Jedan od zanimljiva otkrića povezan s elektromagnetskim spektrom je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Otkriven je slučajno, iako se predviđala mogućnost njegovog postojanja.

Povijest otkrića kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja

Povijest otkrića kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja započela je 1964. američko laboratorijsko osoblje Zvono telefona razvio komunikacijski sustav pomoću umjetni satelit Zemlja. Ovaj sustav je trebao raditi na valovima dugim 7,5 centimetara. Takvi kratki valovi imaju neke prednosti u odnosu na satelitske radiokomunikacije, ali Arno Penzias I Robert Wilson nitko nije riješio ovaj problem. Oni su bili pioniri u tom području i morali su osigurati da nema jakih smetnji na istoj valnoj duljini, odnosno da telekomovci unaprijed znaju za takve smetnje. U to se vrijeme vjerovalo da izvor radio valova koji dolaze iz svemira mogu biti samo točkasti objekti poput radio galaksije ili zvijezde. Izvori radio valova. Znanstvenici su na raspolaganju imali iznimno precizan prijamnik i rotirajuću rogastu antenu. Uz njihovu pomoć, znanstvenici bi mogli slušati cijeli nebeski svod na sličan način kao što liječnik stetoskopom sluša pacijentova prsa.

Prirodni izvor signala

I čim je antena bila usmjerena prema jednoj od točaka na nebu, na ekranu osciloskopa zaplesala je kriva crta. Tipično signal prirodni izvor . Stručnjaci su vjerojatno bili iznenađeni svojom srećom: već na prvoj izmjerenoj točki bio je izvor radio emisije! Ali bez obzira kamo su usmjerili svoju antenu, učinak je ostao isti. Znanstvenici su stalno iznova provjeravali opremu, ali je bila u savršenom redu. I konačno su shvatili da su otkrili dosad nepoznati prirodni fenomen: Činilo se da je cijeli Svemir ispunjen radio valovima duljine centimetra. Kad bismo mogli vidjeti radio valove, nebeski svod bi nam izgledao sjajan od ruba do ruba.
Radio valovi svemira. Penziasovo i Wilsonovo otkriće je objavljeno. I ne samo oni, već i znanstvenici iz mnogih drugih zemalja počeli su tragati za izvorima tajanstvenih radio valova, koje hvataju sve antene i prijemnici prilagođeni za tu svrhu, bez obzira gdje se nalazili i bez obzira na koju točku na nebu bili usmjereni , a intenzitet radio emisije na valnoj duljini od 7,5 centimetara u bilo kojoj točki bio je apsolutno isti, činilo se da je ravnomjerno raspoređeno po cijelom nebu.

