Mionzi ya asili ya ulimwengu. Mionzi ya nyuma

Makala hii iliandikwa na Vladimir Gorunovich kwa tovuti hii na tovuti ya Wikiknowledge.

Mionzi ya CMB(chanzo) au kwa usahihi zaidi mionzi ya asili ya microwave ya cosmic (eng. mionzi ya asili ya microwave) - mionzi ya sumakuumeme ya cosmic haitoki kwenye nyota za Ulimwengu, yenye sifa ya wigo wa mwili mweusi kabisa wenye joto la 2.725 K na kiwango cha juu cha isotropi. Mionzi ya juu hutokea kwa mzunguko wa 160.4 GHz, ambayo inafanana na urefu wa 1.9 mm.

Kuwepo kwa mionzi ya asili ya ulimwengu (relict) ilitabiriwa kinadharia ndani ya mfumo wa nadharia ya Big Bang. Ndani ya mfumo wa dhana hii, inadhaniwa kuwa mionzi ya asili ya microwave ya cosmic imehifadhiwa kutoka hatua za awali za kuwepo kwa Ulimwengu na kuijaza kwa usawa. Pamoja na mabadiliko nyekundu ya ulimwengu, mionzi ya asili ya ulimwengu (relict) inazingatiwa na baadhi ya wanafizikia kama moja ya uthibitisho wa nadharia ya Big Bang.

Hivi sasa, fizikia inadai kuwa asili ya mionzi ya cosmic (relict) ina vyanzo vingine isipokuwa Big Bang. Kwa hivyo, jina la kihistoria la mionzi hii linaonyesha vibaya asili yake na inapotosha. Hii pia inathibitishwa na ukweli kwamba uwepo wa "Big Bang" katika historia ya Ulimwengu sasa unakataliwa na fizikia kama hailingani na maumbile na sheria zake.

Kuwepo kwa mionzi ya asili ya ulimwengu (relict) ilithibitishwa kwa majaribio mnamo 1965.

1 Mionzi ya mandharinyuma ya Ulimwengu na nadharia tete ya Big Bang
2 Usuli mionzi ya ulimwengu na nadharia ya uwanja
3 Background mionzi ya cosmic na electrodynamics classical
4 Background mionzi ya cosmic na sheria ya uhifadhi wa nishati
5 Vyanzo vya asili vya asili ya mionzi ya cosmic
6 Utaratibu wa asili wa malezi ya sehemu kuu ya mionzi ya asili ya cosmic
7 CMB: Muhtasari

1. Usuli wa mionzi ya ulimwengu na nadharia ya Big Bang

Kulingana na nadharia ya Big Bang, Ulimwengu wa mapema ulikuwa plazima moto iliyojumuisha protoni, neutroni, elektroni na fotoni (yaani baryons, moja ya leptoni na fotoni). Inasemekana kuwa, kutokana na athari ya Compton, fotoni ziliingiliana kila mara na chembe nyingine za plasma (protoni, neutroni na elektroni), zikipata migongano ya elastic nazo na kubadilishana nishati. Kwa hivyo, mionzi ilipaswa kuwa katika hali ya usawa wa joto na suala, na wigo wake unapaswa kuendana na wigo wa mwili mweusi kabisa.

Kama upanuzi wa Ulimwengu unavyodhaniwa na nadharia ya Mlipuko Mkubwa, mabadiliko nyekundu ya ulimwengu (kama inavyodhaniwa) yangesababisha plazima kupoa, na katika hatua fulani ingefaa zaidi kwa elektroni kuchanganyika na protoni (viini vya hidrojeni) na chembe za alpha (viini vya heliamu), na kuunda atomi. Utaratibu huu unaitwa recombination. Hii inaweza kutokea kwa joto la plasma la takriban 3000 K na makadirio ya umri wa Ulimwengu wa miaka 400,000. Kuanzia wakati huu na kuendelea, fotoni zinadhaniwa kuwa ziliacha kutawanywa na atomi za sasa zisizo na upande na ziliweza kusonga kwa uhuru angani, kivitendo bila kuingiliana na jambo. Tufe inayozingatiwa inayolingana na wakati fulani inaitwa uso wa mtawanyiko wa mwisho katika nadharia ya Big Bang. Inaaminika kuwa kitu cha mbali zaidi ambacho kinaweza kuzingatiwa katika wigo wa sumakuumeme. Kutokana na upanuzi unaotarajiwa zaidi wa Ulimwengu, joto la mionzi limepungua na sasa ni 2.725 K. (Takwimu zilizochukuliwa kutoka Wikipedia na kurekebishwa kidogo).

Na sasa ukosoaji mdogo kutoka kwa mtazamo wa fizikia.

Neutroni (zilizofichwa nyuma ya maneno "baryoni") ni chembe za msingi zisizo imara na baada ya muda (kama sekunde 1000), kila neutroni itaoza na kuwa protoni, elektroni na antineutrino ya elektroni. Kwa hivyo, "cocktail" hii lazima iwe na protoni, elektroni, picha na antineutrinos za elektroni. Wakati wa kuoza kwa neutroni, antineutrino ya elektroni, kama chembe ya msingi iliyo na misa ndogo ya kupumzika, itachukua sehemu kubwa ya nishati ya kuoza. Halafu, kama matokeo ya migongano katika nafasi ya galaksi na antineutrino nyingine, chembe zote mbili zitaingia katika hali ya msisimko na utoaji unaofuata wa fotoni zenye nishati kidogo - mionzi ya asili ya ulimwengu. Kwa hivyo, kutojua sheria za asili kwa nadharia ya Big Bang haiondoi dhana hii kutoka kwa hatua zao.

Na kutoka kwa protoni na elektroni tu hidrojeni hupatikana. Matokeo yake yanapaswa kuwa Ulimwengu wa hidrojeni, katika mionzi ya "relict" ambayo mistari ya spectral ya hidrojeni inapaswa kuwepo. Hakuna kitu cha kuunda atomi za heliamu kutoka, isipokuwa ukiamua nyota na athari zao za nyuklia. Lakini basi miaka 400,000 iliyotolewa na hypothesis ya kuundwa kwa heliamu na nyota itakuwa wazi haitoshi.

Hakuna mtu ambaye amethibitisha upanuzi wa Ulimwengu - hii ni dhana tu kulingana na tafsiri ya upande mmoja ya mabadiliko nyekundu katika kupendelea athari ya Doppler na kupuuza mwingiliano wa chembe za msingi. Pia ni hadithi ya hadithi kudai kwamba baada ya miaka 400,000, fotoni ziliweza kusonga kwa uhuru angani, kivitendo bila kuingiliana na maada. Hapa walisahau kuhusu antineutrinos, kutokana na kuoza kwa neutroni, na kuhusu mwingiliano wa photon-neutrino, uliopuuzwa na mfano wa kawaida. Pia walisahau kuhusu mwingiliano wa antineutrinos wenyewe. Na hatimaye, fizikia haijapata ushahidi kwamba kulikuwa na Big Bang katika historia ya Ulimwengu.

Sasa kwa nini hii ilitokea, au kwa usahihi zaidi, kwa nini badala ya nadharia ya Big Bang tulipata nadharia potofu.

Katika fizikia, ni muhimu kuwa mwangalifu sana katika kuchagua msingi wa nadharia inayoendelezwa. Baada ya kuweka kielelezo potofu cha kawaida kama msingi wa nadharia inayoendelezwa, waandishi walichukua njia isiyo sahihi na kuunda dhana potofu. Na sio kosa lao kwamba waliamini hotuba za sauti tamu za wafuasi wa mtindo wa kawaida - lakini bahati mbaya yao. Ilibidi kwanza mtu aulize ikiwa modeli ya kawaida ilikuwa na vigezo vingi vya kiholela, muhimu kabisa kwa kuweka data mpya ya majaribio. Na ikiwa unazingatia pia unyanyasaji wa sheria za asili, basi kila kitu kitakuwa wazi. Lakini Fizikia Mpya bado haikuwepo na ilibidi tuchukue tulichokuwa nacho - modeli ya kawaida.

Kwa hivyo, hitilafu katika kuchagua msingi ilisababisha matokeo mabaya. Kwa fizikia yote haya ni dhahiri, lakini labda kwa cosmology ni mpya. Na ikiwa ndivyo, basi kosmolojia italazimika kujifunza kuheshimu sheria za asili na mwalimu mkali anayeitwa "Nature," kama ilivyokuwa kwa fizikia wakati wake. Kweli, ni lazima ieleweke kwamba sehemu ndogo ya fizikia (fizikia ya chembe), yenye uimara unaostahili matumizi bora, inajaribu kudhibiti sheria ya uhifadhi wa nishati kinyume na asili. Na kile kilichotoka kwenye prank hii sasa kinaonekana wazi: "nadharia" za ajabu.

Hivyo, mionzi ya asili ya ulimwengu, inayoitwa kimakosa "mnururisho wa relict", haikuundwa na Big Bang na lazima iwe na vyanzo vingine vya asili. .

