Тема исследования: Открытие реликтового излучения

Введение

           Реликтовое излучение – это космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно чёрного тела при температуре около 3 К .

         Для своего исследования я выбрала именно эту тему, так как считаю, что история возникновения реликтового излучения тесно связана с историей человечества. Кроме того, эта тема интересна для меня и я хотела бы как можно шире раскрыть ее. Главная цель, которую я ставлю перед собой – это правильное и грамотное изложение первоисточника и полное раскрытие темы.

         Я постараюсь вызвать интерес у аудитории, перед которой я представлю свою исследовательскую работу.

Цель моей работы: изучить историю и особенности возникновения реликтового излучения

Задачи:

1.     Ознакомиться с историей возникновения реликтового излучения

2.     Изучить исследование и объяснение реликтового излучения

3.     Обобщить теоретический материал по данной теме

4.     Донести результаты до учеников

Предыстория открытия

           Свойства поверхности последнего рассеяния квантов на электронах являются ключом к решению важнейшей проблемы астрофизики, да и всего естествознания – как и почему в расширяющейся Вселенной возникли различные структурные формы самоорганизации материи? Корни этой проблемы уходят глубоко в историю астрономии и физики, к эпохе Галилео Галилея и Исаака Ньютона, когда первый, с помощью простейшего телескопа, существенно расширил горизонты изучения космоса, а второй, открыв закон всемирного тяготения, показал, что небесные тела движутся (и существуют) благодаря гравитации материи.

            Следующий шаг в решении проблемы сделал Джеймс Джинс, опубликовавший в 1902 году знаменитую работу о гравитационной неустойчивости пылевидной материи.

            Эта работа была опубликована в 1902 году, т.е., до открытия хаббловского разбегания галактик еще оставалось почти 27 лет. К чему же приведет учет эффекта расширения Вселенной? Это приводит к перестройке поля скоростей вещества в зоне неоднородности и вместо уплотнения конфигурации мы получим прямо противоположный эффект – неоднородность в распределении гравитирующей материи должна диссипировать (сглаживаться).

             В 1946 году советский физик Е. М. Лифшиц детально исследовал вопрос о темпе гравитационной неустойчивости в расширяющейся Вселенной. Основные выводы его работы сводились к следующему. Действительно, космологическое расширение приводит к уменьшению скорости нарастания амплитуды неоднородностей. Но средняя плотность материи уменьшается во времени еще быстрее. Следовательно, контраст плотности все-таки возрастает, хотя и значительно медленнее, по сравнению с наивным результатом, базирующемся на идее Дж. Джинса. На первый взгляд, чисто количественное различие ― вместо сильного лишь относительно слабый темп роста флуктуаций. Однако за этим различием кроются фундаментальные физические следствия. И, прежде всего – структура во Вселенной не является продуктом усиления обычных статистических флуктуаций плотности вещества! Отсюда вывод ― для развития структур в расширяющейся Вселенной уровня статистических флуктуаций недостаточно, а следовательно, в первичной космической плазме должны существовать малые неравновесные флуктуации, уровень которых, однако, превышает естественный равновесный фон на десятки порядков!

           До открытия реликтового излучения еще нужно подождать почти 20 лет, а до экспериментального обнаружения этих флуктуаций – почти все 50! Работы Лившица ставят две научные проблемы:

– какова должна быть природа неравновесных флуктуаций и каковы физические механизмы генерации, хотя и слабой в абсолютном измерении, но гигантской, по сравнению со статистическими шумами, начальной неоднородности Вселенной?

– каким образом можно проверить гипотезу о существовании именно такой догалактической иррегулярности в распределении вещества?

Отправной точкой для ответа на второй вопрос послужит уже упомянутое выше предсказание теории расширяющейся Вселенной о том, что от эпохи рекомбинации водорода и вплоть до настоящего момента времени реликтовое излучение распространяется в пространстве свободно, без какого то ни было прямого взаимодействия с веществом. Однако, при наличии слабой (на уровне тысячных долей процента) неоднородности в распределении вещества, этот процесс «окрашен» двумя важными дополнениями. Прежде всего, догалактические неоднородности плотности в эпоху рекомбинации водорода движутся относительно реликтового излучения с хаотическими скоростями. Как следствие, отделение плазмы от излучения в эпоху рекомбинации происходит чуть-чуть по-разному в различных точках пространства в силу влияния поля флуктуаций. Там где плотность вещества немного выше средней, выше и хаотические скорости движения плазмы. Кванты излучения, испытывая «последнее рассеяние» на электронах в зоне неоднородности, приобретают дополнительный импульс (а, следовательно, и энергию).