CMB zračenje izračunato od strane znanstvenika

Sovjetski znanstvenici A. G. Doroshkevich i I. D. Novikov, koji su predvidjeli kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje prije nego se otvori, napravio složene proračune. Uzeli su u obzir sve izvore zračenja dostupne u našem svemiru, a također su uzeli u obzir kako se zračenje određenih objekata mijenjalo tijekom vremena. I pokazalo se da su u području centimetarskih valova sva ta zračenja minimalna i stoga ni na koji način nisu odgovorna za detektirani sjaj neba. U međuvremenu, daljnji proračuni pokazali su da je gustoća razmazanog zračenja vrlo visoka. Evo usporedbe fotonskog želea (tako su znanstvenici nazvali tajanstveno zračenje) s masom sve materije u Svemiru. Ako je sva materija svih vidljivih Galaksija ravnomjerno “rasprostranjena” po čitavom prostoru Svemira, tada će biti samo jedan atom vodika na tri kubična metra prostora (radi jednostavnosti, svu materiju zvijezda ćemo smatrati vodikom ). A u isto vrijeme svaki kubični centimetar stvarnog prostora sadrži oko 500 fotona zračenja. Prilično puno, čak i ako ne uspoređujemo broj jedinica materije i zračenja, već izravno njihove mase. Odakle tako intenzivno zračenje? Svojedobno je sovjetski znanstvenik A. A. Friedman, rješavajući poznate Einsteinove jednadžbe, otkrio da naš Svemir je u stalnom širenju. Ubrzo je pronađena potvrda za to. Amerikanac E. Hubble otkrio fenomen recesije galaksije. Ekstrapolacijom ovog fenomena u prošlost možemo izračunati trenutak kada je sva materija Svemira bila u vrlo malom volumenu, a gustoća joj je bila neusporedivo veća nego sada. Tijekom širenja Svemira, valna duljina svakog kvanta raste proporcionalno širenju Svemira; u ovom slučaju, čini se da se kvant "hladi" - naposljetku, što je valna duljina kvanta kraća, to je "vrući". Današnje zračenje na centimetarskoj skali ima temperaturu svjetline od oko 3 stupnja apsolutnih Kelvina. A prije deset milijardi godina, kada je Svemir bio neusporedivo manji i kada je gustoća njegove materije bila vrlo velika, ti su kvanti imali temperaturu od oko 10 milijardi stupnjeva. Od tada je naš svemir "zatrpan" kvantima radijacije koja se neprestano hladi. Zato se centimetarska radio emisija “razmazana” po svemiru naziva kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Relikvije, kao što znate, nazivi su ostataka najstarijih životinja i biljaka koji su preživjeli do danas. Kvanti centimetarskog zračenja sigurno su najstariji od svih mogućih relikata. Uostalom, njihov nastanak datira u eru udaljenu od nas otprilike 15 milijardi godina.

Znanje o svemiru donijelo je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje

Gotovo ništa se ne može reći o tome kakva je materija bila u nultom trenutku, kada je njezina gustoća bila beskonačno velika. Ali pojave i procesi koji su se tijekom Svemir, samo sekundu nakon njezina rođenja pa čak i ranije, do 10~8 sekundi, znanstvenici već prilično dobro zamišljaju. Informacija o tome je precizno donesena kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Dakle, od trenutka nule prošla je sekunda. Materija našeg svemira imala je temperaturu od 10 milijardi stupnjeva i sastojala se od neke vrste "kaše" reliktni kvanti, elektrode, pozitroni, neutrini i antineutrini. Gustoća "kaše" bila je ogromna - više od tone po kubnom centimetru. U takvim "uvjetima gužve" stalno su se događali sudari neutrona i pozitrona s elektronima, protoni su se pretvarali u neutrone i obrnuto. Ali najviše od svega ovdje je bilo kvanta - 100 milijuna puta više od neutrona i protona. Naravno, pri takvoj gustoći i temperaturi ne bi mogle postojati složene jezgre materije: one se ovdje nisu raspale. Prošlo je sto sekundi. Širenje Svemira se nastavilo, gustoća mu se kontinuirano smanjivala, a temperatura padala. Pozitroni su gotovo nestali, neutroni su se pretvorili u protone. Edukacija je počela atomske jezgre vodik i helij. Izračuni koje su proveli znanstvenici pokazuju da se 30 posto neutrona spojilo u jezgre helija, dok je 70 posto njih ostalo samo i postalo jezgra vodika. Tijekom tih reakcija pojavili su se novi kvanti, ali se njihov broj više nije mogao usporediti s prvobitnim, pa možemo pretpostaviti da se nije nimalo promijenio. Širenje Svemira se nastavilo. Gustoća “kaše”, tako strmo skuhane od prirode na početku, smanjivala se proporcionalno kubu linearne udaljenosti. Prolazile su godine, stoljeća, tisućljeća. Prošla su 3 milijuna godina. Temperatura "kaše" do tog je trenutka pala na 3-4 tisuće stupnjeva, gustoća materije također se približila onoj koju danas znamo, ali nakupine materije iz kojih bi se mogle formirati zvijezde i galaksije još nisu mogle nastati. Tlak zračenja bio je prevelik u to vrijeme, gurajući svaku takvu formaciju. Čak su i atomi helija i vodika ostali ionizirani: elektroni su postojali odvojeno, protoni i jezgre atoma također su postojali odvojeno. Tek pred kraj razdoblja od tri milijuna godina počele su se pojavljivati ​​prve kondenzacije u “kaši” za hlađenje. U početku ih je bilo jako malo. Čim se jedan tisućiti dio "kaše" kondenzirao u osebujne protozvijezde, te su formacije počele "gorjeti" slično modernim zvijezdama. A fotoni i kvanti energije koje su emitirali zagrijali su "kašu" koja se počela hladiti do temperatura na kojima se opet pokazalo da je stvaranje novih kondenzacija nemoguće. Razdoblja hlađenja i ponovnog zagrijavanja "kaše" bakljama protozvijezda izmjenjivala su se, zamjenjujući jedno drugo. A u nekoj fazi širenja Svemira, stvaranje novih kondenzacija postalo je gotovo nemoguće jer je nekoć tako gusta "kaša" postala previše "ukapljena". Otprilike 5 posto materije se uspjelo ujediniti, a 95 posto se raspršilo u prostoru svemira koji se širio. Tako su se “raspršili” nekoć vrući kvanti koji su formirali reliktnu radijaciju. Tako su se raspršile jezgre atoma vodika i helija koje su bile dio "kaše".

