Фоновое излучение. Излучения

Реликтовое излучение – это фоновое микроволновое излучение, одинаковое во всех направления и имеет спектр, характерный для абсолютно черного тела при температуре ~ 2.7 K.

Считается, что по этому излучению можно узнать ответ на вопрос: откуда взялась ? По сути, реликтовое излучение – это то, что осталось от «строительства Вселенной», когда она начала только зарождаться после расширения плотной горячей плазмы. Для того чтобы проще было понять что такое реликтовое излучение сравним его с остатками человеческой деятельности. К примеру, человек изобретает что-то, другие это покупают, употребляют и выбрасывают отходы. Так вот мусор (тот самый результат жизни человека) – это и есть аналог реликтового излучения. По мусору можно узнать все – где человек был в определенный промежуток времени, что он ел, во что был одет, и даже о чем вел беседу. Также и реликтовое излучение. По его свойствам ученые пытаются построить картину момента большого взрыва, что возможно даст ответ на вопрос: как появилась Вселенная? Но все же, законы сохранения энергии создают определенные разногласия о возникновении вселенной, потому что ничто из ниоткуда не берется и никуда не девается. Динамика нашей вселенной – это переходы, смена свойств и состояний. Это можно наблюдать даже на нашей планете. К примеру, шаровая молния появляется в сгустке облака из частиц воды?! Как? Как так может быть? Никто не может объяснить происхождение тех или иных законов. Есть только моменты открытия этих законов, как и история открытия реликтового излучения.

Исторические факты изучения реликтового излучения

Впервые о реликтовом излучении упоминал Георгий Антонович Гамов (Джордж Гамов), когда пытался объяснить теорию большого взрыва. Он предполагал, что некое остаточное излучение заполняет пространство постоянно расширяющейся вселенной. В 1941 году, изучая поглощение одной из звезд скопления змееносца, Эндрю Мак-Келлар заметил спектральные линии поглощения света, которые соответствовали температуре 2,7 к. В 1948 году Георгий Гамов, Ральф Альферт и Роберт Герман установили температуру реликтового излучение в 5 К. Позже Георгий Гамов предположил температуру меньше известной в 3 К. Но это было лишь поверхностное изучение этого, на то время никому не известного факта. В начале 60-х годов Роберт Дикке и Яков Зельдович получили те же результаты, что и Гамов фиксируя волны, интенсивность излучения которых не зависела от времени. Пытливому уму ученых пришлось создать специальный радиотелескоп для более точной регистрации реликтового излучения. В начале 80-х годов с развитием космической промышленности реликтовое излучение стали изучать более тщательно с борта космического аппарата. Удалось установить свойство изотропии реликтового излучения (одинаковые свойства во всех направлениях, к примеру, на север 5 шагов за 10 секунд и на юг 5 шагов будут тоже за 10 секунд). На сегодняшний день продолжаются изучения свойств реликтового изучения и историю его возникновения.

Какими свойствами обладает реликтовое излучение?

Спектр реликтового излучения по данным, полученным с помощью инструмента FIRAS на борту спутника COBE

Спектр реликтового излучения равен 2,75 Кельвина, что аналогично саже охлажденной до такой температуры. Такое вещество всегда поглощает падающее на него излучение (свет), как бы вы на него не воздействовали. Хоть в магнитную катушку засовывайте, хоть ядерную бомбу кидайте, хоть прожектором светите. Такое тело тоже испускает малое излучение. Но это лишь доказывает тот факт, что нет ничего абсолютного. Всегда можно бесконечно долго выводить идеальный закон, добиваться максимума определенного свойства чего-либо, но всегда останется малая доля инерции.

Интересные факты, связанные с исследованием реликтового излучения

Максимальная частота реликтового излучения была зарегистрирована в 160,4 ГГц, что равно 1,9 мм волне. А плотность такого излучения составляет 400-500 фотонов на см 3 . Реликтовое излучение – это самое старое, самое древнее излучение, которое можно наблюдать вообще во вселенной. Каждая частица пролетела 400 000 лет, чтобы достигнуть Земли. Не километров, а лет! По данным наблюдений спутника и математическим расчетам реликтовое излучение как бы стоит на месте, а все галактики и созвездия движутся относительно него с огромной скоростью, порядка сотни километров в секунду. Это как наблюдать в окно движущегося поезда. Температура реликтового излучения в направлении созвездия на 0,1% выше, а в противоположном направлении на 0,1% ниже. Это объясняет движение Солнца в сторону данного созвездия относительно реликтового фона.

