Теория Большого взрыва, объясняющая процесс появления и развития Вселенной, является одним из главных научных достижений прошлого века. Однако вряд ли бы она обрела такой статус, не будь у неё теоретических и, что самое важное практических доказательств, пускай и косвенных. Главным и наиболее сильным практическим доказательством теории большого взрыва принято считать обнаружение так называемого реликтового излучения.
Микроволны могут многое рассказать
Реликтовое излучение представляет собой космическое электромагнитное излучение, обладающее высокой степенью изотропности (то есть одинаковостью физических свойств во всех направлениях) и спектром, характерным для абсолютно чёрного тела (такого, которое поглощает всё электромагнитное излучение, ничего не отражая, но способно на самостоятельное излучение). Ценность реликтового излучения в том, что оно является подтверждением теории Большого взрыва и эволюции Вселенной.
Дело в том, что по этой теории на начальном этапе своего существования Вселенная представляла собой плазму из элементарных частиц нескольких видов – электронов, барионов и фотонов. В определённый момент электроны начали соединяться с другими частицами и формировать атомы, что позволило фотонам беспрепятственно распространяться по расширяющейся Вселенной. Это распространение фотонов и является реликтовым излучением, успешно зафиксированным учёными и тем самым косвенно подтвердившим модель расширяющейся Вселенной. Реликтовое излучение является практически ровесником самой Вселенной и не имеет единого источника, как остальные виды электромагнитного излучения.
Всё по науке: предсказали – обнаружили
Реликтовое излучение, или, как его корректнее именовать с научной точки зрения, космическое фоновое излучение, относится к числу тех явлений, которые сначала были предсказаны на теоретическом уровне, а затем уже были обнаружены в реальности. Ряд учёных, сформулировавших первую системную версию теории Большого взрыва в 1948 году, одновременно с этим предположили, что освободившиеся в начале эволюции фотоны должны были сформировать излучение, существующее по всей Вселенной до сих пор. Впрочем, в тот момент предположения о характере реликтового излучения были самыми разнообразными и в первую очередь теоретическими.
Любопытно, что впервые реликтовое излучение было зафиксировано ещё до того, как сформировалась более или менее цельная теория Большого взрыва. В 1941 году в ходе астрономических наблюдений было обнаружено, что для света одной из звёзд наблюдаются линии поглощения и для молекул в возбуждённом состоянии, а соотношение интенсивности линий поглощения соответствует температуре абсолютно чёрного тела. В тот момент это явление не получило никакого объяснения и было списано на техническую ошибку. Настоящее же открытие реликтового излучения состоялось лишь в 1965 году, когда американские учёные сумели зафиксировать его с помощью новых приборов. Ещё несколько лет шла теоретическая обработка полученных результатов, пока, наконец, открытие не было подтверждено, за что его авторы получили в 1978 году Нобелевскую премию.
Хороший помощник в исследованиях
Реликтовое излучение пользуется особым вниманием учёных. И дело здесь не только в его роли в обосновании теории Большого взрыва, хотя это значение излучения является на данный момент основным. Реликтовое излучение благодаря своим свойствам оказывает исследователям неоценимую помощь в обнаружении и анализе других явлений, важных для понимания принципов построения и законов построения Вселенной. Достаточно рассмотреть два примера. Первый касается эффекта гравитационного линзирования: были обнаружены два идентичных квазара, расположенные в непосредственной близости друг от друга. Эти два изображения в действительности были изображениями одного объекта – гравитационное поле скопления галактик, находящегося между Землей и квазаром, изменило траекторию света таким образом, что наблюдатель видит сразу два объекта. Оказалось, что реликтовое излучение также отклоняется гравитационными полями различных космических объектов и эффект гравитационного линзирования наблюдается и по отношению к фоновому микроволновому излучению.
Кроме того, реликтовое излучение является одним из основных помощников в решении одной из насущных проблем современной науки – экспериментального подтверждения существования теоретически предсказанной элементарной частицы – бозона Хиггса. По расчётам ученых, расширение ранней Вселенной могло идти совершенно различными путями, в зависимости от массы бозона Хиггса. Как отмечают исследователи, квантовые эффекты, вытекающие из этой взаимосвязи, должны были оказать влияние на реликтовое излучение, оставить на нём своего рода «отпечаток», который позволит оценить правдоподобность теории Большого взрыва и сценариев эволюции вселенной, а также обнаружить сам бозон Хиггса.
Александр Бабицкий