Hipoteza o nastanku svemira

Evo jedne od njih: najveći dio materije u našem Svemiru ne nalazi se u sastavu planeta, zvijezda i galaksija, već tvori intergalaktički plin - 70 posto vodika i 30 posto helija, jedan atom vodika po kubnom metru prostora. Tada je razvoj Svemira prošao fazu protozvijezda i ušao u fazu materije uobičajene za nas, običnog odvijanja spiralne galaksije, obične zvijezde, od kojih je najpoznatija naša. Oko nekih od tih zvijezda formirali su se planetarni sustavi, a na barem jednom od tih planeta nastao je život, što je tijekom evolucije iznjedrilo inteligenciju. Znanstvenici još ne znaju koliko se često u prostranstvima svemira nalaze zvijezde okružene krugom planeta. Ne mogu reći ništa o tome koliko često.
Okrugli ples planeta. A pitanje koliko često biljka života cvate u bujni cvijet razuma ostaje otvoreno. Hipoteze koje su nam danas poznate i koje tumače sva ova pitanja više su poput neutemeljenih nagađanja. Ali danas se znanost razvija poput lavine. Nedavno, znanstvenici nisu imali pojma kako je naše počelo. Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, otkriveno prije otprilike 70 godina, omogućilo je naslikati tu sliku. Danas čovječanstvo nema dovoljno činjenica na temelju kojih bi moglo odgovoriti na gore formulirana pitanja. Prodor u svemir, posjeti Mjesecu i drugim planetima donose nove činjenice. A činjenice više ne prate hipoteze, nego strogi zaključci.

