Szukaj na tym blogu

piątek, 14 grudnia 2018

Elektromagnetyczne promieniowanie tła

Promieniowanie reliktowe, które jest reliktem hipotezy Wielkiego Wybuchu nie ma żadnego związku z temperaturą wczesnego Wszechświata, jak to jest obecnie błędnie interpretowane. W rzeczywistości jest sposobem w jakim widzimy nasz nadwszechświat. Odbieramy  promieniowanie będące skutkiem przenikania "skolapsowanej" ciemnej materii z nadwszechświata do Wszechświata. Ciemna materia, czyli przestrzeń która ma masę pojawia się jednocześnie w całej objętości wszechświata i tego jest efektem ten syczący szum.

A tymczasem promieniowanie reliktowe nazywane jest także promieniowaniem tła, promieniowaniem szczątkowym, promieniowaniem resztkowym.

 Epopeja promieniowania tła miała swój początek kiedy to amerykański fizyk jądrowy i astrofizyk, pochodzenia rosyjskiego George Anthony Gamow wysunął przypuszczenie, że wczesny Wszechświat był wypełniony gorącym gazem swobodnych neutronów. W 1948 roku Gamow uświadomił sobie, że jego gorące neutrony doprowadziłyby do wytworzenia fotonów o widmie ciała doskonale czarnego. Nie oznacza to, że Gamow, jak i jego współpracownicy Alpher i Herman byli przekonani, że fotony te przetrwałyby w dzisiejszym Wszechświecie jako szczególnego rodzaju widmo. Jednak ziarno, z którego wyrosła z czasem "epopeja" zwana promieniowaniem reliktowym, zostało posiane.

Mikrofalowe promieniowanie tła, jest rodzajem promieniowania o rozkładzie termicznym energii, czyli widmie ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7249 - 2,7252 K. Maksimum gęstości energii przypada na fale o długości 1,1 mm. Spostrzeżenie zostało potwierdzone w zakresie długości fal od 0,6 mm do 60 cm, a jego natężenie odpowiadało promieniowaniu cieplnemu odpowiadającemu temperaturze 3 K.

Promieniowanie termiczne emitowane jest przez każdą materię o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego.

Promieniowaniem termicznym nie jest:

  • światło powstające w wyniku luminescencji
  • światło laserowe
  • fala elektromagnetyczna emitowana przez antenę radiową

Promieniowanie tła wypełnia jednorodnie cały Wszechświat, i dociera z każdego kierunku.

Promieniowanie o krótkiej długości fali jest wysokoenergetyczne, na przykład promieniowanie gamma. Podczas gdy promieniowanie radiowe, o dłuższej długości fali, niesie ze sobą niewielką ilość energii. We wczesnym wszechświecie promieniowanie było niezwykle mocne. W miarę rozszerzania się wszechświata długość fali samego promieniowania ulegała zwiększeniu. Rosła razem z wszechświatem.

Ze wzrostem długości fali maleje jego energia, nie jest już tak wysoka by tworzyć promieniowanie gamma, którym było na początku, w miarę ochładzania staje się promieniowaniem rentgenowskim, światłem widzialnym, aż wreszcie jest tak słabe, że zostaje promieniowaniem mikrofalowym.

I jego właśnie szukały całe zastępy naukowców.



   Źródło grafiki opisującej właściwości widma fali elektromagnetycznej: Wikipedia




Wiosną 1964 roku Penzias i Wilson przez przypadek zarejestrowali pierwsze sygnały syczącego szumu radiowego, który jak  obecnie są przekonani zwolennicy hipotezy Wielkiego Wybuchu jest  efektem gwałtownej eksplozji Wszechświata.
Przez przypadek zarejestrowali pierwsze sygnały syczącego szumu, podczas gdy ten szum odbierał wówczas obligatoryjnie każdy telewidz gdy na wejściu głowicy wielkiej częstotliwości telewizora nie było sygnału telewizji, czyli ma to być dowód na to, że jak głosi hipoteza Wielkiego Wybuchu, został on, ten szum, przewidziany najpierw teoretycznie, a dopiero po wielu latach, faktycznie wykryty. Dlaczego nie szukali tego szumu gdy go przewidzieli, tylko czekali na przypadkowe odkrycie.
Ta historia kupy się nie trzyma.