Что дает нам изучение реликтового излучения?

Ранняя Вселенная была холодной, очень холодной. Почему Вселенная была такой холодной, и что случилось, когда началось расширение вселенной? Можно предположить, что из-за большого взрыва случился выброс огромного количества сгустков энергии за пределы вселенной, затем Вселенная остыла, почти замерзла, но со временем энергия начала собираться в сгустки снова, и возникла некая реакция, которая и запустила процесс расширения вселенной. Тогда откуда взялась темная материя и взаимодействует ли она с реликтовым излучением? Возможно реликтовое излучение – это результат разложения темной материи, что более логично, чем остаточное излучение большого взрыва. Поскольку темная энергия может являться антиматерией и частицы темной материи, сталкиваясь с частицами материи, образуют в материальном и антиматериальном мире излучение подобно реликтовому. На сегодняшний день это самая свежая, неизученная область науки, в которой можно достичь успехов и запечатлиться в истории науки и общества.

Одна из составляющих общего фона косм. эл. магн. излучения. Р. и. равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответствует тепловому излучению абсолютно чёрного I тела при темп ре ок. 3 К, обнаружено амер. учёными А. Пензиасом и … Физическая энциклопедия

РЕЛИКТОВОЕ излучение, заполняющее Вселенную космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой около 3 К. Наблюдается на волнах от нескольких мм до десятков см, практически изотропно. Происхождение… … Современная энциклопедия

Фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой ок. 3 К. Наблюдается на волнах от нескольких мм до десятков см, практически изотропно. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией … Большой Энциклопедический словарь

реликтовое излучение - Фоновое космическое радиоизлучение, которое образовалось на ранних стадиях развития Вселенной. [ГОСТ 25645.103 84] Тематики условия физические косм. пространства EN relict radiation … Справочник технического переводчика

Фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно чёрного тела с температурой около 3°K. Наблюдается на волнах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, практически изотропно. Происхождение реликтового излучения… … Энциклопедический словарь

Электромагнитное излучение, заполняющее наблюдаемую часть Вселенной (См. Вселенная). Р. и. существовало уже на ранних стадиях расширения Вселенной и играло важную роль в её эволюции; является уникальным источником информации о её прошлом … Большая советская энциклопедия

Реликтовое излучение - (от лат. relicium остаток) космическое электромагнитное излучение, связанное с эволюцией Вселенной, начавшей свое развитие после «большого взрыва»; фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с… … Начала современного естествознания

Фоновое космич. излучение, спектр к рого близок к спектру абсолютно чёрного тела с темп рой ок. 3 К. Наблюдается на волнах от неск. мм до десятков см, практически изотропно. Происхождение Р. и. связывают с эволюцией Вселенной, к рая в прошлом… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Тепловое фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 2,7 К. Происхождение Р. и. связано с эволюцией Вселенной, которая в далёком прошлом имела высокую температуру и плотность излучения… … Астрономический словарь

Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формировани … Википедия

Книги

• Комплект таблиц. Эволюция Вселенной (12 таблиц) , . Учебный альбом из 12 листов. Артикул - 5-8676-012. Астрономические структуры. Закон Хаббла. Модель Фридмана. Периоды эволюции Вселенной. Ранняя Вселенная. Первичный нуклеосинтез. Реликтовое…
• Космология , Стивен Вайнберг. Монументальная монография нобелевского лауреата Стивена Вайнберга обобщает результаты прогресса, достигнутого за последние два десятилетия в современной космологии. Она является уникальной по…

Данная статья была написана Владимиром Горунович для данного сайта и сайта "Викизнание".

Реликтовое излучение (ист.) или более правильно фоновое космическое микроволновое излучение (англ. cosmic microwave background radiation) - космическое электромагнитное излучение приходящее не из звезд Вселенной, со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К и с высокой степенью изотропности. Максимум излучения приходится на частоту 160,4 ГГц, что соответствует длине волны 1,9 мм.

Существование фонового космического (реликтового) излучения было предсказано теоретически в рамках гипотезы Большого взрыва. В рамках данной гипотезы предполагается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Наряду с космологическим красным смещением, фоновое космическое (реликтовое) излучение рассматривается частью физиков как одно из подтверждений гипотезы Большого взрыва.

В настоящее время физика утверждает о наличии у фонового космического (реликтового) излучения других источников, отличных от Большого взрыва. Поэтому историческое название данного излучения неправильно отражает его природу и вводит в заблуждение. Об этом говорит также тот факт, что само существование "Большого взрыва" в истории Вселенной теперь физикой отвергается, как не соответствующее природе и ее законам.

Экспериментально существование фонового космического (реликтового) излучения было подтверждено в 1965 году.

• 1 Фоновое космическое излучение и гипотеза Большого взрыва
• 2 Фоновое космическое излучение и полевая теория
• 3 Фоновое космическое излучение и классическая электродинамика
• 4 Фоновое космическое излучение и закон сохранения энергии
• 5 Природные источники фонового космического излучения
• 6 Природный механизм образования основной компоненты фонового космического излучения
• 7 Реликтовое излучение: Итог

1. Фоновое космическое излучение и гипотеза Большого взрыва

Согласно гипотезе Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из протонов, нейтронов, электронов и фотонов (т.е. из барионов, одного из лептонов и фотонов). Утверждается, что благодаря эффекту Комптона фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы (протонами, нейтронами и электронами), испытывая с ними упругие столкновения и обмениваясь энергией. Таким образом, излучение должно было находиться в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовать спектру абсолютно чёрного тела.

По мере предполагаемого гипотезой Большого взрыва расширения Вселенной, космологическое красное смещение (как предполагается) должно было вызывать остывание плазмы, и на определённом этапе для электронов должно было стать энергетически предпочтительней, соединиться с протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), и сформировать атомы. Этот процесс называется рекомбинацией. Это могло случиться при температуре плазмы около 3000 К и предполагаемом примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. С этого момента фотоны, как предполагается, перестали рассеиваться теперь уже нейтральными атомами и смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, в гипотезе Большого взрыва называется поверхностью последнего рассеяния. Предполагается, что это - самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре. В результате дальнейшего предполагаемого расширения Вселенной температура излучения снизилась и сейчас составляет 2,725 К. (Данные взяты из Википедии и немного доработаны).

А теперь немного критики с точки зрения физики.

Нейтроны (скрываемые за формулировкой "барионы") являются нестабильными элементарными частицами и по истечении времени (порядка 1000 секунд), каждый нейтрон распадется на протон, электрон и электронное антинейтрино. Таким образом, этот "коктейль" должен состоять из протонов, электронов, фотонов и электронных антинейтрино. В процессе распада нейтрона электронное антинейтрино, как элементарная частица, обладающая наименьшей массой покоя, заберет значительную часть энергии распада. Потом в результате столкновений в межгалактическом пространстве с другим антинейтрино обе частицы перейдут в возбужденные состояния с последующем излучением низко энергетических фотонов - фонового космического излучения. Так незнание гипотезой Большого взрыва законов природы не освобождает данную гипотезу от их действия.

А из протонов и электронов получается - только водород. В итоге должна получиться водородная Вселенная, в "реликтовом" излучении которой должны присутствовать спектральные линии водорода. Атомам гелия создаться не из чего, если не прибегать к звездам и их термоядерным реакциям. Но тогда 400 000 лет отведенных гипотезой для образования звездами гелия окажется явно недостаточно.

Расширение Вселенной никто не доказал - это всего лишь предположение, основанное на одностороннем толковании красного смещения в пользу эффекта Доплера и игнорировании взаимодействий элементарных частиц. Также является сказкой утверждение о том, что через 400 000 лет фотоны смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Тут забыли об антинейтрино, получившихся в результате распада нейтронов, и о фотон-нейтринных взаимодействиях, игнорируемых стандартной моделью. Также забыли о взаимодействиях самих антинейтрино. И, наконец, физика не нашла доказательств того, что в истории Вселенной был Большой взрыв.

Теперь почему так получилось, или точнее, почему вместо теории Большого взрыва получилась ошибочная гипотеза.

В физике необходимо быть предельно осторожным в выборе фундамента разрабатываемой теории. Заложив в фундамент разрабатываемой теории ошибочную стандартную модель, авторы пошли по неверному пути и создали ошибочную гипотезу. И в этом не их вина, что поверили сладкоголосым речам сторонников стандартной модели - а их беда. Надо было сначала задаться вопросом: а не слишком ли много у стандартной модели произвольных параметров великолепно используемых для подгонки под новые экспериментальные данные. А если еще обратить внимание на манипулирование законами природы - то все станет ясным. Но Новой физики тогда еще не было и пришлось брать то, что было - стандартную модель.