2. Background mionzi ya cosmic na nadharia ya shamba

Nadharia ya uwanja wa chembe za msingi, kama moja ya vyanzo vya mionzi ya asili ya ulimwengu, inapendekeza mwingiliano wa neutrinos (antineutrinos), iliyotolewa kwa idadi kubwa na nyota. Kwa kuwa neutrinos, kwa sababu ya wepesi wao uliokithiri (si zaidi ya 0.052 eV), hubeba sehemu kubwa ya nishati ya muunganisho wa nyuklia, husogea kwa kasi ya uhusiano na huacha kwa urahisi sio mfumo wa nyota tu, bali pia gala. Kugongana na neutrinos kutoka kwa nyota zingine katika nafasi ya galaksi, chembe za msingi huenda katika hali ya msisimko. Kisha, baada ya muda fulani, mpito wa neutrino wenye msisimko hadi hali ya chini ya nishati, ukitoa fotoni zenye nishati kidogo. Katika kesi hiyo, utoaji wa photons hutokea katika nafasi ya intergalactic. Kwa hivyo, udanganyifu wa mionzi ya umeme inayoonekana kutoka kwa chochote (ukiukwaji dhahiri wa sheria ya uhifadhi wa nishati) au kutoka zamani za mbali (Big Bang) huundwa.

Chanzo kinachofuata cha mionzi ya nyuma ya cosmic ni mwingiliano wa photon na neutrino. Picha za safu ya mwanga, ultraviolet au infrared, ikigongana na neutrino, huwapa sehemu ndogo, lakini isiyo ya sifuri ya nishati yao. Matokeo yake, kwa upande mmoja, neutrino huenda katika hali ya msisimko na utoaji wa baadae wa quantum ya mionzi ya microwave, na kwa upande mwingine, nishati ya photon ya kugongana hupungua - i.e. mabadiliko nyekundu yanaundwa. Kwa hiyo, utaratibu wa malezi ya redshift ni mojawapo ya vyanzo vya asili ya mionzi ya cosmic.

Chanzo kingine cha mionzi ya asili ya ulimwengu ni athari za kuangamiza za jozi za chembe za msingi - hii ni maangamizi ya jozi ya "neutrino-antineutrino" hapa unaweza pia kuongeza jozi ya "electron-positron".

Hivyo, mionzi ya mandharinyuma ya ulimwengu (relict) lazima ijumuishe mionzi ya sumakuumeme kutoka kwa neutrino zilizosisimka (antiutrinos) , wakati wa mabadiliko yao kwa majimbo yenye nishati ya chini. Leo, fizikia haiwezi kupima wingi wa elektroni na neutrino za muon au nguvu za hali zao za msisimko. Kwa hivyo, fizikia leo haiwezi kusema bila utata ikiwa asili ya mionzi ya ulimwengu (relict) ni matokeo ya migongano ya neutrino, au ikiwa ina viambajengo vingine muhimu.

3. Background mionzi ya cosmic na electrodynamics classical

Electrodynamics ya classical inasema kwamba mionzi yoyote ya umeme, ikiwa ni pamoja na mionzi ya nyuma ya cosmic, inaweza kuundwa tu ikiwa sheria za electromagnetism, pamoja na sheria nyingine za asili, zinafuatwa. Mionzi hii inaweza kuundwa tu na mashamba ya sumakuumeme ya chembe za msingi au misombo yao (atomi, molekuli, ioni, nk). Katika kesi hii, mionzi iliyoundwa itaingiliana na uwanja wa sumakuumeme wa chembe zingine za msingi kila wakati na bila kujali "hatua ya uumbaji wa Ulimwengu." - Ikiwa kuna Ulimwengu, basi, kwa hivyo, kuna sheria za Ulimwengu, pamoja na sheria za sumaku-umeme, kama sehemu muhimu ya Ulimwengu.

Kupoeza kwa plasma katika usawa wa joto kunawezekana tu ikiwa nishati ya kinetic inatumiwa, kwa mfano, juu ya uundaji wa jozi mpya za chembe-antiparticle. Lakini basi, pamoja na jambo, antimatter itaundwa na matokeo yote yanayofuata na majanga ya ulimwengu yajayo. Na upanuzi wa Ulimwengu haupaswi kupitishwa, lakini kuthibitishwa.

Nakala ya Big Bang ilionyesha ukinzani kati ya mienendo ya zamani ya elektroni na nadharia ya Big Bang. Kwa hivyo, mionzi ya asili ya ulimwengu (relict) lazima iwe na vyanzo vya asili isipokuwa Big Bang .

4. Background mionzi ya cosmic na sheria ya uhifadhi wa nishati

Kulingana na sheria ya uhifadhi wa nishati (ambayo inaendelea kufanya kazi kwa maumbile), mionzi ya sumakuumeme (ambayo inajumuisha mionzi ya asili ya ulimwengu) haiwezi kuunda kutoka kwa aina za nishati ambazo hazipo kwa maumbile kama matokeo ya Big Bang ya dhahania, na vile vile. kama matokeo ya mabadiliko ya dhahania ya quantum katika utupu. Background mionzi ya cosmic lazima iwe na vyanzo vya asili , kwa mfano: mwingiliano, athari na mabadiliko ya chembe za msingi (zinazotolewa na nyota).

5. Vyanzo vya asili vya asili ya mionzi ya cosmic

Kwa kuwa fizikia inakataa uwezekano wa Big Bang, mionzi ya asili ya ulimwengu haiwezi kuwa mionzi ya asili ya microwave. Kwa hiyo, asili ya mionzi ya cosmic lazima iwe na vyanzo vya asili.

Kati ya vyanzo vya asili vya mionzi ya asili ya ulimwengu, fizikia inatoa vyanzo vifuatavyo:

mionzi kutoka kwa neutrinos zilizosisimka (zote elektroni na muon),
mmenyuko wa kuangamiza kwa jozi ya elektroni neutrino-antineutrino,
athari za kuoza kwa neutrino ya muon ndani ya elektroni na utoaji wa fotoni (neutrino oscillations),
mionzi kutoka kwa atomi au molekuli ya mtu binafsi;
mionzi kutoka kwa molekuli ya gesi ya neutrino (majimbo yaliyofungwa ya neutrinos kadhaa za elektroni).

Katika kesi hii, neutrino itabadilika kuwa majimbo ya msisimko wote kutoka kwa mgongano na neutrino nyingine, na kutoka kwa kifungu cha picha za safu inayoonekana, ultraviolet, infrared na safu zingine kupitia neutrino, ambayo nishati ya fotoni inazidi thamani ya neutrino. nishati ya msisimko. Kwa hivyo, chanzo cha msisimko wa neutrino pia ni mwanga unaotoka kwenye galaksi za mbali, i.e. redshift.

6. Utaratibu wa asili wa malezi ya sehemu kuu ya mionzi ya microwave ya cosmic (karatasi inaendelea)

Leo, fizikia imeanzisha utaratibu wa asili wa malezi ya sehemu kuu ya mionzi ya microwave ya cosmic na, kwa hiyo, moja ya vyanzo vyake kuu vya asili.

Ili kuelewa hili, hebu tuangalie ramani ya asili ya mionzi ya cosmic (halisi, bila marekebisho ya "relict mionzi"), iliyowekwa mwanzoni mwa makala (juu). Kama tunavyoona, imekatwa katikati na mstari mwekundu wa mlalo, ikionyesha ukweli kwamba mnururisho mkubwa zaidi uliorekodiwa hutoka kwenye galaksi yetu. Kwa hivyo, michakato ya asili inatokea katika galaksi yetu ambayo hutengeneza mionzi ya asili ya ulimwengu. Michakato sawa hutokea katika galaksi nyingine, pamoja na (hafifu zaidi) katika nafasi ya intergalactic.

Sasa hebu tujiulize swali: kama matokeo ya kile mionzi hii inaweza kutokea katika nafasi ya interstellar, au intergalactic. Ili kufanya hivyo, hebu tuzingatie chembe ya msingi "isiyowezekana" na misombo yake ya Masi, ambayo haijasomwa vibaya na fizikia.

Kulingana na nadharia ya uga ya chembe za msingi, neutrino ya elektroni inapaswa kuingiliana na neutrino nyingine za elektroni na sehemu zake za sumakuumeme. Mfano wa nishati ya mwingiliano inayoweza kutokea ya jozi ya neutrino za elektroni zilizolala kwenye ndege moja na mizunguko ya antiparallel inavyoonyeshwa kwenye takwimu.

Takwimu inaonyesha uwepo wa kisima kinachowezekana na kina cha 1.54 × 10 -3 ev na kiwango cha chini kwa umbali wa 8.5 × 10 -5 cm Kama tunavyoona, jozi ya neutrinos ya elektroni inapaswa kuwa na hali iliyofungwa na sifuri ya spin na nishati ya utaratibu wa 0.72 × 10 - 3 ev (thamani sahihi zaidi inaweza kuamua kwa kutumia mechanics ya quantum).