CMB zračenje ukazuje na homogenost Svemira

Što su još znanstvenicima rekle reliktne zrake, ovi svjedoci rađanja našeg Svemira? A. A. Friedman riješio je jednu od Einsteinovih jednadžbi i na temelju tog rješenja otkrio širenje Svemira. Za rješavanje Einsteinovih jednadžbi bilo je potrebno postaviti početne uvjete tzv. Friedman je polazio od pretpostavke da Svemir je homogen i izotropan, što znači da je tvar u njemu ravnomjerno raspoređena. I tijekom 5-10 godina koliko je prošlo od Friedmanovog otkrića, pitanje je li ta pretpostavka točna ostalo je otvoreno. Sada je u biti uklonjen. O izotropnosti svemira svjedoči nevjerojatna ujednačenost reliktne radio emisije. Druga činjenica ukazuje na istu stvar - raspodjelu materije Svemira između galaksija i međugalaktičkog plina.
Naposljetku, međugalaktički plin, koji čini najveći dio materije svemira, raspoređen je po njemu ravnomjerno kao reliktni kvanti. Otkriće kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja omogućuje pogled ne samo u ultra-daleku prošlost – izvan granica vremena kada nije bilo ni naše Zemlje, ni našeg Sunca, ni naše Galaksije, pa čak ni samog Svemira. Poput nevjerojatnog teleskopa koji se može usmjeriti u bilo kojem smjeru, otkriće CMB-a omogućuje nam da zavirimo u ultra-daleku budućnost. Tako super-daleko, kada neće biti ni Zemlje, ni Sunca, ni Galaksije. Tu će pomoći fenomen širenja svemira, kako se njegove sastavne zvijezde, galaksije, oblaci prašine i plina raspršuju u svemiru. Je li taj proces vječan? Ili će se širenje usporiti, zaustaviti i zatim ustupiti mjesto kompresiji? I nisu li sukcesivna sažimanja i širenja Svemira neka vrsta pulsiranja materije, neuništive i vječne? Odgovor na ova pitanja prvenstveno ovisi o tome koliko je materije sadržano u Svemiru. Ako je njegova ukupna gravitacija dovoljna da nadvlada inerciju širenja, tada će širenje neizbježno ustupiti mjesto kompresiji, pri čemu će se Galaksije postupno približavati jedna drugoj. Pa, ako gravitacijske sile nisu dovoljne da uspore i nadvladaju inerciju širenja, naš Svemir je osuđen na propast: raspršit će se u svemiru! Buduća sudbina cijelog našeg Svemira! Postoji li veći problem? Proučavanje kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja dalo je znanosti priliku da ga postavi. I moguće je da će ga daljnja istraživanja riješiti.

kozmičko elektromagnetsko zračenje koje na Zemlju dolazi sa svih strana neba približno jednakim intenzitetom i ima spektar karakterističan za zračenje crnog tijela na temperaturi od oko 3 K (3 stupnja na apsolutnoj Kelvinovoj ljestvici, što odgovara 270 °C). Na ovoj temperaturi glavni udio zračenja dolazi od radiovalova u centimetrskom i milimetarskom području. Gustoća energije kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja je 0,25 eV/cm 3 .

Eksperimentalni radioastronomi ovo zračenje radije nazivaju "kozmičkom mikrovalnom pozadinom" (CMB). Teoretski ga astrofizičari često nazivaju "reliktnim zračenjem" (izraz je predložio ruski astrofizičar I.S. Shklovsky), budući da je, u okviru danas općeprihvaćene teorije o vrućem svemiru, ovo zračenje nastalo u ranoj fazi širenja našeg svijeta, kada je njegova tvar bila gotovo homogena i vrlo vruća. Ponekad u znanstvenoj i popularnoj literaturi možete pronaći i izraz "kozmičko zračenje od tri stupnja". U nastavku ćemo to zračenje nazvati "reliktnim zračenjem".

Otkriće kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja 1965. bilo je od velike važnosti za kozmologiju; postalo je jedno od najvažnijih dostignuća prirodne znanosti 20. stoljeća. i naravno najvažniji za kozmologiju nakon otkrića crvenog pomaka u spektrima galaksija. Slabo reliktno zračenje donosi nam podatke o prvim trenucima postojanja našeg Svemira, o onom dalekom dobu kada je cijeli Svemir bio vruć i u njemu nije bilo ni planeta, ni zvijezda, ni galaksija. Provedeno u posljednjih godina detaljna mjerenja ovog zračenja pomoću zemaljskih, stratosferskih i svemirskih zvjezdarnica podižu zavjesu s misterija samog rođenja Svemira.

Zeldovich Ya.B., Novikov I.D. Struktura i evolucija svemira. M., 1975
Kozmologija: teorija i opažanja. M., 1978
Weinberg S. Prve tri minute. Moderni pogled na nastanak svemira. M., 1981
Svila J. Veliki prasak. Rođenje i evolucija svemira. M., 1982
Sunyaev R.A. Mikrovalno pozadinsko zračenje. U knjizi: Fizika prostora: Mala enciklopedija. M., 1986
Dolgov A.D., Zeldovich Ya.B., Sazhin M.V. Kozmologija ranog svemira. M., 1988
Novikov I.D. Evolucija svemira. M., 1990