                                    Szum promieniowania tła widoczny na ekranie telewizora
Fot: Nighstars Kamil, miłośnik i popularyzator astronomii oraz nocnej fotografii i astrofoto
     
Historyczna antena uczestnicząca w akcie znalezienia dowodu potwierdzającego Wielki Wybuch
 Zdjęcie: Fabioj  Wikimedia Commons



Jednorodność i izotropowość tego promieniowania wydawała się wówczas (w latach 50-tych i 60-tych) bezdyskusyjna i oczywista. Astronomowie i astrofizycy z tamtych lat, poszukiwali źródła fluktuacji temperaturowych we wczesnym Wszechświecie. Już jednak pod koniec lat 60-tych i w latach 70-tych niektórzy fizycy, podchodząc do tego zagadnienia od strony fizyki statystycznej wypowiadali pogląd, że Wczesny Wszechświat miał prawo do odrobiny indywidualności i powinny istnieć fluktuacje temperaturowe w rozkładzie tego promieniowania, oszacowali je na niecały 1 K.

     Poźniejsze obserwacje naziemne z lat 70-tych i 80-tych wskazywały jednak na jednorodność i izotropowość z dokładnością poniżej 0.001 K. I to dopiero stało się nieco zagadkowe. Obserwacje satelity COBE pokazały, że fluktuacje są, ale na poziomie poniżej 0.0001 K. Oczekiwanych niejednorodności w promieniowaniu tła do dzisiaj nie znaleziono. Jest to jeden z problemów współczesnej kosmologii nazywany "Problemem daleko posuniętej jednorodności promieniowania reliktowego".


     Dzisiejszy obszar dostępnego naszym obserwacjom horyzontu składał się kiedyś (np. w erze dominacji promieniowania, lub jeszcze dawniej - przy założeniu że był Wielki Wybuch) z wielu przyczynowo rozłącznych podobszarów. Zastanawiająca jest więc w tej sytuacji tak duża jednorodność temperaturowa promieniowania reliktowego obserwowana obecnie. W jaki sposób wyrównały się temperatury (i to z dokładnością do 0.0001 K) w obszarach, które kiedyś były przyczynowo rozłączne. Trudno bowiem uwierzyć w samoistną jednorodność tej temperatury i brak jakichkolwiek większych fluktuacji w całym wczesnym Wszechświecie.

I tu właśnie pewną propozycją staje się koncepcja "inflacyjnej fazy ekspansji", w czasie której, tempo ekspansji wzajemnych odległości narastało szybciej, niż tempo ekspansji rozprzestrzeniania się obszaru (zbioru) zdarzeń, które mogą być przyczynowo powiązane. Wówczas, to co dziś obserwujemy jako nasz horyzont kosmologiczny pochodziłoby z "inflacyjnego” rozdęcia dawnego niewielkiego obszaru przyczynowo powiązanego.
Aby powyższe sformułowanie miało sens, to w fazie inflacyjnej tempo narastania wzajemnych odległości musiałoby przekroczyć prędkość światła i to wielokrotnie. Jak to możliwe? Otóż zgodnie z teorią względności żadna cząstka nie jest w stanie wygrać wyścigu z promieniem świetlnym. Natomiast jeżeli odległości między cząstkami wzrastają w związku z rozciąganiem się przestrzeni między nimi , to teoria względności nie nakłada żadnych ograniczeń na prędkość takiego rozciągania.

Krótka historia promieniowania reliktowego

Źródło: NASA/ WMAP Science Team
Penzias i Wilson odkryli resztkowe promieniowanie po Wielkim Wybuchu za co otrzymali Nagrodę Nobla /1965 r/.


Satelita Cobe po raz pierwszy odkrył fluktuacje temperatury w promieniowaniu tła /1992 r/.

Dane sondy WMAP umożliwiły otrzymanie znacznie większej rozdzielczości obrazu fluktuacji promieniowania tła /2003 r/.





Zaplanowana na 2007 rok, sonda  "Planck"została ostatecznie wystrzelona 14 maja 2009 roku.
Misja Planck jest zaplanowana do końca 2011 roku.
Kliknięcie na sondę Planck uruchomi link do strony NASA prezentującej animację metodyki skanowania promieniowania tła przez sondę Planck.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     
Zdjęcie: Mike PeelMike Peel - wiki http://www.mikepeel.net/

       Poprzednia strona:   Ewolucja hiperwszechświata  


                      Spis treści 
        Strona główna     Na początku      Odpychanie kosmiczne 
       Hiperwszechświat     Ekspansja     Ewolucja wszechświata  
     Promieniowanie reliktowe     Czarna dziura   Ciemna materia 
        Promień Schwarzschilda    Poczerwienienie grawitacyjne 
  
  //.&m/201/11/czarna-dziura.html