Първоначално в http://www.astro.ubc.ca/people/scott/faq_basic.html. Отиди на главната страница.

Ако хората често задавани въпроси относно CMB, то тези биха могли да бъдат сред тях!

Какво, още едно съкращение?

CMB е съкращение за Cosmic Microwave Background (космически микровълнов фон). Той също така понякога се нарича CBR от Cosmic Background Radiation (Космически радиационен фон), въпреки че това е наистина един по-общ термин, който включва други космически фонове, например инфрачервен, радио, рентгенов, гравитационно вълнов, неутринен. CMB съдържа много повече енергия, отколкото всеки друг източник на космическа радиация, така че той е доминиращ елемент от цялостния CBR спектър. Други съкращения като CMBR понякога също така се използват!

Какво е „космическото“ в него?

Ние се отнасяме към него като „космически“, защото единственият известен източник на това излъчване е ранната Вселена. Сега вече можем твърдо да заключим, че CMB е охладен остатък от самия горещ голям взрив.

Защо „микровълнов“?

Светлината се разпространява в обхват от дължини на вълната – от най-късата дължина на вълната на гама-лъчите до най-дългите радиовълни, като най-обикновената видима светлина е в средата. Всички тези сигнали са проявления на едно и също базово физическо явление, което е пътуващи пакети от осцилиращи електрически и магнитни полета, наречени електромагнитна радиация. Всички форми на електромагнитно излъчване се движат с една и съща скорост – скоростта на светлината, която е 300 000 км/сек. Електромагнитната радиация на различните дължини на вълните ще взаимодейства с материята по различни начини. Например, радиовълните се приемат от радиоприемник, вашите очи откриват видимата светлина, инфрачервеното излъчване затопля кожата, рентгеновите лъчи проникват в тялото ви, а гама-лъчите могат да ви причинят радиационна вреда.

Микровълни е наречено излъчването между областта на инфрачервените и радио вълните, с дължини на вълната обикновено в обхвата от един милиметър до 10 сантиметра. Някои специфични дължини на микровълните могат да бъдат използвани, за да се възбудят молекулите в храната, така че можете да ги използвате, за да готвите. Оказва се, че ако имате чувствителен микровълнов телескоп в дома си, ще можете да откриете слаб сигнал, изпускан от вашата микровълнова фурна, както и от различни други изкуствени източници, но също така и по-слаб сигнал, идващ от всички посоки, накъдето сте го насочили. Това е космическият микровълнов фон.

Защо се нарича „фон“?

Ние се отнасяме към това излъчване като фон, защото го откриваме, без значение накъде се вглеждаме. То очевидно не идва от някои близки обекти, като звезди или облаци в нашата Галактика, или дори от външни галактики. Ясно е, че това е далечен „фонов“ източник на излъчване. Можете да мислите за цялата Вселена като за изпълнена с този фон от микровълнови фотони.

Как да произнесем „анизотропия“?

Ако никога не сте се сблъсквали с тази дума преди, то (очевидно) тя е нова за вас и дори професионалните космолози понякога я произнасят неправилно. Тогава това е добър въпрос, но е трудно да се отговори в обикновен текст! По принцип ударението е на третата сричка, а често срещана грешка е да се наблегне на четвъртата. Объркването вероятно произтича от знанието, как се произнася „анизотропна“, а след това се смята, че можете просто да го произнесете по същия начин, но без последната съгласна.

Защо CMB подкрепя картината на Големия взрив?

Основният момент е, че спектърът на CMBе изключително близък до теоретичния спектър на това, което е известно като „черно тяло“, което означава предмет в „топлинно равновесие“. Топлинно равновесие означава, че обектът е имал достатъчно време, за да се установи в естественото си състояние. Едно средно парче горещ, нажежен въглен например не е в много добро термично равновесие, а спектърът на „черното тяло“ е само едно грубо приближение на спектъра на жаравата. Но се оказва, че ранната Вселена е била в много добро топлинно равновесие (основно, защото времето за установяване е много по-кратко от времето за разширяване на Вселената). И оттам радиация от тези много ранни времена трябва да има спектър много близък до този на абсолютно черно тяло.

Наблюдаваният CMB спектър е всъщност по-добър от най-добрия спектър на черно тяло, който можем да постигнем в лаборатория! Така че е много трудно да си представим, че CMB идва от емисии от някакво нормално “нещо” (тъй като, ако се опитате да направите „нещо“ при някаква температура, то ще има склонност или да излъчва, или да поглъща предимно определени дължини на вълната). Единственото обяснение за еднородното излъчване с такъв прецизен спектър е, че идват от цялата Вселена от време, когато тя е била много по-гореща и по-плътна отколкото е сега. Оттук и CMB спектърът е по същество неопровержимо доказателство, че Вселената е преживяла етап на „горещ Голям взрив“ (това не означава, че ние сме разбрали първоначалния миг, а само че знаем, че Вселената е била много гореща и плътна и се разширява непрестанно оттогава).

