапив на щось дуже важливе. Гут зрозумів, що при створенні Всесвіту в першу частку секунди відбувся процес, званий порушенням симетрії, і в його рамках - фазовий перехід, подібний до того, як пара конденсується в воду і виділяє енергію. Саме потужне виділення енергії запустило процес стрімкого розширення - Гут назвав його інфляцією, буквально «роздуванням», - закінчився великим вибухом . (Інфляцію часто включають в поняття Великого вибуху, але важливо розуміти, що вона передувала йому.)
інфляція Всесвіту
Як це відбувалося? Давайте розглянемо докладніше. В процесі роздування розмір Всесвіту збільшувався по експоненті, подвоюючи кожну 10 в мінус 38 ступені частку секунди, тобто все в спостережуваного нами Всесвіту «надулося» з якогось первинного стану в мільярд разів менше протона до розміру баскетбольного м'яча приблизно за 10 в мінус 30 ступені секунди (при цій швидкості за приблизно такий же термін тенісний м'ячик міг би збільшитися до розмірів видимого космосу). І тільки тоді стався Великий вибух. Цю ідею далі розвинув американець російського походження Андрій Лінде і інші дослідники.
джерело
Ця модель також вирішує і проблему площинності: інфляція уплощает Всесвіт таким же чином, як стає плоскою поверхню надувається кульки або будь-який інший зростаючої сфери. Поверхня тенісного м'ячика, що представляє собою двомірний об'єкт, обгорнутий навколо третього виміру, явно має круглу форму, але якщо ми надуємо його до розмірів видимого Всесвіту і спробуємо дослідити його поверхню, то ніякі вимірювання не зможуть помітити її відхилення від площинності.
Те ж відбувається і з реальною Всесвіту, тільки в трьох, а не в двох вимірах (Така модель також пропонує рішення проблеми горизонту, оскільки далеко рознесені частини Всесвіту виявляються пов'язаними раніше, але розділеними надшвидким розтягуванням простору. Це розтягнення відбувалося в певному сенсі швидше за швидкість світла , але ніщо не може рухатися через простір швидше за світло. Це переконливий доказ існування інфляції виявив Сендідж, а потім воно було підтверджено спостереженнями.)
Саме ж первинне стан в рамках цієї моделі можна пояснити так званої квантової флуктуацией - невеликим спотворенням тканини просторово-часового континууму, яка не встигло зникнути і піддалося інфляції.
Квантові флуктуації та Великий вибух
На довершення всього під час інфляції в зароджується Всесвіту виникають нові квантові флуктуації, які теж піддаються інфляції, залишаючи брижі на структурі матерії, з якої потім відбувається Великий вибух. Ця брижі, часто іменована анізотропією, стає зачатком таких структур, як галактики (точніше, скупчення і надскупчення галактик), і вона повинна була залишити свій слід в реліктовому випромінюванні.
джерело
Ця температура становить приблизно одну стотисячну частину, тобто для температури близько 2,7 К коливання складуть 土 0,00003 К. Якщо ж йти від теорії інфляції, можна передбачити, де саме на небі будуть видні сліди цих «роздутих» квантових флуктуацій. Інфляція повинна була залишити на небосхилі явний відбиток, якщо тільки у нас є досить точні датчики, щоб вловити його. Не дивно, що «РЕЛІКТ-1» (до речі, «РЕЛІКТ-2» так і не був запущений) не зміг зафіксувати ці найтонші відхилення. Але вже у наступного супутника, запущеного для вивчення реліктового випромінювання, були більш чутливі датчики.
Ще більше про дослідженнях Всесвіту, визначенні її віку і реліктовому випромінюванні Джон Гриббин розповідає в своїй книзі: детально і без зайвих спрощень.
PS Якщо ви любите науку, приєднуйтесь до спільнот МІФ.Научпоп в Вконтакте і Фейсбуці . Для них пише Надя Чеботкова, редактор електронних книг міфу: «Я небайдужа до науково-популярній літературі з дитинства та журналу" Техника молодежи ". Матеріали для публікації ми вибираємо, орієнтуючись на свій смак і слух. Так що буде здорово, якщо ви зайдете і вам сподобається ».
За матеріалами книги «13.8. У пошуках справжнього віку Всесвіту і теорії всього »
Обкладинка поста: pexels