Hali hii iliyofungwa itafanana na molekuli ya hidrojeni yenye tofauti ambayo katika "molekuli" hii (ν e2) neutrinos huingiliana na sehemu zao za sumakuumeme. Kama matokeo ya nishati ya chini sana ya kuunganisha, molekuli ya ν e2 itakuwa thabiti chini ya hali karibu na baridi kabisa na bila migongano na neutrinos nyingine za elektroni na zaidi.

Neutrino za elektroni pia zinaweza kuunda hali ngumu zaidi, zenye nguvu ya juu zaidi, kwa mfano ν e4 (na zingine). Kwa hivyo, aina ya neutrino ya maada lazima iwepo katika Ulimwengu kwa namna ya gesi ya neutrino, inayojumuisha hasa molekuli ν e2, mara chache sana ν e4.

Na gesi hii ya neutrino itaingiliana na nuru zote mbili (kuunda redshift) na neutrino za elektroni zinazotolewa kwa wingi na nyota. Kama matokeo ya mwingiliano huu, misombo ya Masi ya neutrinos ya elektroni huvunjwa katika sehemu. Na wakati wa mchakato wa nyuma - muunganisho wa jozi ya neutrino za elektroni kwenye kiwanja cha Masi, nishati hutolewa kwa njia ya mionzi ya umeme ya microwave na urefu wa wimbi unaolingana na sehemu kuu ya mionzi ya microwave ya cosmic (996). Kwa kuongeza, wakati jozi ya molekuli ν e2 inapoungana na kuwa molekuli ν e4 nishati zaidi hutolewa, ambayo inalingana na eneo la wigo 34 katika takwimu.

Kwa hivyo, mionzi ya asili ya microwave (kimakosa inayoitwa "mionzi iliyobaki") imepoteza asili yake ya kimungu na kupata vyanzo vya asili..

7. CMB: Muhtasari

Usuli wa mionzi ya microwave ya ulimwengu, kihistoria (kimakosa) inayoitwa mionzi ya relict, lazima iwe na vyanzo asilia. . Chanzo kimoja kama hicho ni mwingiliano wa neutrino.

Kwa ujumla, inahitajika kusoma kwa undani wigo mzima wa mionzi ya asili ya ulimwengu (juu ya safu nzima ya masafa, sio tu kwa masafa ya microwave) na kuamua sehemu zake, pamoja na vyanzo vyao vinavyowezekana, na sio kuandika hadithi mpya za kibiblia, sasa. kuhusu uumbaji wa Ulimwengu. Kuna mahali pazuri kwa kila aina ya hadithi za "kisayansi" katika fasihi ya watoto, isipokuwa, bila shaka, mwisho anataka kuwapa punda kama ilivyokuwa hivi karibuni, na fizikia itaendelea kufanya hivyo.