Като цяло, трите крайъгълни камъка на модела на Големия взрив са: (1) природата на CMB спектъра на абсолютно черно тяло; (2) червеното отместване на далечни галактики (показващо приблизително равномерно разширяване) и (3) наблюдаваните излишества от леки елементи (в частност хелий и тежък водород), което показва, че те са били “варени” през цялата Вселена в ранните времена. Поради тези три основни факта, всички от които намират все повече подкрепа през десетилетията, след като са били открити, и няколко подкрепящи доказателства, открити през последното едно-две десетилетия, моделът на Големия взрив е станал стандартната картина за развитието на нашата Вселена.

Мога ли сам да видя космическия микровълнов фон?

Всъщност можете! Ако настроите вашия телевизор между каналите, няколкото процента „сняг‘, които виждате на екрана си, са шум, причинен от микровълновия фон.

Как се стигнало до това да можем да кажем как се движим по отношение на космическия микровълнов фон?

Не означава ли това, че има абсолютна референтна рамка?
Теорията на относителността се основава на принципа, че няма предпочитани референтни рамки. С други думи, цялата Айнщайнова теория се основава на предположението, че физиката работи еднакво, независимо от това каква е скоростта и посоката ви. Така че фактът, че е налице референтна рамка, в която не съществува движение през CMBизглежда нарушава специалната теория на относителността!

Въпреки това, решаващото предположение от теорията на Айнщайн не е, че няма специални рамки, а това, че няма специални рамки, където законите на физиката са различни. Там ясно има рамка, в коятокосмическият микровълнов фон е в покой, и това е, в известен смисъл, рамката на Вселената в покой. Но за да направим някакъв физически експеримент, всяка друга рамка е също толкова добра, колкото тази. Така че единствената разлика е, че в рамката на покой на CMB вие не мерите скорост по отношение на фотоните на CMB, но това не предполага някаква фундаментална разлика в законите на физиката.

Какъв вид телескоп се използва, за да се наблюдава CMB

Подобно на светлината с всяка друга дължина на вълната общата система се състои от чиния за събиране и фокусиране на излъчването, начин на подаване на излъчването към уредите и накрая самите уреди, които се използват за откриване и записване на сигналите. За микровълните чиниите или набора от чинии са направени от материал (метал), който отразява микровълните. Фокусираното излъчване се транспортира до приемниците с помощта на „вълноводи“, които представляват тръби, специално настроени за предаване на микровълнови сигнали.

А детекторите са два вида. „Болометрите“ включват технологии, разработени за откриване на инфрачервени лъчи. Те са по същество микроскопични парченца от специални материали, които абсорбират микровълновото излъчване. Това от своя страна индуцира много малка промяна на температурата, което се открива с топлинен сензор. Тези температурни колебания се вкарват в електрическа верига и съхраняват на компютър. Другата технология включва високопроизводителни транзистори, които работят до голяма степен по същия начин като входната схема на радиоприемник, само че са много, много по-ефективни при приемането на микровълни. Отново сигналът след това се изтегля и съхранява в електронен вид.

Ако се интересувате от повече подробности, може да искате да прегледате един добър стегнат текст като „Откриване на светлина от ултравиолетовия до субмилиметровия обхват“, от Дж. Х. Рейке, Cambridge Press, 1996.

Откъде всъщност идват фотоните?

Много добър въпрос. Ние вярваме, че много ранната Вселена е била много гореща и плътна. В достатъчно ранен момент тя е била толкова гореща, т.е. имало е толкова много енергия наоколо, че двойките частици и анти-частици непрекъснато са се създавали и унищожавали (анихилирали) отново. Тази анихилация произвежда чиста енергия, което означава частици светлина – фотони. С разширяването на Вселената и спадането на температурата частиците и анти-частиците (кварки и други подобни) анихилират за последен път, а енергиите са били достатъчно ниски, така че те не биха могли да бъдат пресъздадени отново. По някаква причина (която все още не се разбира много добре) ранната Вселена е имала в един милиард повече частици от анти-частици. Така че, когато всички анти-частици са анихилирали всички частици, това е оставило около милиард фотони за всяка частица материя. И това е начинът, по който Вселената е стигнала сегашния си вид!

Така че фотоните, които наблюдаваме в космическия микровълнов фон, са създадени още в първата минута или около толкова от историята на Вселената. Впоследствие те се охлаждат заедно с разширяването на Вселената и в крайна сметка те могат да се наблюдават днес с температура от около 2,73 Келвин.

Ще ми отговорите ли на моя въпрос за CMB?

Може би. Изпратете имейл на dscott@astro.ubc.ca и да видим какво ще стане.

Ето няколко примера.

http://www.astro.ubc.ca/people/scott/faq_email.html

Leave a Comment