Так ошибка в выборе фундамента закономерно привела к ошибочному результату. Для физики все это очевидно, но возможно для космологии это в новинку. И если так - то космологии предстоит пройти курс обучения уважению законов природы со строгим учителем под названием "Природа", как это в свое время было с физикой. Правда надо отметить, что небольшая часть физики (физика элементарных частиц) с упорством, достойным лучшего применения, пытается управлять законом сохранения энергии вопреки природе. А что из этой шалости получилось - теперь хорошо видно: сказочные "теории".

Таким образом, фоновое космическое излучение, называемое по ошибке "реликтовым", не было создано Большим взрывом и у него должны быть в природе иные источники .

2. Фоновое космическое излучение и полевая теория

Полевая теория элементарных частиц в качестве одного из источников фонового космического излучения предлагает взаимодействия нейтрино (антинейтрино), в гигантских количествах испускаемых звездами. Поскольку нейтрино благодаря ее чрезвычайной легкости (не более 0,052эВ) уносится существенная часть энергии термоядерного синтеза, то они движутся с релятивистскими скоростями и с легкостью покидают не только систему звезды, но и галактику. Сталкиваясь в межгалактическом пространстве с нейтрино от других звезд, элементарные частицы переходят в возбужденные состояния. Затем по истечении определенного времени возбужденные нейтрино переходят в состояния с меньшей энергией с испусканием низко энергетических фотонов. При этом излучение фотонов происходит в межгалактическом пространстве. Таким образом, создается иллюзия появления электромагнитного излучения из ничего (кажущееся нарушение закона сохранения энергии) или из далекого прошлого (Большой взрыв).

Следующим источником фонового космического излучения является взаимодействие фотона с нейтрино. Фотоны светового, ультрафиолетового или инфракрасного диапазона, столкнувшись с нейтрино, отдают ему малую, но отличную от нуля часть своей энергии. Вследствие этого с одной стороны нейтрино переходит в возбужденное состояние с последующим испусканием кванта микроволнового излучения, а с другой стороны падает энергия сталкивающегося фотона - т.е. создается красное смещение. Следовательно, механизм образования красного смещения является одним из источников фонового космического излучения.

Еще одним источником фонового космического излучения являются реакции аннигиляции пар элементарных частиц - это аннигиляция пары "нейтрино-антинейтрино", сюда можно также добавить пару "электрон-позитрон".

Таким образом, фоновое космическое (реликтовое) излучение должно включать в себя электромагнитное излучение возбужденных нейтрино (антинейтрино) , при их переходах в состояния с меньшей энергией. Сегодня физика не в состоянии измерить ни массу покоя электронного и мюонного нейтрино, ни энергии их возбужденных состояний. Поэтому физика сегодня не может однозначно сказать является ли фоновое космическое (реликтовое) излучение в основном результатом столкновений нейтрино, или у него есть еще иные существенные компоненты.

3. Фоновое космическое излучение и классическая электродинамика

Классическая электродинамика утверждает, что любое электромагнитное излучение, в том числе и фоновое космическое излучение, может быть создано только при условии обязательного выполнения законов электромагнетизма, а также других законов природы. Это излучение может быть создано только электромагнитными полями элементарных частиц, или их соединений (атомами, молекулами, ионами и др.). При этом созданное излучение будет взаимодействовать с электромагнитными полями других элементарных частиц всегда и независимо от "стадии создания Вселенной". - Если есть Вселенная то, следовательно, существуют и законы Вселенной, в том числе и законы электромагнетизма, как неотъемлемая часть Вселенной.

Остывание плазмы, находящейся в тепловом равновесии, возможно лишь в том случае если кинетическая энергия будет расходоваться, например, на образование новых пар "частица-античастица". Но тогда вместе с веществом будет создаваться и антивещество со всеми вытекающими отсюда последствиями и будущими вселенскими катаклизмами. А расширение Вселенной необходимо не постулировать, а доказать.

В статье Большой взрыв были показаны противоречия классической электродинамики и гипотезы Большого взрыва. Следовательно, фоновое космическое (реликтовое) излучение должно иметь природные источники, отличные от Большого взрыва .

4. Фоновое космическое излучение и закон сохранения энергии

Согласно закону сохранения энергии (продолжающему действовать в природе) электромагнитное излучение (к которым относится и фоновое космическое излучение) не может быть создано из не существующих в природе форм энергии в результате гипотетического Большого взрыва, а также в результате гипотетических квантовых флуктуаций в вакууме. У фонового космического излучения должны быть природные источники , например: взаимодействия, реакции и превращения элементарных частиц (излучаемых звездами).