Vladimir Gorunovich

Nyumbani > Hati

USULI MNURU YA ULIMWENGU. Mionzi ya asili (relict radiation) ni mionzi ya cosmic ambayo ina tabia ya wigo wa mwili hata kabisa, kwa joto karibu na Dunia ya Dunia; huamua ukubwa wa mionzi ya nyuma ya Ulimwengu katika safu ya redio ya wimbi fupi (kwa sentimita, millimeter na mawimbi ya submillimeter). Inajulikana na kiwango cha juu cha isotropy (kiwango ni karibu sawa katika pande zote). Kuwepo kwa mionzi ya joto yenye joto la kelvins kadhaa ilitabiriwa mwaka wa 1946 na Geogy Gamow wakati wa kuunda mfano wa Ulimwengu wa moto, na iligunduliwa mwaka wa 1965 na wanaastronomia wa redio Arno Penzias na Robert Wilson (USA). Ugunduzi huo ulitoa ushahidi muhimu zaidi wa majaribio kwa ajili ya wazo la isotropy ya upanuzi wa Ulimwengu na homogeneity yake kwa mizani kubwa. (Neno "mnururisho wa relict" lilianzishwa na mwanaanga wa Kisovieti I.S. Shklovsky (1916-1985).) Kulingana na kielelezo cha Ulimwengu motomoto, jambo la Ulimwengu unaopanuka hapo zamani lilikuwa na msongamano mkubwa zaidi kuliko sasa, na joto la juu sana. Katika
T> 10 8 K plasma ya msingi, yenye protoni, ioni za heliamu na elektroni, inayoendelea kutoa, kutawanya na kunyonya photoni, ilikuwa katika usawa kamili wa thermodynamic na mionzi. Wakati wa upanuzi uliofuata wa Ulimwengu, joto la plasma na mionzi ilishuka. Wakati halijoto ilizidi 4000 K, jambo la msingi lilikuwa ionized kabisa, safu ya fotoni kutoka tukio moja la kutawanya hadi lingine ilikuwa chini sana kuliko upeo wa Ulimwengu. Katika T ≈ 4000 K, protoni na elektroni zimeunganishwa tena, plasma iligeuka kuwa mchanganyiko wa atomi za hidrojeni na heliamu zisizo na upande, na Ulimwengu ukawa wazi kabisa kwa mionzi. Wakati wa upanuzi wake zaidi, joto la mionzi liliendelea kushuka, lakini asili ya mwili mweusi wa mionzi ilihifadhiwa kama mabaki, kama "kumbukumbu" ya kipindi cha mwanzo cha mageuzi ya dunia. Mionzi hii iligunduliwa kwanza kwa wimbi la 7.35 cm, na kisha kwa mawimbi mengine (kutoka 0.6 mm hadi 50 cm). Joto la mionzi ya asili ya microwave (MBR), kwa usahihi wa 10%, iligeuka kuwa 2.7 K. Nishati ya wastani ya picha za mionzi hii ni ya chini sana - mara 3000 chini ya nishati ya fotoni za mwanga zinazoonekana, lakini idadi ya picha za MBR ni kubwa sana. Kwa kila atomi katika Ulimwengu kuna ~ 10 9 fotoni za MPI (kwa wastani 400-500 fotoni kwa 1 cm 3). Pamoja na njia ya moja kwa moja ya kuamua joto la MPI - kutoka kwa curve ya usambazaji wa nishati katika wigo wa mionzi (sheria ya Planck), pia kuna njia isiyo ya moja kwa moja - kutoka kwa wakazi wa viwango vya chini vya nishati ya molekuli katika kati ya nyota. Wakati photon ya MPI inapofyonzwa, molekuli huenda kutoka hali ya chini hadi hali ya msisimko. Kadiri halijoto ya mionzi inavyoongezeka, ndivyo msongamano wa fotoni zenye nishati ya kutosha kusisimua molekuli unavyoongezeka, na ndivyo uwiano wao unavyokuwa katika kiwango cha msisimko. Kwa idadi ya molekuli za msisimko (idadi ya watu wa ngazi) mtu anaweza kuhukumu joto la mionzi ya kusisimua. Kwa hivyo, uchunguzi wa mistari ya ufyonzaji wa macho ya sinia ya nyota (CN) unaonyesha kuwa viwango vyake vya chini vya nishati vimejaa kana kwamba molekuli za CN ziko kwenye uwanja wa mionzi ya digrii tatu ya mwili mweusi. Ukweli huu ulianzishwa (lakini haujaeleweka kikamilifu) nyuma mnamo 1941, muda mrefu kabla ya ugunduzi wa MFI kwa uchunguzi wa moja kwa moja. Wala nyota na galaksi za redio, au gesi ya joto kati ya galaksi, au kutolewa tena kwa mwanga unaoonekana na vumbi la nyota kunaweza kutoa mionzi inayokaribia mali ya IFIs: jumla ya nishati ya mionzi hii ni kubwa sana, na wigo wake haufanani na aidha. wigo wa nyota au wigo wa vyanzo vya redio. Hii, pamoja na kutokuwepo kabisa kwa mabadiliko ya nguvu katika nyanja ya anga, inathibitisha asili ya IFI. Mabadiliko ya bei ya hisa ya MFI. Ugunduzi wa tofauti ndogo katika ukubwa wa MPI iliyopokelewa kutoka sehemu tofauti za ulimwengu wa mbinguni utaturuhusu kupata hitimisho kadhaa juu ya asili ya usumbufu wa kimsingi katika maada, ambayo baadaye ilisababisha kuundwa kwa galaksi na nguzo za gala. Galaksi za kisasa na nguzo zao ziliundwa kama matokeo ya ukuaji wa inhomogeneities isiyo na maana ya amplitude katika msongamano wa jambo ambalo lilikuwepo kabla ya kuunganishwa tena kwa hidrojeni katika Ulimwengu. Kwa mfano wowote wa cosmological, mtu anaweza kupata sheria ya ukuaji wa amplitude ya inhomogeneities wakati wa upanuzi wa Ulimwengu. Ikiwa unajua ni nini amplitudes ya inhomogeneity ya dutu ilikuwa wakati wa kuunganishwa tena, unaweza kujua ni muda gani ilichukua wao kukua na kuwa wa utaratibu wa umoja. Baada ya hayo, maeneo yaliyo na msongamano mkubwa zaidi kuliko wastani yanapaswa kuwa tofauti na msingi wa upanuzi wa jumla na kutoa galaksi na nguzo zao. Mionzi ya relict tu inaweza "kusema" juu ya ukubwa wa inhomogeneities ya wiani wa awali wakati wa kuunganishwa tena. Tangu kabla ya recombination mionzi ilikuwa rigidly pamoja na jambo (elektroni zilizotawanyika photons), inhomogeneities katika usambazaji wa anga wa suala imesababisha inhomogeneities katika wiani nishati ya mionzi, i.e. kwa tofauti ya joto la mionzi katika mikoa ya Ulimwengu ya msongamano tofauti. Wakati, baada ya kuunganishwa tena, jambo hilo liliacha kuingiliana na mionzi na ikawa wazi kwake, IFI ilitakiwa kuhifadhi habari zote kuhusu inhomogeneities ya msongamano katika Ulimwengu wakati wa kipindi cha recombination. Ikiwa inhomogeneities ilikuwepo, basi joto la MPI linapaswa kubadilika na kutegemea mwelekeo wa uchunguzi. Walakini, majaribio ya kugundua mabadiliko yanayotarajiwa bado hayana usahihi wa juu vya kutosha. Wanatoa vikomo vya juu tu kwa maadili ya kushuka kwa thamani. Kwa mizani ndogo ya angular (kutoka dakika moja ya arc hadi digrii sita za arc), kushuka kwa thamani hakuzidi 10 -4 K. Utafutaji wa kushuka kwa IFI pia ni ngumu na ukweli kwamba vyanzo vya redio vya cosmic vya discrete vinachangia mabadiliko ya nyuma, mionzi ya angahewa ya dunia inabadilikabadilika, n.k. Majaribio katika mizani mikubwa ya angular pia yalionyesha kuwa halijoto ya MPI ni kivitendo huru ya mwelekeo wa uchunguzi: kupotoka hakuzidi 3∙10 -3 K. Data iliyopatikana ilifanya iwezekanavyo kupunguza makadirio ya shahada ya anisotropy ya upanuzi wa Ulimwengu kwa mara 100 ikilinganishwa na makisio kutoka kwa uchunguzi wa moja kwa moja wa galaksi "tofauti". IFI ni isotropic tu katika mfumo wa kuratibu unaohusishwa na "kutawanya" galaxies, katika kinachojulikana. kuandamana na mfumo wa kumbukumbu (mfumo huu unapanuka pamoja na Ulimwengu). Katika mfumo mwingine wowote wa kuratibu, ukubwa wa mionzi inategemea mwelekeo. Ukweli huu unafungua uwezekano wa kupima kasi ya Jua kuhusiana na mfumo wa kuratibu unaohusishwa na MFI Hakika, kutokana na athari ya Doppler, photons zinazoenea kuelekea mwangalizi wa kusonga zina nishati ya juu zaidi kuliko wale wanaompata, licha ya kuwa na nguvu. ukweli kwamba katika mfumo unaohusishwa na MFI, nguvu zao ni sawa. Kwa hivyo, hali ya joto ya mionzi kwa mwangalizi kama huyo inageuka kutegemea mwelekeo: T=T 0 (1+ v / c cos θ ), Wapi T 0 - wastani wa joto la mionzi juu ya anga, v- kasi ya mwangalizi, θ - pembe kati ya vekta ya kasi na mwelekeo wa uchunguzi. Anisotropy ya dipole ya mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, inayohusishwa na harakati ya mfumo wa jua kuhusiana na uwanja wa mionzi hii, sasa imeanzishwa kwa uthabiti: kwa mwelekeo wa kundi la nyota Leo, joto la IFI ni 3.5 mK juu kuliko wastani. , na katika mwelekeo kinyume (constellation Aquarius) ni kiasi sawa cha chini wastani Kwa hiyo, Jua (pamoja na Dunia) husogea kuhusiana na IFI kwa kasi ya takriban kilomita 400/s kuelekea kundinyota Leo. Usahihi wa uchunguzi ni wa juu sana hivi kwamba wajaribu hurekodi kasi ya Dunia kuzunguka Jua kama 30 km/s. Kuzingatia kasi ya harakati ya Jua karibu na katikati ya Galaxy inaruhusu mtu kuamua kasi ya harakati ya Galaxy jamaa na IFI. Ni 600 km / s. Wigo wa MFIs. Kielelezo kinaonyesha data iliyopo ya majaribio kwenye MPI na mkondo wa Planck wa usambazaji wa nishati katika wigo wa mionzi ya usawa ya mwili mweusi kabisa wenye joto la ≈ 2.7 K. Nafasi za pointi za majaribio zinakubaliana vizuri na curve ya kinadharia. Hii hutoa usaidizi mkubwa kwa mfano wa Ulimwengu moto. MFI na mionzi ya cosmic. Mionzi ya cosmic (protoni na viini vya nishati ya juu; elektroni za ultra-relativistic ambazo huamua utoaji wa redio ya galaksi zetu na nyingine katika safu ya mita) hubeba habari kuhusu michakato mikubwa ya kulipuka katika nyota na nuclei za galactic, wakati ambapo huzaliwa. Kama ilivyotokea, maisha ya chembe zenye nguvu nyingi kwenye Ulimwengu hutegemea sana fotoni za MPI, ambazo zina nishati kidogo lakini ni nyingi sana - kuna mara bilioni zaidi ya zile za atomi kwenye Ulimwengu (uwiano huu unadumishwa). wakati wa upanuzi wa Ulimwengu). Wakati elektroni za ultrarelativistic kutoka kwenye mionzi ya cosmic zinapogongana na fotoni za IPI, ugawaji upya wa nishati na kasi hutokea. Nishati ya photon huongezeka mara nyingi, na photon ya redio inageuka kuwa photon ya x-ray. mionzi, nishati ya elektroni hubadilika kidogo. Mchakato huu unaporudiwa mara nyingi, elektroni polepole hupoteza nguvu zake zote. Mionzi ya mandharinyuma ya X-ray inayozingatiwa kutoka kwa satelaiti na roketi inaonekana kuwa kwa kiasi fulani kutokana na mchakato huu. Protoni na viini vya juu-nishati pia vinakabiliwa na ushawishi wa picha za MPI: wakati wa kugongana nao, viini vinagawanyika, na migongano na protoni husababisha kuzaliwa kwa chembe mpya (jozi za elektroni-positron, -mesons, nk. ) Matokeo yake, nishati ya protoni hupungua haraka hadi kizingiti, chini ambayo kuzaliwa kwa chembe inakuwa haiwezekani kulingana na sheria za uhifadhi wa nishati na kasi. Ni kwa taratibu hizi kwamba vitendo kutokuwepo katika nafasi mionzi ya chembe na nishati 10-20 eV, pamoja na idadi ndogo ya viini nzito. EXOTIC KIDOGO! Katika mechanics ya quantum, kila chembe au mfumo wa chembe huelezewa na usemi fulani wa hisabati, unaoitwa kazi ya wimbi. Kutafakari kwa kioo husababisha uingizwaji wa kuratibu za anga X, y, z juu ya - X, –y, –z . Ikiwa ishara ya kazi inabadilika kinyume chake, basi usawa wa chembe au mfumo ni -1 (isiyo ya kawaida). Ikiwa kazi hazibadilika, basi usawa ni +1 (hata). Sheria ya uhifadhi wa usawa, iliyoanzishwa kwa mara ya kwanza mnamo 1925, ilisema kwamba usawa wa jumla (bidhaa ya sehemu za chembe zote zinazoshiriki) ni sawa kabla na baada ya mwingiliano. Sheria ilipokea kutambuliwa kwa ulimwengu kwa sababu ya ukweli kwamba ilisababisha matokeo muhimu ya kinadharia na majaribio, na kwa kuongeza, labda pia kwa sababu ilijibu hamu ya wanafizikia kupata ulinganifu sawa katika maumbile. Wengi kwa angavu waliona kuwa asili haikupendelea kulia kuliko kushoto, au kinyume chake. LAKINI!!! Ilibainika kuwa kuna uthibitisho mwingi wa majaribio wa uhifadhi wa usawa katika mwingiliano wenye nguvu na wa kielektroniki, lakini uthibitisho kama huo haupo kabisa katika kesi ya mwingiliano dhaifu. Mvuto ni nguvu dhaifu kiasi kwamba kwa kawaida hupuuzwa katika mwingiliano wa chembe za msingi. Hakuna ripoti yoyote ya wanasayansi iliyothibitisha kanuni ya uhifadhi wa usawa katika mwingiliano dhaifu, ingawa uozo wa chembe za theta na tau kuwa pi mesoni unazijumuisha. Ya na Lee walifikiria haraka jinsi ya kufanya majaribio ambayo yangetoa jibu sahihi kwa swali la ikiwa usawa unahifadhiwa katika mwingiliano dhaifu. Kwa kuwa walikuwa wananadharia, waliacha majaribio kwa wengine. Wa kwanza kuitikia wito wao walikuwa Wu Jianxiong kutoka Chuo Kikuu cha Columbia, pamoja na wanafizikia kutoka Ofisi ya Kitaifa ya Viwango ya Marekani. Mwaka 1956...1957 Baada ya miezi sita ya maandalizi magumu ya jaribio hilo gumu, Wu aliweka kobalti ya mionzi ndani ya sumaku-umeme na kuipoza hadi joto karibu na sifuri kabisa ili kupunguza athari za mwendo wa joto. Cobalt hutoa chembe za beta (elektroni) na neutrinos (chembe zisizochajiwa na uzito wa sifuri). Kwa sababu atomi hufanya kazi kama sumaku ndogo, mielekeo yake ni sambamba na uwanja wa sumakuumeme, ambayo huwapa mwelekeo maalum. Ikiwa usawa ungehifadhiwa wakati wa kuoza kwa mionzi ya cobalt, ambayo ni mwingiliano dhaifu, basi idadi sawa ya elektroni zinazotolewa zingetolewa kwa mwelekeo wa miti ya kaskazini na kusini ya sumaku. Wu aligundua kuwa elektroni zaidi zilitolewa kutoka mwisho wa kusini. Usawa haukuhifadhiwa. Majaribio yaliyofuata ya wanasayansi wengine karibu mara moja yalithibitisha ukiukwaji wa sheria ya uhifadhi wa usawa wakati wa kuoza na mabadiliko ya pi-mesoni kuwa mu-mesoni na mu-mesoni kuwa elektroni na neutrinos (au antineutrinos). Katika mu-mesons na elektroni, asymmetry katika maelekezo ya mbele-nyuma inaonekana. Kwa kukosekana kwa sheria ya usawa, Ya na Lee waliweza kudhani kwamba theta na tau ni chembe moja, yenye uwezo wa aina mbili tofauti za uozo. Ukiukaji wa sheria ya uhifadhi wa usawa ulisababisha maporomoko ya utafiti wa kinadharia na majaribio. Kwa masomo haya mapya, wanasayansi waliweka matumaini yao juu ya kuunda nadharia ya umoja ambayo ingeunganisha aina nne zinazojulikana za mwingiliano, wazo ambalo linahusiana moja kwa moja na jina la Albert Einstein.

