Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Однако испускаемое телом излучение не ограничивается видимым светом. Все излучающие свет тела, кроме лазеров, испускают волны различных частот (или цветов), при этом цвет, воспринимаемый глазом, соответствует наиболее интенсивному свету. (Вот почему лампы накаливания горячие на ощупь: несмотря на то что большая часть испускаемого ими света относится к видимому спектру, они также излучают в инфракрасном диапазоне, что заставляет их нагреваться) [19] Проницательный читатель помнит, что на самом деле это человеческий организм ощущает инфракрасный свет как тепло. (Прим. ред.) . Для всех видов теплового излучения, в том числе для того, которое испускается раскаленной кочергой, человеческим телом и голубым пламенем конфорки газовой плиты, сохраняется одна и та же взаимосвязь между интенсивностью света и частотой. В зависимости от температуры тела наиболее яркий свет будет соответствовать пиковой длине волны, а по обе стороны от пика свет будет быстро тускнеть. Построив график зависимости интенсивности излучения от длины волны, мы получим кривую, описывающую характер излучения абсолютно черного тела, воспроизводимую всеми телами, которые светятся в результате нагревания [20] «Абсолютно черным телом» называется гипотетический объект, который поглощает весь падающий на него свет и излучает его в виде тепла. Разумеется, в природе не существует таких идеальных объектов; все тела отражают немного света, а часть его поглощается без переизлучения. Однако большинство материалов при нагревании начинают светиться, и характер этого свечения примерно соответствует форме кривой излучения черного тела. . Оказалось, что при измерении интенсивности космического микроволнового фонового излучения на разных частотах получается самая точная кривая излучения черного тела из когда-либо полученных в природе. Единственным объяснением является то, что сама Вселенная когда-то была очень горячей.

Согласно легенде, когда этот результат был впервые представлен в виде графика на одной из конференций, аудитория буквально взорвалась аплодисментами. Отчасти такой энтузиазм был обусловлен тем, что измерение оказалось чрезвычайно впечатляющим и точным, а также идеально вписывающимся в теорию (что всегда бывает очень приятно). Однако я совершенно уверена, что другой причиной было осознание людьми того, что они фактически наблюдают Большой взрыв. Лично меня это поражает до сих пор.

Реликтовое излучение не только представляет собой удивительное явление, но и дает нам возможность узнать о первых мгновениях жизни Вселенной и ее эволюции. Кроме того, оно предоставляет нам некоторые подсказки о том, к чему все идет, как мы увидим в следующих главах.

Однако если вы составите карту реликтового излучения, на которой цветом будет обозначена разница температур в различных областях неба, она может показаться вам довольно скучной из-за практически полного отсутствия цветовых вариаций. Тем не менее, обнаруживаемые мельчайшие отклонения могут многое нам рассказать. Если увеличить контрастность, карта КМФИ превратится в пятнистое полотно, напоминающее абстрактную картину, нарисованную в стиле пуантилизма огромной кистью размером с полную Луну, если смотреть на нее с Земли. Пятна одного цвета скапливаются в определенных местах, а в других смешиваются с пятнами другого цвета. При этом некоторые пятна оказываются чуть более красными, а некоторые – чуть более синими [21] Весь свет находится в микроволновой части спектра, поэтому «красные» области соответствуют низкочастотному микроволновому излучению, а «синие» – высокочастотному микроволновому излучению, однако при составлении карт мы используем именно цвета, например красный и синий, которые способен различать человеческий глаз. . Цветовые вариации показывают те места, где бурлящая первичная космическая плазма была чуть холоднее или горячее из-за незначительной разницы в плотности, – плотность в каждой точке отклоняется от среднего значения не более чем на одну стотысячную. (Чтобы представить, сколько это, вылейте в бассейн банку с газировкой).

С помощью тщательных расчетов мы можем определить, как эти крошечные вариации плотности за несколько тысячелетий превращаются в целые скопления галактик. Гравитационный коллапс – очень мощная вещь. Сгусток вещества, плотность которого превышает плотность находящейся поблизости материи, будет притягивать эту материю, все больше и больше увеличивая контраст с менее плотной областью. Богатые становятся богаче, а бедные – беднее.

С помощью компьютерного моделирования, которое позволяет за несколько секунд показать процессы, занимающие миллиарды лет, мы можем наблюдать, как чуть более плотный сгусток материи притягивает достаточное количество окружающего его менее плотного газа, формируя первую звезду во Вселенной. Эти звезды образуются в первых галактиках, которые собираются в скопления, превращая пятнистую карту КМФИ в наблюдаемую сегодня космическую паутину из узлов, нитей и пустот, усыпанную галактиками, сверкающими, словно капли росы. Если вы сравните результаты одной из этих компьютерных симуляций с реальной трехмерной картой космоса, каждая точка которой представляет собой одну галактику, вам будет очень сложно их различить.

Итак, Большой взрыв имел место. Мы его наблюдали, мы его рассчитали, теория подтвердилась. Теперь устраивайтесь поудобнее возле сияющего космического черного тела и послушайте историю происхождения космоса.

Далеко не всю космическую историю можно наблюдать непосредственно. События, имевшие место за несколько сотен тысяч лет до окончания стадии огненного шара и спустя около полумиллиона лет после него, чрезвычайно сложно поддаются изучению. В первом случае это происходит из-за слишком большого количества света (представьте, что вы пытаетесь посмотреть сквозь стену огня), а во втором – из-за слишком малого его количества (представьте, что вы пытаетесь рассмотреть пылинки в воздухе между вами и стеной огня). Однако реликтовое излучение, говорящее нам, что произошло прямо посередине между этими событиями, позволяет произвести экстраполяцию в обоих направлениях и получить убедительные данные о том, как развивалась Вселенная на протяжении 13,8 миллиарда лет, начиная с первой миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды.