General, Research, Technology

Як старі телевізори доводять теорію Великого вибуху?

У століття високих технологій ми не особливо замислюємосяпро стару побутову техніку. І вже тим більше про старих, величезних телевізорах. Їх місце тепер займають плоскі чорні прямокутники з рідкокристалічними екранами. Але що, якщо ми недооцінюємо старе покоління телевізорів? Адже вони оснащені антенами для прийому широкомовних сигналів, що, безумовно, надзвичайно архаїчно за сучасними стандартами. Проте, ці антени в деякому сенсі є дуже специфічним типом радіотелескопа і можуть бути використані вченими, щоб ... виявити Великий Вибух. Протягом незліченних поколінь філософи, теологи і поети міркували про наш космічне походження, висуваючи найрізноманітніші гіпотези. Все змінилося в XX столітті, коли теоретичні, експериментальні та спостережні відкриття у фізиці і астрономії, нарешті, вивели ці питання в область перевіряється науки.

Старі телевізори, як це не дивно, доводять теорію Великого вибуху

Як народилася Всесвіт?

Сьогодні вченим відомо, що поєднаннякосмічного розширення, первісного достатку легких елементів, великомасштабної структури Всесвіту і космічного мікрохвильового фону об'єдналося, щоб покласти початок Великого Вибуху. Хоча космічний мікрохвильовий фон (реліктове випромінювання) був виявлений тільки в середині 1960-х років, уважний спостерігач міг би виявити його в найнесподіваніших місцях: наприклад, в старому телевізорі.

реліктове випромінювання - це космічне мікрохвильове фонове випромінювання, що виникло в ранньому Всесвіті незабаром після Великого вибуху

Той факт, що галактики на різних відстаняхвиявляють різні властивості, був першою підказкою для дослідників, яка і привела їх до ідеї Великого Вибуху. Однак найбільш важливі докази, що підтверджують це епохальна подія, з'явилися тільки в середині 1960-х років.

Щоб зрозуміти, як все влаштовано, необхіднозрозуміти, що таке реліктове випромінювання (космічне фонове мікрохвильове випромінювання). Сьогодні, першим що кидається в очі у воемя вивчення Всесвіту, є галактики, а точніше їх незліченна кількість: вченим видно приблизно 2 трильйони. І це згідно з кращими сучасними оцінками. Галактики в безпосередній близькості до Чумацького Шляху дуже схожі між собою: їх заповнюють зірки, схожі на зірки в нашій власній галактиці. Але що на рахунок законів фізики?

Старий телевізор цілком може стати в нагоді

Логічно припустити, що закони фізики в іншихгалактиках такі ж як в нашій. Їх зірки також повинні складатися з протонів, нейтронів і електронів, а їх атоми підпорядковувалися б тим же квантовим законам, що й атоми в Чумацькому Шляху. Однак є невелика різниця в освітленні, яке ми отримуємо. Замість тих же атомних спектральних ліній, які ми знаходимо тут, вдома, світло від зірок в інших галактиках показує зміщені атомні переходи.

Кожен елемент у Всесвіті має свійвласний унікальний набір атомних переходів, які відповідає певному набору спектральних ліній. Ми можемо спостерігати ці лінії в галактиках, відмінних від нашої власної, але хоча картина та ж сама, лінії, які ми спостерігаємо, систематично зміщені щодо ліній, які ми створюємо з атомами на Землі. Ці зрушення унікальні для кожної конкретної галактики, але всі вони слідують певною схемою: чим далі знаходиться галактика (в середньому), тим більше зсув її спектральних ліній в бік червоної частини спектра. Чим далі ми дивимося, тим більше зрушень ми бачимо.

Ще більше по темі: Що вченим відомо про вік і розширенні Всесвіту?

спектральні лінії

спектральні лінії виникають, коли світлові хвилі певнихквітів поглинаються. Як пише Forbes, світло може бути зміщений, тому що ці галактики швидко віддалялися від Великого вибуху. Початкові спостереження Хаббла за розширенням Всесвіту в 1929 році пішли згодом ... [+] докладніші, але і невизначені спостереження. Графік Хаббла ясно показує співвідношення червоного зсуву і відстані з переважаючими даними в порівнянні з його попередниками і конкурентами; сучасні еквіваленти йдуть набагато далі. Зауважимо, що особливі швидкості завжди присутні, навіть на великих відстанях, але що загальна тенденція, що зв'язує відстань з червоним зміщенням, є домінуючим ефектом.

Теорія Великого вибуху - основна космологічна модель Всесвіту

Цей останній пункт виявився в повній згоді знашими спостереженнями і допоміг нам зрозуміти, що з плином часу розширюється сама тканина простору. Причина, по якій світло стає червоно, чим далі ми дивимося, полягає в тому, що Всесвіт розширюється з плином часу, і світло всередині цієї всесвіту отримує свою довжину хвилі, розтягнуту розширенням. Чим довше світло подорожував, тим більше червоний зсув через розширення. Коли ми рухаємося вперед у часі, що випромінюється світло зміщується до великих довжинах хвиль, які мають більш низькі температури і менші енергії. Але це означає, що якщо ми подивимося на Всесвіт протилежним чином - представивши її такою, якою вона була в далекому минулому, - ми побачимо світло з меншими довжинами хвиль, з більш високими температурами і великими енергіями. Чим далі ви екстраполіруете, тим гаряче і енергійніше має бути це випромінювання.

Ще більше цікавих статей про нашу дивовижною велінням читайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті

У міру того як тканина Всесвіту розширюється,довжини хвиль будь-якого присутнього випромінювання будуть розтягуватися. Це вірно як для гравітаційних хвиль, так і для електромагнітних хвиль; будь-яка форма випромінювання має свою довжину хвилі розтягнутої (і втрачає енергію) у міру розширення Всесвіту. У міру того як ми заглиблюємося в минуле, випромінювання має з'являтися з більш короткими довжинами хвиль, великими енергіями і більш високими температурами.

Хоча це був захоплюючий теоретичний стрибок,вчені (починаючи з Джорджа Гамова в 1940-х роках) почали екстраполювати це властивість все далі і далі, поки не був досягнутий критичний поріг в кілька тисяч кельвінів. У цей момент, як випливало з міркувань, присутнє випромінювання буде досить енергійним, щоб деякі з окремих фотонів могли іонізувати нейтральні атоми водню: будівельний блок зірок і первинне вміст нашого Всесвіту.

Дивитися на зірки сьогодні можна сидячи на дивані

Коли ви переходите з всесвіту, яка булавище цього температурного порога, в ту, яка була нижче його, Всесвіт переходить з стану, яке було заповнене іонізованими ядрами і електронами, в стан, заповнене нейтральними атомами. Коли матерія іонізована, вона розсіюється від випромінювання; коли матерія нейтральна, випромінювання проходить прямо через ці атоми. Цей перехід знаменує собою критичний момент в минулому нашого Всесвіту.

Це цікаво: розплітаючи веселку - як таємниці світла привели людство до відкриття темної матерії?

Після утворення нейтральних атомів, внаслідокохолодження Всесвіту нижче певного критичного порога, фотони світла рухаються по прямій лінії, на яку впливає тільки довжина хвилі розширення простору. Вражаюча реалізація цього сценарію полягає в тому, що сьогодні це випромінювання охололо б від кількох тисяч кельвінів до всього лише кількох градусів вище абсолютного нуля, оскільки Всесвіт повинна була розширитися десь від сотні до декількох тисяч разів з тієї епохи. Вона і сьогодні повинна залишатися фоном, що приходять до нас з усіх боків в просторі. Він повинен мати певний набір спектральних властивостей: розподіл абсолютно чорного тіла. І він повинен бути виявлений десь в діапазоні від СВЧ до радіочастот.

Пам'ятайте, що світло, яким ми його знаємо, - ценабагато більше, ніж просто видима частина, до якої чутливі наші очі. Світло приходить в різних довжинах хвиль, частотах і енергіях. Те, що було ультрафіолетовим, видимим і інфрачервоним світлом мільярди років тому, стає мікрохвильовим і радіо випромінюванням.