Mionzi ya NYUMA YA MICRROWAVE

(relict mionzi) - cosmic. mionzi yenye sifa ya wigo wa mwili mweusi kabisa kwa joto la takriban. 3 K; huamua ukubwa wa mionzi ya nyuma ya Ulimwengu katika safu ya mawimbi ya redio ya sentimita, millimeter na submillimeter. Inajulikana na kiwango cha juu cha isotropy (kiwango ni karibu sawa katika pande zote). Ugunduzi wa M.f. Na. [A. Penzias (A. Penzias), P. Wilson (R. Wilson), 1965] alithibitisha kinachojulikana. nadharia ya ulimwengu moto, alitoa jaribio muhimu zaidi. ushahidi unaounga mkono wazo la isotropy ya upanuzi wa Ulimwengu na homogeneity yake kwa mizani kubwa (tazama. Kosmolojia).

Kulingana na nadharia ya Ulimwengu moto, suala la Ulimwengu unaopanuka hapo zamani lilikuwa na msongamano mkubwa zaidi kuliko sasa na joto la juu sana. Katika T> 10 8 K plasma ya msingi, yenye protoni, ioni za heliamu na elektroni, inayoendelea kutoa, kutawanya na kunyonya photoni, ilikuwa katika hali kamili ya thermodynamic. usawa na mionzi. Wakati wa upanuzi uliofuata wa Ulimwengu, joto la plasma na mionzi ilipungua. Mwingiliano wa chembe na fotoni haukuwa tena na wakati wa kuathiri kwa kiasi kikubwa wigo wa utoaji wakati wa upanuzi wa tabia ( unene wa macho Ulimwengu kwa bremsstrahlung kwa wakati huu ilikuwa imepungua sana kuliko moja). Walakini, hata kwa kutokuwepo kabisa kwa mwingiliano wa mionzi na jambo wakati wa upanuzi wa Ulimwengu, wigo wa mwili mweusi wa mionzi unabaki mwili mweusi, tempo yake tu inapungua. Wakati halijoto-pa ilizidi 4000 K, dutu ya msingi ilikuwa ionized kabisa, anuwai ya fotoni kutoka kwa tukio moja la kutawanyika hadi lingine ilikuwa ndogo sana. upeo wa macho katika Ulimwengu. Katika T< 4000 К произошла рекомбинация протонов и электронов, плазма превратилась в смесь нейтральных атомов водорода и гелия. Вселенная стала полностью прозрачной для излучения. В ходе её дальнейшего расширения темп-pa излучения продолжала падать, но чернотельный характер излучения сохранился как реликт или "память" о раннем периоде эволюции мира. Это излучение было обнаружено сначала на волне 7,35 см, а затем и на др. волнах (от 0,6 мм до 50 см).

Temp-pa M. f. Na. kwa usahihi wa 10% iligeuka kuwa sawa na 2.7 K. Cp. nishati ya fotoni za mionzi hii ni ya chini sana - mara 3000 chini ya nishati ya fotoni za mwanga unaoonekana, lakini idadi ya fotoni ni M. f. Na. kubwa sana. Kwa kila atomi katika Ulimwengu kuna ~ 10 9 M.f. Na. (kwa wastani 400-500 fotoni/cm 3).

Pamoja na njia ya moja kwa moja ya kuamua joto la M.f. i.- kulingana na curve ya usambazaji wa nishati katika wigo wa mionzi ( tazama sheria ya Planck ya mionzi) - pia kuna njia isiyo ya moja kwa moja - kulingana na idadi ya watu hapa chini. viwango vya nishati ya molekuli katika kati ya nyota. Fotoni inapomezwa na M.f. Na. molekuli hutoka kwenye msingi. hali katika hali ya msisimko. Kadiri kiwango cha mionzi inavyoongezeka, ndivyo msongamano wa fotoni zenye nishati ya kutosha kusisimua molekuli unavyoongezeka, na ndivyo uwiano wao unavyokuwa katika kiwango cha msisimko. Kwa idadi ya molekuli za msisimko (idadi ya watu wa ngazi) mtu anaweza kuhukumu joto la mionzi ya kusisimua. Hivyo, uchunguzi wa macho. mistari ya ufyonzaji wa sinia ya nyota (CN) inaonyesha kuwa iko chini. viwango vya nishati vinajaa kana kwamba molekuli za CN ziko katika eneo la mionzi ya digrii tatu ya mwili mweusi. Ukweli huu ulianzishwa (lakini haueleweki kikamilifu) nyuma mnamo 1941, muda mrefu kabla ya ugunduzi wa M. f. Na. uchunguzi wa moja kwa moja.

Wala nyota na galaksi za redio, wala nafasi ya joto kati ya galaksi. gesi, wala kutolewa tena kwa mwanga unaoonekana kwa vumbi la nyota kunaweza kutoa mionzi inayokaribia mali ya M.f. Na.;. jumla ya nishati ya mionzi hii ni ya juu sana, na wigo wake haufanani na wigo wa nyota au wigo wa vyanzo vya redio (Mchoro 1). Hii, pamoja na kutokuwepo kabisa kwa kushuka kwa kiwango cha nguvu katika nyanja ya anga (kushuka kwa kiwango kidogo cha angular), inathibitisha ulimwengu. asili ya asili ya M.f. Na.

Mchele. 1. Wigo wa mionzi ya mandharinyuma ya microwave ya Ulimwengu [kiwango katika erg/(cm 2 *s*sr*Hz)]. Hebu tufanye majaribio. pointi zimepangwa zinaonyesha makosa ya kipimo. Pointi CN, CH inalingana na matokeo ya kuamua kikomo cha juu (kilichoonyeshwa na mshale) wa joto la mionzi kulingana na idadi ya viwango vya molekuli za interstellar zinazofanana.

