 |
|
|
Promieniowanie CMB Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że wszechświat we wczesnym stadium był bardzo gorący, i w miarę jak się rozszerza, wszystko co w nim się znajduje, ulega ochłodzeniu. Stąd wszechświat powinien być wypełniony promieniowaniem, które jest formalnie pozostałością cieplną po Wielkim Wybuchu, nazywamy je "kosmicznym mikrofalowym promieniowaniem tła" lub w skrócie CMB. Istnienie promieniowania reliktowego zostało po raz pierwszy przewidziane przez G. Gamowa w 1948 roku, oraz przez Ralpha Alphera i Roberta Hermana w 1950 roku. Odkryli je, całkiem przypadkowo w roku 1965, dwaj naukowcy pracujący w laboratoriach Bell Telephone w Murray Hill (New Jersey). Wówczas ujawniło się jako nadmierny hałas w radioodbiorniku, który budowali. Równocześnie naukowcy z pobliskiego Uniwersytetu w Princeton, (Robert Dicke i Dave Wilkinson) opracowywali metodę wykrywania CMB. Kiedy dowiedzieli się o rezultatach badań z laboratoriów Bell Telephone, natychmiast doszli do wniosku, że właśnie odkryte zostało mikrofalowe promieniowanie tła. Penzias i Wilson otrzymali za to Nagrodę Nobla w 1978 roku. Dzisiaj promieniowanie CMB jest mocno schłodzone - jedynie 2.725 stopni powyżej zera absolutnego, stąd świeci zwłaszcza w części mikrofalowej widma elektromagnetycznego i jest niewidoczne dla oka. Jednakże wypełnia cały wszechświat i może być wykryte. Tak naprawdę, gdybyśmy zdołali dostrzec mikrofale, niebo nad nami promieniowałoby jasnością, która byłaby zadziwiająco jednolita niezależnie od kierunku. Jednolitość ta jest wystarczającym dowodem na to, że promieniowanie jest pozostałością cieplną Wielkiego Wybuchu, trudno byłoby wyobrazić sobie lokalne źródło tak niezróżnicowanego promieniowania. Choć wielu naukowców usiłuje znaleźć alternatywne wytłumaczenie tego zjawiska, jak dotąd jednak bez efektu. Promieniowanie CMB zostało wyemitowane kilkaset tysięcy po Wielkim Wybuchu, na długo przed tym jak powstały galaktyki i gwiazdy. Badając szczegółowo fizyczne własności tego promieniowania, możemy dowiedzieć się wiele na temat warunków, jakie panowały we wczesnym stadium wszechświata. Jednym z podstawowych założeń teorii Wielkiego Wybuchu jest to, że wszechświat rozszerza się. Ekspansja wskazuje na to, że w dalekiej przeszłości był mniejszy, gęstszy i gorętszy. Kiedy widzialny wszechświat miał rozmiar połowy obserwowanego dzisiaj, gęstość materii była ośmiokrotnie większa a mikrofalowe promieniowanie tła było dwukrotnie bardziej gorące. Kiedy wszechświat był wielkości jednej setnej w porównaniu do obecnego, promieniowanie CMB było stokrotnie gorętsze (273 stopnie powyżej zera absolutnego, czyli równe temperaturze zamarzania wody w warunkach ziemskich). Wczesny wszechświat wypełniony był gorącym gazem (składającym się z wodoru) o gęstości około 1000 atomów na centymetr sześcienny. Wszechświat rozmiaru 1/100 000000 miał temperaturę 273 milionów stopni powyżej zera absolutnego a gęstość materii porównywalną z gęstością powietrza na powierzchni Ziemi. W tych warunkach wodór był całkowicie zjonizowany do wolnych protonów i elektronów. Wtedy, kiedy wszechświat był tak gorący, nie zawierał żadnych atomów (tylko wolne elektrony i złożone z protonów i neutronów jądra). Fotony mikrofalowego promieniowania tła łatwo rozproszyły się od elektronów. Stąd fotony wędrowały po wczesnym wszechświecie jak światło widzialne przedziera się przez gęstą mgłę (analogia). Proces złożonego rozpraszania nazywamy "termalnym" widmem fotonów. Nawiązując do teorii Wielkiego Wybuchu, częstotliwość widma CMB powinna przyjmować kształt ciała czarnego. Zostało to faktycznie zmierzone z olbrzymią dokładnością przez satelitę COBE. Wykres przedstawia porównanie założenia teorii Wielkiego Wybuchu odnośnie energii widma mikrofalowego promieniowania tła z zaobserwowaną energią tego widma. Jak widać granica błędu jest na tyle mała, że nie zostaje nawet zauważona. Jest to kolejny test potwierdzający słuszność teorii.
|
