Как возникло «реликтовое излучение»?

Как возникло «реликтовое излучение»?

Любое вещество при нагревании начинает излучать сгустки энергии или фотоны. С точки зрения термодинамики, данное явление объясняется стремлением системы к равновесному состоянию. Наступает эффект насыщения, заключающийся в компенсации рождения новых фотонов поглощением фотонов самим веществом, в результате которого в среде не происходит изменения полного числа фотонов.


Вселенная равномерно заполнена «фотонным газом» при температуре близкой к абсолютному нулю и составляет примерно 3 кельвина. Однако энергия «фотонного газа» превышает световую энергию, испущенную всеми звездами за всё время их жизни!


Для лучшего понимания природы реликтового излучения, попытаемся представить себе, какова же плотность распределения фотонов во Вселенной? Выделив мысленно один кубический сантиметр пространства Вселенной, можно сказать, что на него в среднем приходится пятьсот фотонов, что в пределах всей видимой Вселенной превышает в миллиарды раз полное число частиц вещества – ядер, электронов, атомов, образующих все звезды, планеты и галактики.


Название «реликтового» или остаточного излучения было предложено известным ученым И.С. Шкловским, опиравшегося на представлении об остатке, или реликте от начального горячего и плотного состояния Вселенной.


Согласно предположению Г. Гамова о горячем веществе ранней Вселенной, фотоны, находившиеся тогда в термодинамическом равновесии с самим веществом, должны были сохраниться и в нашу эпоху. Экспериментально фотонное излучение было обнаружено в 1965 году. В результате расширения и связанного с этим процессом охлаждения Вселенной, фотонный газ и является фоновым излучением нашей Вселенной, равномерно приходящим к нам со всех сторон.


Квант энергии реликтового излучения не обладает массой покоя, как и любой квант электромагнитного излучения, но согласно знаменитому уравнению Эйнштейна Е=Мс² обладает энергией, а, следовательно, и массой. Большинство реликтовых фотонов имеет настолько малую массу, что она намного меньше массы самого простого и распространенного элемента во Вселенной - атома водорода. Значительно преобладая по количеству частиц, фоновое излучение имеет очень небольшой вклад в массу всей Вселенной.


В настоящее время средняя плотность излучения 3•10-34 г/см3, что составляет величину в тысячу раз меньшую усредненной плотности вещества всех галактик. Однако в начале образования Вселенной именно фотоны образовывали основной вклад в ее плотность. Причина такого различия заключается в том, что в процессе расширения Вселенной плотность излучения уменьшается намного быстрее, чем плотность вещества. Причем, с уменьшением концентрации фотонов (с той же скоростью, что и концентрация частиц), уменьшается также средняя энергия вклада одного фотона, так как с расширением уменьшается температура фотонного газа.


При температуре превышающей 4000 K, первичное вещество находилось в ионизированном состоянии, при котором пробег фотонов между двумя последовательными актами рассеяния был намного меньше горизонта Вселенной. Достигнув температуры в 4000K, произошел процесс рекомбинации электронов и протонов, а плазма стала смесью нейтральных атомов гелия и водорода. С этого момента Вселенная для излучения стала абсолютно прозрачной. При дальнейшем расширении Вселенной температура продолжала уменьшаться, но характер излучения абсолютно черного тела сохранился как остаточное явление или реликт, словно "память" о самом раннем этапе эволюции Вселенной. Первоначально реликтовое излучение было обнаружено на длине волны в 7,35 см, а затем и на др. длинах волн от 0,6 мм и до 50 см.


Социальные закладки:

Судя по их названию, этому тексту релевантны статьи:

  1. [?] Открытие реликтового излучения Вселенной
  2. [?] Загадки Вселенной: антропный принцип и мнимое время?
  3. [?] Расширение Вселенной: эффект Казимира или сила из пустоты
  4. [?] Источником жизни на планетах Вселенной могла стать Земля
  5. [?] Загадочные космические струны Вселенной
Комментарии к этой заметке больше не принимаются.


Рейтинг популярности - на эти заметки чаще всего ссылаются:

Astrolabe-GPS.Ru | Вселенная