Kushuka kwa thamani ya M.f. Na. Ugunduzi wa tofauti ndogo katika ukali wa M. f. i., iliyopokelewa kutoka sehemu tofauti za nyanja ya mbinguni, ingeturuhusu kupata hitimisho kadhaa juu ya asili ya usumbufu wa kimsingi katika maada, ambayo baadaye ilisababisha kuundwa kwa galaksi na nguzo za galaksi. Kisasa galaksi na nguzo zao ziliundwa kama matokeo ya ukuaji wa inhomogeneities isiyo na maana ya amplitude katika msongamano wa jambo ambalo lilikuwepo kabla ya kuunganishwa tena kwa hidrojeni katika Ulimwengu (ona Mtini. Mabadiliko ya msingi katika Ulimwengu). Kwa cosmological yoyote mfano, mtu anaweza kupata sheria ya ukuaji wa amplitude ya inhomogeneities wakati wa upanuzi wa Ulimwengu. Ikiwa unajua ni nini amplitudes ya inhomogeneity ya dutu ilikuwa wakati wa kuunganishwa tena, unaweza kujua ni muda gani ilichukua wao kukua na kuwa wa utaratibu wa umoja. Baada ya hayo, maeneo yaliyo na msongamano mkubwa zaidi kuliko wastani yanapaswa kuwa tofauti na msingi wa upanuzi wa jumla na kutoa galaksi na nguzo zao (ona Mtini. Muundo mkubwa wa Ulimwengu). Mionzi ya relict tu inaweza "kusema" juu ya ukubwa wa inhomogeneities ya wiani wa awali wakati wa kuunganishwa tena. Tangu kabla ya recombination mionzi ilikuwa tightly pamoja na jambo (elektroni waliotawanyika photons), inhomogeneities katika usambazaji wa anga wa jambo kuongozwa na inhomogeneities katika mionzi nishati wiani, yaani, kwa tofauti katika joto la mionzi katika mikoa ya Ulimwengu ya wiani tofauti. Wakati, baada ya kuunganishwa tena, dutu hii iliacha kuingiliana na mionzi na ikawa wazi kwake, M.f. Na. inapaswa kuwa imehifadhi habari zote kuhusu inhomogeneities ya msongamano katika Ulimwengu wakati wa kipindi cha kuunganisha tena. Ikiwa inhomogeneities ilikuwepo, basi temp-pa M. f. Na. inapaswa kubadilika na kutegemea mwelekeo wa uchunguzi. Hata hivyo, majaribio ya kugundua mabadiliko yanayotarajiwa bado hayajatoa thamani zinazoweza kupimika. Wanakuwezesha kuonyesha tu juu, mipaka ya maadili ya kushuka kwa thamani. Katika pembe ndogo mizani (kutoka dakika moja ya arc hadi digrii sita za arc), kushuka kwa thamani hakuzidi 10 -4 K. Inatafuta mabadiliko ya M. f. Na. pia ni ngumu na ukweli kwamba vipengele tofauti vya cosmic vinachangia mabadiliko ya nyuma. vyanzo vya redio, mionzi kutoka kwa angahewa ya Dunia hubadilikabadilika, n.k. Majaribio kwa ukubwa y Ch. mizani pia ilionyesha kuwa joto la M. f. Na. kivitendo huru ya mwelekeo wa uchunguzi: kupotoka hakuzidi 4 * 10 -3 K. Data iliyopatikana ilifanya iwezekanavyo kupunguza makadirio ya kiwango cha anisotropy ya upanuzi wa Ulimwengu kwa mara 100 ikilinganishwa na makadirio kutoka kwa uchunguzi wa moja kwa moja. ya galaksi za "kutawanya".

M.f. Na. kama "ether mpya". M.f. Na. isotropiki tu katika mfumo wa kuratibu unaohusishwa na galaksi za "kutawanya", katika kinachojulikana. kuandamana na mfumo wa kumbukumbu (mfumo huu unapanuka pamoja na Ulimwengu). Katika mfumo mwingine wowote wa kuratibu, ukubwa wa mionzi inategemea mwelekeo. Ukweli huu unafungua uwezekano wa kupima kasi ya Jua kuhusiana na mfumo wa kuratibu unaohusishwa na M. f. Na. Kwa kweli, kwa sababu Doppler ya athari picha zinazoenea kwa mwangalizi anayesonga zina nguvu kubwa zaidi kuliko zile zinazompata, licha ya ukweli kwamba katika mfumo unaohusishwa na M. f. i., nguvu zao ni sawa. Kwa hiyo, kiwango cha mionzi kwa mwangalizi vile hugeuka kutegemea mwelekeo: ambapo ni kiwango cha wastani cha mionzi juu ya anga, ni kasi ya mwangalizi, na ni angle kati ya vector kasi na mwelekeo wa uchunguzi.

Mchele. 2. Usambazaji wa mwangaza wa mionzi ya asili ya microwave kwenye nyanja ya mbinguni. Nambari zinaonyesha mkengeuko kutoka kwa wastani wa halijoto ya chinichini ya microwave juu ya duara nzima katika mK.

Anisotropy ya mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, inayohusishwa na mwendo wa mfumo wa jua unaohusiana na uwanja wa mionzi hii, sasa imeanzishwa kwa uthabiti (Mchoro 2); katika mwelekeo wa kundinyota Leo temp-pa M. f. Na. 3.5 * 10 -3 K juu ya wastani, na katika mwelekeo kinyume (constellation Aquarius) kwa kiasi sawa chini ya wastani. Kwa hivyo, Jua (pamoja na Dunia) husogea kulingana na M. f. Na. kwa kasi ya takriban. 400 km/s kuelekea kundinyota Leo. Usahihi wa uchunguzi ni wa juu sana hivi kwamba wajaribu hurekodi kasi ya Dunia kuzunguka Jua kama 30 km/s. Kuzingatia kasi ya harakati ya Jua karibu na katikati ya Galaxy inaruhusu mtu kuamua kasi ya harakati ya Galaxy jamaa na M.f. Na. Ni km/s. Kimsingi, kuna njia ambayo inaruhusu mtu kuamua kasi ya nguzo tajiri za gala inayohusiana na CMB (tazama Mtini. Makundi ya galaksi).

Spectrum M. f. Na. Katika Mtini. 1 inaonyesha majaribio yaliyopo. data kuhusu M.f. Na. na mpangilio wa Planck wa usambazaji wa nishati katika wigo wa mnururisho wa usawa wa mwili mweusi kabisa wenye halijoto ya Majaribio. pointi zinakubaliana vyema na nadharia curve, ambayo inasaidia sana mfano wa Ulimwengu moto.

Kumbuka kuwa katika safu ya mawimbi ya sentimita na decimeter, vipimo vya joto la M.f. Na. iwezekanavyo kutoka kwa uso wa Dunia. Katika millimeter na hasa katika safu za submillimeter, mionzi ya anga inaingilia uchunguzi wa M. f. i., kwa hiyo, vipimo vinafanywa na bolometers za broadband zilizowekwa kwenye baluni (silinda) na makombora. Data ya thamani juu ya wigo wa M. f. Na. katika eneo la millimeter hupatikana kutokana na uchunguzi wa mistari ya kunyonya ya Masi kati ya nyota katika spectra ya nyota moto. Ilibadilika kuwa kuu mchango kwa msongamano wa nishati M. f. Na. hutoa mionzi yenye urefu wa wimbi kutoka 6 hadi 0.6 mm, joto ambalo ni karibu na 3 K. Katika safu hii ya wavelength, wiani wa nishati M. f. i.eV/cm 3 .

Moja ya majaribio ya kuamua kushuka kwa thamani ya M. f. i., vipengele vyake vya dipole na juu, mipaka ya mionzi ya quadrupole ilifanyika kwenye satelaiti "Prognoz-9" (USSR, 1983). Pembe Azimio la vifaa lilikuwa takriban. Tofauti ya joto iliyorekodiwa haikuzidi K.

Wengi wa cosmological nadharia na nadharia za malezi ya galaksi, ambayo huzingatia michakato maangamizi. jambo na antimatter, uharibifu wa maendeleo mtikisiko, harakati za uwezo mkubwa, uvukizi wa msingi mashimo meusi kwa wingi wa chini, kuoza kwa chembe za msingi zisizo imara kunatabiriwa kumaanisha kutolewa kwa nishati katika hatua za awali za upanuzi wa Ulimwengu. Wakati huo huo, kutolewa yoyote ya nishati katika hatua ya joto M. f. Na. iliyotofautiana kutoka 3 · 10 8 K hadi 3 K, inapaswa kuwa imepotosha wigo wake wa mwili mweusi. T. o., wigo M. f. Na. hubeba habari kuhusu historia ya joto ya Ulimwengu. Kwa kuongezea, habari hii inageuka kuwa tofauti: kutolewa kwa nishati katika kila hatua tatu za upanuzi.

Sababu maalum upotoshaji wa wigo. Katika hatua ya kwanza, wigo hupotoshwa zaidi katika eneo la wimbi la muda mrefu, katika pili na ya tatu - katika eneo la mawimbi mafupi. Mchakato wa ujumuishaji wenyewe hutoa mchango wake katika upotoshaji wa wigo katika eneo la HF. Fotoni zinazotolewa wakati wa kuunganishwa tena zina nishati ya takriban. 10 eV, ambayo ni mara kumi zaidi ya wastani. nishati ya fotoni za mionzi ya usawa ya enzi hiyo (saa K). Kuna picha chache sana za nguvu kama hizo (kati ya jumla ya idadi yao). Ndiyo maana kuunganisha upyahakuna mionzi, inayotokea wakati wa uundaji wa atomi za upande wowote inapaswa kuwa imepotosha sana wigo wa M. f. Na. juu ya mawimbi

Jambo la Ulimwengu linaweza kupata joto lingine wakati wa kuunda galaksi. Spectrum M. f. Athari ya Compton). Hasa mabadiliko yenye nguvu hutokea katika kesi hii katika eneo la HF la wigo. Moja ya mikondo inayoonyesha uwezekano wa kuvuruga kwa wigo wa M. f. i., inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 1 (curve iliyopigwa). Mabadiliko yanayopatikana katika wigo wa M. f. Na. ilionyesha kuwa joto la pili la jambo katika Ulimwengu lilitokea baadaye sana kuliko kuunganishwa tena.

photon huongezeka mara nyingi, na photon ya redio inageuka kuwa photon ya x-ray. mionzi, nishati ya elektroni hubadilika kidogo. Mchakato huu unaporudiwa mara nyingi, elektroni polepole hupoteza nguvu zake zote. Kuzingatiwa kutoka kwa satelaiti na roketi za X-ray. mionzi ya nyuma inaonekana kusababishwa kwa sehemu na mchakato huu.