pronaći " CMB ZRAČENJE"na

Prve teorijske procjene očekivane temperature kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja sadržane su u radovima Gamowa i Alfera, izvedenim 50-ih godina. Naznačili su brojku od oko 5 K. Je li moguće promatrati ovo zračenje u pozadini elektromagnetsko zračenje zvijezde i radio galaksije? U radu sovjetskog astrofizičara A. G. Doroshkevicha i autora 1964. godine prvi je put konkretno izračunato koliko bi intenzitet kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (naravno, ako postoji) trebao premašiti u centimetarskom području spektra. intenzitet zračenja radiogalaksija i drugih izvora. Postala je jasna mogućnost postavljanja odlučujućeg eksperimenta za traženje kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, o čemu je ovisio izbor između toplog i hladnog modela Svemira. Ali ovaj teorijski rad prošao je nezapaženo od strane promatrača.

CMB zračenje otkrili su sasvim slučajno 1965. godine zaposlenici američke tvrtke Bell, Penzias i Wilson, dok su otklanjali greške na radio anteni stvorenoj za promatranje satelita Echo. Detektirali su slabu pozadinsku radio buku koja dolazi iz svemira, neovisno o smjeru antene. Dicke, Peebles, Roll i Wilkinson odmah su dali kozmološko objašnjenje za mjerenja Penziasa i Wilsona kao dokaz vrućeg modela svemira. U to su vrijeme Dicke i njegovi suradnici sami pripremali opremu za traženje radiofona iz kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja na valnoj duljini 3 cm. Prva opažanja Penziasa i Wilsona bila su na valnoj duljini 7,35 cm. Pokazali su da je temperatura zračenja oko 3° apsolutnih Kelvina. Sljedećih godina provedena su brojna mjerenja na različitim valnim duljinama od desetaka centimetara do djelića milimetra.

Promatranja su pokazala da je spektar zračenja u ravnoteži, kao što predviđa teorija vrućeg svemira. Odgovara Planckovoj formuli za ravnotežno zračenje s temperaturom od 2,7 K. Na sl. 21 prikazuje cijeli spektar elektromagnetskog zračenja u prostoru od metarskih radiovalova do ultraljubičasto zračenje * .

* (Naravno, radi se o spektru zračenja koji u prosjeku postoji u Svemiru daleko od zvijezda i drugih izvora.)

Takozvane radiogalaksije, o kojima je bilo riječi u poglavlju 3, emitiraju metarske valove. 1. Imaju snažna magnetska polja i energične elektrone. Kretanje elektrona u magnetska polja i uzrokuje radio emisije. U području vidljive svjetlosti zvijezde emitiraju svjetlost; u infracrvenom području vjerojatno sjaji uglavnom prašina zagrijana svjetlošću zvijezda. Mogući su i drugi izvori infracrveno zračenje. Između ta dva područja, radio valova i vidljive svjetlosti (i infracrvenih izvora), nalazi se područje spektra u kojem dominira kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje.

Zanimljivo je napomenuti da su astronomi otkrili prvu manifestaciju kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja još 1941. Tada je astrofizičar McKellar primijetio da su cijanogeni radikali primijećeni u međuzvjezdanom plinu u pobuđenom rotacijskom stanju koje odgovara temperaturi pobuđenja od oko 2,3 K. Što tada pobuđuje molekule, ostalo je nejasno. Nakon otkrića kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, I. S. Shklovsky i neovisno Field, Wulf, Tadeusz i drugi znanstvenici objasnili su to pobuđivanjem molekula kozmičkim mikrovalnim pozadinskim zračenjem. Promatranje odgovarajućih molekularnih linija u CN spektru pomoglo je izračunati temperaturu CMB zračenja na valnoj duljini λ ≈ 0,26. cm.

Ako na istoj valnoj duljini mjerimo intenzitet kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja koje nam dolazi iz različitih smjerova, tada se u granicama točnosti mjerenja pokazuje istim. Točnost mjerenja je desetinke postotka. Ova okolnost je važan dokaz da se širenje Svemira odvija izotropno ne samo sada, već iu dalekoj prošlosti, kada je gustoća materije bila tisućama puta veća od današnje. Uostalom, svemir je sada praktički proziran za kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, a ono dolazi do nas s velikih udaljenosti. O tome ćemo detaljnije govoriti u 8. poglavlju. 3. Samo za vrlo rane faze širenja ostaje mogućnost da Svemir ne posluša Friedmanovu teoriju!