5. Природные источники фонового космического излучения

Поскольку физикой отвергается возможность Большого взрыва, то фоновое космическое излучение не может быть реликтовым излучением. Следовательно, у фонового космического излучения должны быть природные источники.

К числу возможных природных источников фонового космического излучения физика предлагает следующие источники:

• излучения возбужденных нейтрино (как электронных, так и мюонных),
• реакция аннигиляции пары электронных нейтрино-антинейтрино,
• реакции распада мюонного нейтрино в электронное с испусканием фотонов (нейтринные осцилляции),
• излучения отдельных атомов или молекул,
• излучения молекул нейтринного газа (связанных состояний из нескольких электронных нейтрино).

При этом нейтрино будет переходить в возбужденные состояния как от столкновения с другим нейтрино, так и от прохождение через нейтрино фотонов видимого, ультрафиолетового, инфракрасного и других диапазонов, для которых энергия фотона превосходит величину энергии возбуждения нейтрино. Тем самым источником возбуждения нейтрино является и свет, идущий от удаленных галактик, т.е. красное смещение.

6. Природный механизм образования основной компоненты фонового космического микроволнового излучения (статья в разработке)

Сегодня физика установила природный механизм образования основной компоненты фонового космического микроволнового излучения и, следовательно, один из его основных природных источников.

Для того, чтобы понять это, посмотрим на карту фонового космического излучения (подлинную, без подгонки под "реликтовое излучение"), помещенную в начале статьи (в верху). Как видим, ее рассекает пополам красная горизонтальная полоса, отражающая тот факт, что наибольшее регистрируемое излучение исходит из нашей галактики. Следовательно, в нашей галактике идут природные процессы, создающие фоновое космическое излучение. Аналогичные процессы идут и в других галактиках, а также (более слабо) в межгалактическом пространстве.

А теперь зададимся вопросом: в результате чего в межзвездном, или межгалактическом пространстве, может возникнуть данное излучение. Для этого обратим внимание на, плохо изученную физикой "неуловимую" элементарную частицу и ее молекулярные соединения.

Согласно полевой теории элементарных частиц электронное нейтрино должно взаимодействовать с другими электронными нейтрино своими электромагнитными полями. Пример потенциальной энергии взаимодействия пары электронных нейтрино лежащих в одной плоскости с антипараллельными спинами приведен на рисунке.

Из рисунка видно наличие потенциальной ямы глубиной 1,54×10 -3 ev с минимумом на расстоянии 8,5×10 -5 см. Как видим, пара электронных нейтрино должна обладать связанным состоянием с нулевым спином с энергией порядка 0,72×10 -3 ev (более точную величину можно определить с помощью квантовой механики).

Это связанное состояние будет напоминать молекулу водорода с той разницей, что в данной «молекуле» (ν e2) нейтрино взаимодействуют своими электромагнитными полями. В результате крайне малой величины энергии связи молекула ν e2 будет устойчивой в условиях близких к абсолютному холоду и при отсутствии столкновений с другими электронными нейтрино и не только.

Электронные нейтрино могут образовывать и более сложные связанные состояния, с большей величиной энергии связи, например ν e4 (и др.). В результате во Вселенной должна существовать нейтринная форма материи в виде нейтринного газа, состоящего в основном из молекул ν e2 , значительно реже ν e4 .

И этот нейтринный газ будет взаимодействовать как со светом (создавая красное смещение), так и с электронными нейтрино, излучаемыми в огромных количествах звездами. В результате такого взаимодействия молекулярные соединения электронных нейтрино разбиваются на части. А при обратном процессе - слиянии пары электронных нейтрино в молекулярное соединение, происходит выделение энергии в виде микроволнового электромагнитного излучения с длиной волны, соответствующей основной компоненте фонового космического микроволнового излучения (996). Кроме того, при слиянии пары молекул ν e2 в молекулу ν e4 происходит выделение еще больше энергии, что соответствует участку спектра 34 на рисунке.

Таким образом, фоновое космическое микроволновое излучение (по ошибке называемое "реликтовым излучением") потеряло свое божественное происхождение и обрело природные источники .

7. Реликтовое излучение: Итог

У фонового космического микроволнового излучения, исторически (по ошибке) называемого реликтовым должны быть природные источники . К одному из таких источников относятся взаимодействия нейтрино.

В целом необходимо подробно исследовать весь спектр фонового космического излучения (во всем диапазоне частот, не ограничиваясь микроволновыми частотами) и определить его составляющие, а также их возможные источники, а не заниматься сочинительством новых библейских сказок теперь уже о сотворении Вселенной. Для всяких "научных" сказок есть прекрасное место в детской литературе, если конечно последняя не захочет дать им пинка под зад как это сделала недавно, и будет продолжать делать физика.

Владимир Горунович

МИКРОВОЛНОВОЕ ФОНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

(реликтовое излучение) - космич. излучение, имеющее спектр, характерный для абсолютно чёрного тела при темп-ре ок. 3 К; определяет интенсивность фонового излучения Вселенной в диапазоне сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Характеризуется высочайшей степенью изотропии (интенсивность практически одинакова во всех направлениях). Открытие M. ф. и. [А. Пензиас (A. Penzias), P. Вильсон (R. Wilson), 1965] подтвердило т. н. горячей Вселенной теорию, дало важнейшее эксперим. свидетельство в пользу представлений об изотропии расширения Вселенной и её однородности в больших масштабах (см. Космология).

Согласно теории горячей Вселенной, вещество расширяющейся Вселенной имело в прошлом намного более высокую плотность, чем ныне и чрезвычайно высокую темп-ру. При T > 10 8 К первичная плазма, состоявшая из протонов, ионов гелия и электронов, непрерывно излучающих, рассеивающих и поглощающих фотоны, находилась в полном термодинамич. равновесии с излучением. В ходе последующего расширения Вселенной темп-pa плазмы и излучения падала. Взаимодействие частиц с фотонами уже не успевало за характерное время расширения заметно влиять на спектр излучения (оптическая толщина Вселенной по тормозному излучению к этому времени стала много меньше единицы). Однако даже при полном отсутствии взаимодействия излучения с веществом в ходе расширения Вселенной чернотельный спектр излучения остаётся чернотельным, уменьшается лишь его темп-pa. Пока темп-pa превышала 4000 К, первичное вещество было полностью ионизовано, пробег фотонов от одного акта рассеяния до другого был много меньше горизонта событий во Вселенной. При 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).

Темп-pa M. ф. и. с точностью до 10% оказалась равной 2,7 К. Cp. энергия фотонов этого излучения крайне мала - в 3000 раз меньше энергии фотонов видимого света, но число фотонов M. ф. и. очень велико. На каждый атом во Вселенной чриходится ~ 10 9 фотонов M. ф. и. (в ср. 400-500 фотонов/см 3).

Наряду с прямым методом определения темп-ры M. ф. и.- по кривой распределения энергии в спектре излучения ( см. Планка закон излучения )- существует также косвенный метод - по населённости ниж. уровней энергии молекул в межзвёздной среде. При поглощении фотона M. ф. и. молекула переходит из осн. состояния в возбуждённое. Чем выше темп-pa излучения, тем выше плотность фотонов с энергией, достаточной для возбуждения молекул, и тем большая их доля находится на возбуждённом уровне. По кол-ву возбуждённых молекул (населённости уровней) можно судить о темп-ре возбуждающего излучения. Так, наблюдения оптич. линий поглощения межзвёздного циана (CN) показывают, что его ниж. уровни энергии населены так, как будто молекулы CN находятся в поле трехградусного чернотельного излучения. Этот факт был установлен (но не понят в полной мере) ещё в 1941, задолго до обнаружения M. ф. и. прямыми наблюдениями.

Ни звёзды и радиогалактики, ни горячий межгалак-тич. газ, ни переизлучение видимого света межзвёздной пылью не могут дать излучения, приближающегося по свойствам к M. ф. и.; суммарная энергия этого излучения слишком велика, и спектр его не похож ни на спектр звёзд, ни на спектр радиоисточников (рис. 1). Этим, а также практически полным отсутствием флуктуации интенсивности по небесной сфере (мелкомасштабных угл. флуктуации) доказывается космологич. реликтовое происхождение M. ф. и.

Рис. 1. Спектр микроволнового фонового излучения Вселенной [интенсивность в эрг/(см 2 *с*ср*Гц)]. Эксперим. точки нанесены с указанием погрешностей измерений. Точки CN, CH соответствуют результатам определения верхней границы (показана стрелкой) температуры излучения по населённости уровней соответствующих межзвёздных молекул.

Флуктуации M. ф. и. Обнаружение небольших различий в интенсивности M. ф. и., принимаемого от разных участков небесной сферы, позволило бы сделать ряд выводов о характере первичных возмущений в веществе, приведших в дальнейшем к образованию галактик и скоплений галактик. Совр. галактики и их скопления образовались в результате роста незначительных по амплитуде неоднородностей плотности вещества, существовавших до рекомбинации водорода во Вселенной (см. Первичные флуктуации во Вселенной). Для любой космологич. модели можно найти закон роста амплитуды неоднородностей в ходе расширения Вселенной. Если знать, каковы были амплитуды неоднородности вещества в момент рекомбинации, можно установить, за какое время они могли вырасти и стать порядка единицы. После этого области с плотностью, значительно превышающей среднюю, должны были выделиться из общего расширяющегося фона и дать начало галактикам и их скоплениям (см. Крупномасштабная структура Вселенной). "Рассказать" об амплитуде начальных неоднородностей плотности в момент рекомбинации может лишь реликтовое излучение. Поскольку до рекомбинации излучение было жёстко связано с веществом (электроны рассеивали фотоны), то неоднородности в пространственном распределении вещества приводили к пеоднородностям плотности энергии излучения, т. е. к различию темп-ры излучения в разных по плотности областях Вселенной. Когда после рекомбинации вещество перестало взаимодействовать с излучением и стало для него прозрачным, M. ф. и. должно было сохранить всю информацию о неоднородностях плотности во Вселенной в период рекомбинации. Если неоднородности существовали, то темп-pa M. ф. и. должна флуктуировать, зависеть от направления наблюдения. Однако эксперименты по обнаружению ожидаемых флуктуации пока не дали измеримых значений. Они позволяют показать лишь верх, пределы значений флуктуации. В малых угл. масштабах (от одной угл. минуты до шести градусов дуги) флуктуации не превышают 10 -4 К. Поиски флуктуации M. ф. и. осложняются также тем, что вклад во флуктуации фона дают дискретные космич. радиоисточники, флуктуирует излучение атмосферы Земли и т. д. Эксперименты в больших у гл. масштабах также показали, что темп-ра M. ф. и. практически не зависит от направления наблюдения: отклонения не превышают 4*10 -3 К. Полученные данные позволили снизить оценку степени анизотропии расширения Вселенной в 100 раз по сравнению с оценкой по данным прямых наблюдений "разбегающихся" галактик.

M. ф. и. как "новый эфир". M. ф. и. изотропно лишь в системе координат, связанной с "разбегающимися" галактиками, в т. н. сопутствующей системе отсчёта (эта система расширяется вместе с Вселенной). В любой др. системе координат интенсивность излучения зависит от направления. Этот факт открывает возможность измерения скорости движения Солнца относительно системы координат, связанной с M. ф. и. Действительно, в силу Доплера аффекта фотоны, распространяющиеся навстречу движущемуся наблюдателю, имеют более высокую энергию, нежели догоняющие его, несмотря на то, что в системе, связанной с M. ф. и., их энергии равны. Поэтому и темп-pa излучения для такого наблюдателя оказывается зависящей от направления: где - средняя по небу темп-pa излучения, - скорость наблюдателя,- угол между вектором скорости и направлением наблюдения.

Рис. 2. Распределение яркости микроволнового фонового излучения на небесной сфере. Цифры характеризуют отклонения от средней по всей сфере температуры микроволнового фона в мК.

Анизотропия реликтового излучения, связанная с движением Солнечной системы относительно поля этого излучения, к настоящему времени твёрдо установлена (рис. 2), она имеет дипольный характер; в направлении на созвездие Льва темп-pa M. ф. и. на 3,5*10 -3 К превышает среднюю, а в противоположном направлении (созвездие Водолея) на столько же ниже средней. Следовательно, Солнце (вместе с Землёй) движется относительно M. ф. и. со скоростью ок. 400 км/с по направлению к созвездию Льва. Точность наблюдений столь высока, что экспериментаторы фиксируют скорость движения Земли вокруг Солнца, составляющую 30 км/с. Учёт скорости движения Солнца вокруг центра Галактики позволяет определить скорость движения Галактики относительно M. ф. и. Она составляет км/с. В принципе, существует метод, позволяющий определить скорости богатых скоплений галактик относительно реликтового излучения (см. Скопления галактик).

Спектр M. ф. и. На рис. 1 приведены существующие эксперим. данные о M. ф. и. и планковская кривая распределения энергии в спектре равновесного излучения абсолютно чёрного тела с темп-рой Эксперим. точки хорошо согласуются с теоретич. кривой, что служит веским подтверждением модели горячей Вселенной.

Отметим, что в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн измерения темп-ры M. ф. и. возможны с поверхности Земли. В миллиметровом и особенно в субмиллиметровом диапазонах излучение атмосферы препятствует наблюдениям M. ф. и., поэтому измерения проводятся широкополосными болометрами, установленными на воздушных шарах (баллонах) и ракетах. Ценные данные о спектре M. ф. и. в миллиметровой области получены из наблюдений линий поглощения молекул межзвёздной среды в спектрах горячих звёзд. Выяснилось, что осн. вклад в плотность энергии M. ф. и. даёт излучение с длиной волны от 6 до 0,6 мм, темп-pa к-рого близка к 3 К. В этом диапазоне длин волн плотность энергии M. ф. и.эВ/см 3 .

Один из экспериментов по определению флуктуации M. ф. и., его дипольной компоненты и верх, границы квадрупольного излучения был осуществлён на ИСЗ "Прогноз-9" (СССР, 1983). Угл. разрешение аппаратуры составляло ок. Зарегистрированный тепловой контраст не превышал К.

Многие из космологич. теорий и теорий образования галактик, к-рые рассматривают процессы аннигиляции. вещества и антивещества, диссипацию развитой турбулентности, крупномасштабных потенциальных движений, испарение первичных чёрных дыр малой массы, распад нестабильных элементарных частиц, предсказывают значит, энерговыделение на ранних стадиях расширения Вселенной. В то же время любое выделение энергии на этапе, когда темп-ра M. ф. и. менялась от 3·10 8 К до 3 К, должно было заметно исказить его чернотельный спектр. T. о., спектр M. ф. и. несёт информацию о тепловой истории Вселенной. Более того, эта информация оказывается дифференцированной: выделение энергии на каждом из трёх этапов расширения

Вызывает специфич. искажение спектра. На первом этапе сильнее всего искажается спектр в ДВ-области, на втором и третьем - в коротковолновой. Свой вклад в искажение спектра в КВ-области вносит уже сам процесс рекомбинации. Фотоны, испускаемые при рекомбинации, обладают энергией ок. 10 эВ, что в десятки раз превышает ср. энергию фотонов равновесного излучения той эпохи (при К). Таких энергичных фотонов крайне мало (от общего их числа). Поэтому рекомбинацион ное излучение, возникающее при образовании нейтральных атомов, должно было сильно исказить спектр M. ф. и. на волнах

Ещё один нагрев вещество Вселенной могло испытать при образовании галактик. Спектр M. ф. Комптона эффект). Особенно сильные изменения происходят в этом случае в КВ-области спектра. Одна из кривых, демонстрирующих возможное искажение спектра M. ф. и., приведена на рис. 1 (шриховая кривая). Имеющиеся изменения в спектре M. ф. и. показали, что вторичный разогрев вещества во Вселенной произошёл много позже рекомбинации.

фотона возрастает во много раз, и радиофотон превращается в фотон рентг. излучения, энергия же электрона меняется незначительно. Поскольку этот процесс повторяется многократно, электрон постепенно теряет всю энергию. Наблюдаемое со спутников и ракет рентг. фоновое излучение, по-видимому, частично обязано своим происхождением этому процессу.

Протоны и ядра сверхвысоких энергий также подвержены воздействию фотонов M. ф. и.: при столкновениях с ними ядра расщепляются, а соударения с протонами приводят к рождению новых частиц (электроп-позитронных пар, пионов и т. д.). В результате энергия протонов быстро уменьшается до пороговой, ниже к-рой рождение частиц становится невозможным но законам сохранения энергии и импульса. Именно с этими процессами связывают практич. отсутствие в космич. лучах частиц с энергией а также малое кол-во тяжёлых ядер.

Лит.: Зельдович Я. Б., "Горячая модель" Вселенной, "УФН", 1966, т. 89, с. 647; Вайнберг С., Первые три минуты, пер. с англ., M., 1981. P. А. Сюняев.

• - 1) процесс возбуждения электромагнитных волн в окружающей среде колеблющимися заряженными частицами; 2) излучением называют также сами электромагнитные волны в процессе их распространения в той или иной среде...

  Начала современного Естествознания