Protoni na viini vya juu vya nishati pia huathiriwa na fotoni za M.f. i.: juu ya migongano nao, viini vinagawanyika, na migongano na protoni husababisha kuzaliwa kwa chembe mpya (jozi za electrope-positron, pions, nk). Matokeo yake, nishati ya protoni hupungua haraka kwa kizingiti, chini ambayo kuzaliwa kwa chembe inakuwa haiwezekani kutokana na sheria za uhifadhi wa nishati na kasi. Ni kwa taratibu hizi kwamba vitendo kutokuwepo katika nafasi miale ya chembe zenye nishati pamoja na idadi ndogo ya viini nzito.

Lit.: Zeldovich Ya. B., "Moto wa Moto" wa Ulimwengu, UFN, 1966, vol. 647; Weinberg S., Dakika tatu za kwanza, trans. kutoka kwa Kiingereza, M., 1981. P. A. Sunyaev.

- 1) mchakato wa msisimko wa mawimbi ya umeme katika mazingira kwa oscillating chembe kushtakiwa; 2) mionzi pia huitwa mawimbi ya sumakuumeme yenyewe katika mchakato wa uenezi wao kwa njia fulani ...
Mwanzo wa Sayansi ya Asili ya Kisasa

Mionzi ya CMB

Mionzi ya asili ya microwave ya ziada hutokea katika masafa kutoka 500 MHz hadi 500 GHz, sambamba na urefu wa mawimbi kutoka 60 cm hadi 0.6 mm. Mionzi hii ya asili hubeba habari juu ya michakato ambayo ilifanyika katika Ulimwengu kabla ya kuunda galaksi, quasars na vitu vingine. Mionzi hii, inayoitwa mionzi ya asili ya microwave ya ulimwengu, iligunduliwa mnamo 1965, ingawa ilitabiriwa nyuma katika miaka ya 40 na George Gamow na imechunguzwa na wanaastronomia kwa miongo kadhaa.

Katika Ulimwengu unaopanuka, msongamano wa wastani wa vitu hutegemea wakati - hapo awali ulikuwa wa juu zaidi. Hata hivyo, wakati wa upanuzi, si tu wiani, lakini pia nishati ya joto ya dutu inabadilika, ambayo ina maana kwamba katika hatua ya awali ya upanuzi Ulimwengu haukuwa tu mnene, bali pia moto. Kama matokeo, katika wakati wetu kunapaswa kuwa na mionzi ya mabaki, wigo ambao ni sawa na wigo wa mwili thabiti kabisa, na mionzi hii inapaswa kuwa isotropic sana. Mnamo 1964, A.A. Penzias na R. Wilson, wakijaribu antenna nyeti ya redio, waligundua mionzi dhaifu ya microwave, ambayo hawakuweza kuiondoa kwa njia yoyote. Joto lake liligeuka kuwa 2.73 K, ambayo ni karibu na thamani iliyotabiriwa. Kutoka kwa majaribio ya isotropi ilionyeshwa kuwa chanzo cha mionzi ya asili ya microwave haiwezi kupatikana ndani ya Galaxy, tangu wakati huo mkusanyiko wa mionzi kuelekea katikati ya Galaxy inapaswa kuzingatiwa. Chanzo cha mionzi haikuweza kupatikana ndani ya mfumo wa jua, kwa sababu Kutakuwa na tofauti ya kila siku katika kiwango cha mionzi. Kwa sababu hii, hitimisho lilifanywa kuhusu asili ya ziada ya mionzi hii ya nyuma. Kwa hivyo, nadharia ya Ulimwengu moto ilipata msingi wa uchunguzi.

Ili kuelewa asili ya mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, ni muhimu kurejea kwenye taratibu zilizofanyika katika hatua za mwanzo za upanuzi wa Ulimwengu. Hebu tuchunguze jinsi hali za kimwili katika Ulimwengu zilibadilika wakati wa mchakato wa upanuzi.

Sasa kila sentimita ya ujazo ya nafasi ina takriban fotoni 500 za relict, na kuna maada kidogo kwa kila ujazo. Kwa kuwa uwiano wa idadi ya fotoni na idadi ya baryons wakati wa upanuzi hudumishwa, lakini nishati ya fotoni wakati wa upanuzi wa Ulimwengu hupungua kwa muda kwa sababu ya mabadiliko nyekundu, tunaweza kuhitimisha kuwa wakati fulani huko nyuma nishati. msongamano wa mionzi ulikuwa mkubwa kuliko msongamano wa nishati wa chembe za maada. Wakati huu unaitwa hatua ya mionzi katika mageuzi ya Ulimwengu. Hatua ya mionzi ilikuwa na sifa ya usawa wa joto la dutu na mionzi. Wakati huo, mionzi iliamua kabisa asili ya upanuzi wa Ulimwengu. Karibu miaka milioni baada ya upanuzi wa Ulimwengu ulianza, joto lilipungua hadi digrii elfu kadhaa na recombination ya elektroni, ambayo hapo awali ilikuwa chembe za bure, ilifanyika na protoni na nuclei ya heliamu, i.e. uundaji wa atomi. Ulimwengu umekuwa wazi kwa mionzi, na ni mionzi hii ambayo sasa tunagundua na kuita mionzi ya relict. Ukweli, tangu wakati huo, kwa sababu ya upanuzi wa Ulimwengu, fotoni zimepunguza nguvu zao kwa karibu mara 100. Kwa kusema kwa njia ya mfano, mandharinyuma ya microwave "ilichapishwa" enzi ya ujumuishaji na kubeba habari za moja kwa moja kuhusu siku za nyuma za mbali.

Baada ya kuunganishwa tena, jambo lilianza kuibuka kwa kujitegemea kwa mara ya kwanza, bila kujali mionzi, na msongamano ulianza kuonekana ndani yake - viini vya galaksi za baadaye na nguzo zao. Ndiyo maana majaribio ya kusoma mali ya mionzi ya asili ya microwave - wigo wake na mabadiliko ya anga - ni muhimu sana kwa wanasayansi. Juhudi zao hazikuwa bure: mwanzoni mwa miaka ya 90. Jaribio la anga la Urusi Relikt-2 na Kobe ya Amerika iligundua tofauti katika hali ya joto ya mionzi ya asili ya microwave ya maeneo ya jirani ya anga, na kupotoka kutoka kwa joto la wastani ni karibu elfu moja ya asilimia. Tofauti hizi za halijoto hubeba taarifa kuhusu mkengeuko wa msongamano wa maada kutoka kwa thamani ya wastani wakati wa enzi ya uchanganyaji upya. Baada ya kuunganishwa tena, maada katika Ulimwengu ilisambazwa karibu sawasawa, na ambapo msongamano ulikuwa angalau juu ya wastani, kivutio kilikuwa na nguvu zaidi. Ilikuwa tofauti za msongamano ambazo baadaye zilisababisha kuundwa kwa miundo mikubwa, makundi ya galaksi na galaksi za kibinafsi zilizozingatiwa katika Ulimwengu. Kulingana na maoni ya kisasa, galaksi za kwanza zinapaswa kuunda katika enzi ambayo inalingana na mabadiliko nyekundu kutoka 4 hadi 8.

Kuna nafasi ya kutazama zaidi enzi kabla ya kuunganishwa tena? Hadi wakati wa kuunganishwa tena, ilikuwa shinikizo la mionzi ya umeme ambayo iliunda uwanja wa mvuto ambao ulipunguza kasi ya upanuzi wa Ulimwengu. Katika hatua hii, halijoto ilitofautiana kwa uwiano kinyume na mzizi wa mraba wa wakati uliopita tangu upanuzi uanze. Hebu tuzingatie mfululizo hatua mbalimbali za upanuzi wa Ulimwengu wa mapema.

Katika joto la takriban 1013 Kelvin, jozi za chembe na antiparticles mbalimbali zilizaliwa na kuangamizwa katika Ulimwengu: protoni, nyutroni, mesoni, elektroni, neutrinos, nk Wakati joto lilipungua hadi 5 * 1012 K, karibu protoni zote na neutroni zilikuwa. kuangamizwa, kugeuka kuwa quanta ya mionzi; Ni zile tu ambazo "hazina chembe za kutosha" zilibaki. Ni kutokana na protoni na neutroni hizi "ziada" ambazo suala la Ulimwengu wa kisasa unaoonekana linajumuisha.

Katika T = 2*1010 K, neutrino zinazopenya zote ziliacha kuingiliana na mada - kutoka wakati huo "msingi wa neutrino" unapaswa kubaki, ambao unaweza kutambuliwa wakati wa majaribio ya neutrino ya baadaye.

Kila kitu ambacho kimejadiliwa hivi punde kilitokea kwa joto la juu sana katika sekunde ya kwanza baada ya upanuzi wa Ulimwengu kuanza. Sekunde chache baada ya "kuzaliwa" kwa Ulimwengu, enzi ya nucleosynthesis ya msingi ilianza, wakati viini vya deuterium, heliamu, lithiamu na beryllium viliundwa. Ilichukua takriban dakika tatu, na matokeo yake kuu yalikuwa kuundwa kwa nuclei ya heliamu (25% ya wingi wa mambo yote katika Ulimwengu). Vipengele vilivyobaki, nzito kuliko heliamu, vilitengeneza sehemu isiyo na maana ya dutu - karibu 0.01%.

Baada ya enzi ya nucleosynthesis na kabla ya enzi ya kuunganishwa tena (karibu miaka 106), upanuzi wa utulivu na baridi ya Ulimwengu ulitokea, na kisha - mamia ya mamilioni ya miaka baada ya mwanzo - galaksi za kwanza na nyota zilionekana.

Katika miongo ya hivi karibuni, maendeleo ya cosmology na fizikia ya msingi ya chembe imefanya iwezekanavyo kuzingatia kinadharia kipindi cha awali cha "superrdense" cha upanuzi wa Ulimwengu. Inabadilika kuwa mwanzoni mwa upanuzi, wakati hali ya joto ilikuwa ya juu sana (zaidi ya 1028 K), Ulimwengu unaweza kuwa katika hali maalum ambayo ilipanua kwa kasi, na nishati kwa kila kitengo ilibaki mara kwa mara. Hatua hii ya upanuzi iliitwa mfumuko wa bei. Hali hiyo ya mambo inawezekana chini ya hali moja - shinikizo hasi. Hatua ya upanuzi wa kasi ya juu wa mfumuko wa bei ilishughulikia kipindi kidogo cha muda: iliisha karibu 10-36 s. Inaaminika kwamba "kuzaliwa" halisi kwa chembe za msingi za suala katika fomu ambayo tunawajua sasa ilitokea tu baada ya mwisho wa hatua ya mfumuko wa bei na ilisababishwa na kuoza kwa uwanja wa dhahania. Baada ya hayo, upanuzi wa Ulimwengu uliendelea na hali.

Nadharia ya mfumuko wa bei ya ulimwengu inajibu maswali kadhaa muhimu katika kosmolojia ambayo hadi hivi majuzi yalizingatiwa kuwa vitendawili visivyoelezeka, haswa swali la sababu ya upanuzi wa ulimwengu. Ikiwa katika historia yake Ulimwengu ulipitia enzi ambayo kulikuwa na shinikizo kubwa hasi, basi nguvu ya uvutano bila shaka ingesababisha sio mvuto, lakini kurudisha nyuma kwa chembe za nyenzo. Na hii ina maana kwamba Ulimwengu ulianza kupanuka haraka, kwa mlipuko. Kwa kweli, mfano wa Ulimwengu wa mfumuko wa bei ni dhana tu: hata uthibitisho wa moja kwa moja wa vifungu vyake unahitaji vyombo ambavyo bado havijaundwa. Walakini, wazo la upanuzi wa kasi wa Ulimwengu katika hatua ya mwanzo ya mageuzi yake imeingia kwa nguvu katika cosmology ya kisasa.

Kuzungumza juu ya Ulimwengu wa mapema, tunasafirishwa ghafla kutoka kwa mizani kubwa zaidi ya ulimwengu hadi eneo la ulimwengu mdogo, ambalo linaelezewa na sheria za mechanics ya quantum. Fizikia ya chembe za msingi na nishati ya hali ya juu imeunganishwa kwa karibu katika kosmolojia na fizikia ya mifumo mikubwa ya unajimu. Kubwa na ndogo zimeunganishwa hapa na kila mmoja. Huu ni uzuri wa kushangaza wa ulimwengu wetu, umejaa miunganisho isiyotarajiwa na umoja wa kina.

Maonyesho ya maisha duniani ni tofauti sana. Uhai Duniani unawakilishwa na viumbe vya nyuklia na prenuclear, single- na multicellular; multicellular, kwa upande wake, inawakilishwa na fungi, mimea na wanyama. Yoyote kati ya falme hizi huunganisha aina mbalimbali, tabaka, maagizo, familia, jenera, spishi, idadi ya watu na watu binafsi.

Katika utofauti wote unaoonekana kutokuwa na mwisho wa viumbe hai, viwango kadhaa tofauti vya shirika la viumbe hai vinaweza kutofautishwa: Masi, seli, tishu, chombo, ontogenetic, idadi ya watu, spishi, biogeocenotic, biosphere. Viwango vilivyoorodheshwa vimeangaziwa kwa urahisi wa kusoma. Ikiwa tutajaribu kutambua viwango kuu, visivyoonyesha viwango vya masomo kama viwango vya shirika la maisha Duniani, basi vigezo kuu vya kitambulisho kama hicho kinapaswa kuwa uwepo wa miundo maalum ya kimsingi, ya kipekee na matukio ya kimsingi. Kwa njia hii, inageuka kuwa muhimu na ya kutosha kutofautisha maumbile ya Masi, ontogenetic, spishi za idadi ya watu na viwango vya biogeocenotic (N.V. Timofeev-Resovsky na wengine).

Kiwango cha maumbile ya molekuli. Wakati wa kusoma kiwango hiki, dhahiri, uwazi mkubwa zaidi ulipatikana katika ufafanuzi wa dhana za kimsingi, na vile vile katika utambuzi wa miundo ya kimsingi na matukio. Ukuzaji wa nadharia ya kromosomu ya urithi, uchambuzi wa mchakato wa mabadiliko, na uchunguzi wa muundo wa chromosomes, phages na virusi ulifunua sifa kuu za shirika la miundo ya msingi ya maumbile na matukio yanayohusiana. Inajulikana kuwa miundo kuu katika kiwango hiki (misimbo ya habari ya urithi inayopitishwa kutoka kizazi hadi kizazi) ni DNA iliyotofautishwa kwa urefu katika vipengele vya kanuni - mara tatu ya besi za nitrojeni zinazounda jeni.

Jeni katika kiwango hiki cha shirika la maisha huwakilisha vitengo vya msingi. Matukio kuu ya kimsingi yanayohusiana na jeni yanaweza kuzingatiwa mabadiliko yao ya kimuundo (mabadiliko) na uhamishaji wa habari iliyohifadhiwa ndani yao kwa mifumo ya udhibiti wa ndani.

Upunguzaji wa kibadilishi hutokea kwa mujibu wa kanuni ya kiolezo kwa kuvunja vifungo vya hidrojeni vya heliksi mbili za DNA kwa ushiriki wa kimeng'enya cha DNA polymerase. Kisha kila moja ya nyuzi hujenga kamba inayofanana, baada ya ambayo nyuzi mpya zimeunganishwa kwa kila mmoja. Utaratibu huu unafanywa haraka sana. Kwa hivyo, mkusanyiko wa kujitegemea wa DNA ya Escherichia coli, inayojumuisha takriban jozi elfu 40 za nucleotide, inahitaji 100 tu. Taarifa za kijeni huhamishwa kutoka kwa kiini na molekuli za mRNA hadi kwenye saitoplazimu hadi ribosomu na huko hushiriki katika usanisi wa protini. Protini iliyo na maelfu ya asidi ya amino huunganishwa katika seli hai katika dakika 5-6, na kwa kasi zaidi katika bakteria.

Mifumo kuu ya udhibiti, wote wakati wa upunguzaji wa convariant na wakati wa uhamisho wa habari wa intracellular, hutumia "kanuni ya matrix", i.e. ni matrices karibu na ambayo macromolecules maalum sambamba hujengwa. Hivi sasa, kanuni iliyopachikwa katika muundo wa asidi nucleic, ambayo hutumika kama tumbo kwa ajili ya usanisi wa miundo maalum ya protini katika seli, inafafanuliwa kwa mafanikio. Kurudia, kwa kuzingatia kuiga matrix, huhifadhi tu kawaida ya maumbile, lakini pia kupotoka kutoka kwake, i.e. mabadiliko (msingi wa mchakato wa mageuzi). Ujuzi sahihi wa kutosha wa kiwango cha maumbile ya molekuli ni sharti muhimu kwa uelewa wazi wa matukio ya maisha yanayotokea katika viwango vingine vyote vya shirika la maisha.