CMB zračenje nije nastalo iz izvora poput svjetlosti zvijezda ili radio valova proizvedenih u radio galaksijama. CMB postoji od samog početka širenja Svemira. Bilo je to u toj vrućoj materiji Svemira koja se širila iz singularnosti.

Ako izračunamo ukupnu količinu gustoće energije koja je danas sadržana u kozmičkom mikrovalnom pozadinskom zračenju, ona će biti 30 puta veća od gustoće energije u zračenju zvijezda, radiogalaksija i drugih izvora zajedno. Možete izbrojati broj fotona kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja koji se nalaze u svakom kubičnom centimetru Svemira. Ispada da je koncentracija tih fotona:

Podsjetimo se da je prosječna gustoća obične materije u Svemiru oko 10 -30 (g/cm 3 ) (vidi Poglavlje 1). To znači da ako smo svu materiju ravnomjerno “razmazali” po prostoru, onda u jednom kubni metar postojao bi samo 1 atom (podsjetimo se da je masa atoma vodika, najčešćeg elementa u svemiru, oko 10 -24 g). U isto vrijeme, kubični metar sadrži oko milijardu fotona kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Dakle, kvanti elektromagnetski valovi, ove osebujne čestice, mnogo su češće u prirodi od obične materije. U § 2 pogl. 3 rečeno je da omjer broja kvanta elektromagnetskih valova prema broju teških čestica karakterizira entropiju Svemira. U našem slučaju ovaj omjer je *

* (Imajte na umu da je broj fotona po jedinici volumena dobro poznat iz mjerenja, ali gustoća obične materije, kao što smo vidjeli u Pogl. 1 je mnogo manje poznat. Stoga se relacija (6) može numerički mijenjati ovisno o usklađivanju gustoće tvari. Dakle, ako je ta gustoća jednaka ρ crit, tada je S = 10 8 .)

Dakle, entropija Svemira je ogromna. Omjer (6), kao što smo rekli, praktički se ne mijenja tijekom evolucije Svemira.

Otkriće kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja je monumentalno postignuće moderna znanost. To nam omogućuje da kažemo da je u ranim fazama širenja Svemir bio vruć. Predviđanje kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja napravljeno je u okviru teorije svemira koji se širi, pa njegovo otkriće još jednom pokazuje ispravnost i za kozmologiju plodotvornost puta naznačenog radovima A. A. Friedmana.

Godine 2006. John Mather i George Smoot dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za svoje otkriće spektra crnog tijela i anizotropije kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Ovi su rezultati dobiveni na temelju mjerenja izvršenih pomoću satelita COBE koji je lansirala NASA 1988. Rezultati J. Mathera i J. Smoota potvrdili su podrijetlo Svemira kao rezultat veliki prasak. Izuzetno mala razlika u temperaturi kozmičkog pozadinskog zračenja ΔT/T ~ 10 -4 dokaz je mehanizma nastanka galaksija i zvijezda.

J. Mather (r. 1946.)

J. Smoot (r. 1945.)

Riža. 52. Spektar crnog tijela kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja.

Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (ili kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje) otkrili su 1965. A. Penzias i R. Wilson. U ranoj fazi evolucije svemira, materija je bila u stanju plazme. Takav medij je neproziran za elektromagnetsko zračenje; dolazi do intenzivnog raspršenja fotona na elektronima i protonima. Kada se Svemir ohladio na 3000 K, elektroni i protoni su se ujedinili u neutralne atome vodika i medij je postao proziran za fotone. U to vrijeme, starost Svemira bila je 300 000 godina, tako da kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje daje informacije o stanju Svemira u ovoj eri. U to je vrijeme Svemir bio praktički homogen. Nehomogenosti Svemira određene su temperaturnom nehomogenošću kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Ova heterogenost je ΔT/T ≈ 10 -4 −10 -5. Nehomogenosti kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja svjedoče o nehomogenostima Svemira: prvih zvijezda, galaksija, skupova galaksija. Širenjem svemira valna duljina CMB-a je porasla Δλ/λ = ΔR/R i trenutno je valna duljina CMB-a u području radiovalova, temperatura CMB-a je T = 2,7 K.

Riža. 53. Anizotropija kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Tamnije boje označavaju područja CMB spektra koja imaju višu temperaturu.

J. Mather: “U početku je bio Veliki prasak−tako sada kažemo s velikim pouzdanjem. Satelit COBE, predložen kao projekt 1974. Nacionalnoj agenciji za aeronautiku i svemir (NASA) i lansiran 1989., pružio je vrlo čvrste dokaze u prilog tome: kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMBR, ili kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje) ima spektra gotovo idealno crno tijelo s temperaturom
2,725 ±0,001 K, a ovo zračenje je izotropno (isto u svim smjerovima) s relativnom standardnom devijacijom ne većom od 10 na milijun na kutnim skalama od 7° ili više. Ovo zračenje se tumači kao trag ekstremno vruće i guste rane faze evolucije Svemira. U tako vrućoj i gustoj fazi, stvaranje i uništavanje fotona, kao i uspostavljanje ravnoteže između njih i sa svim ostalim oblicima materije i energije, događalo bi se vrlo brzo u usporedbi s karakterističnom vremenskom skalom širenja Svemira. . Takvo stanje bi odmah proizvelo zračenje crnog tijela. Svemir koji se širi mora zadržati prirodu crnog tijela ovog spektra, tako da bi mjerenje bilo kakvog značajnog odstupanja od idealnog spektra crnog tijela ili poništilo cijelu ideju Velikog praska ili pokazalo da je nešto energije dodano CMB-u nakon brzog uspostavljanja ravnoteže. (na primjer, od raspada nekih primarnih čestica). Činjenica da je ovo zračenje izotropno do tako visokog stupnja ključni je dokaz da dolazi od Velikog praska."

Riža. 54. Robert Wilson i Arno Penzias kod antene gdje je snimljeno kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje.

J. Smoot: “Prema teoriji vrućeg svemira, kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje je rezidualno zračenje nastalo u najranijim visokotemperaturnim fazama evolucije svemira u vrijeme koje je bilo blizu početka širenja modernog svemira prije 13,7 milijardi godina. . Sam CMB može se koristiti kao moćan alat za mjerenje dinamike i geometrije svemira. CMB su otkrili Penzias i Wilson u Laboratoriju. Bella 1964. godine
Otkrili su postojano izotropno zračenje s termodinamičkom temperaturom od oko 3,2 K. U isto vrijeme, fizičari na Princetonu (Dicke, Peebles, Wilkinson i Roll) razvijali su eksperiment za mjerenje kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja predviđenog teorijom vrućeg svemira. Slučajno otkriće CMB Penzias i Wilson otvorili su novu eru u kozmologiji, označivši početak njezine transformacije iz mita i spekulacija u punopravni znanstveni smjer.
Otkriće anizotropije temperature kozmičke mikrovalne pozadine revolucioniralo je naše razumijevanje svemira i njegove moderna istraživanja nastaviti revoluciju u kozmologiji. Iscrtavanje spektra kutne snage temperaturnih fluktuacija CMB-a s platoima, akustičnim vrhovima i opadajućim visokofrekventnim repom dovelo je do uspostavljanja standardnog kozmološkog modela u kojem je geometrija prostora ravna (koja odgovara kritičnoj gustoći), tamna energija i tama materija dominira, a postoji samo malo obične materije. Prema ovom uspješno potvrđenom modelu, promatranu strukturu Svemira formirala je gravitacijska nestabilnost, koja je pojačala kvantne fluktuacije nastale u vrlo ranoj inflacijskoj eri. Sadašnja i buduća promatranja testirat će ovaj model i identificirati ključne kozmološke parametre s izvanrednom preciznošću i značajem."