Początek. Jim Baggott

Читать онлайн книгу.

Początek - Jim  Baggott


Скачать книгу
przeze mnie podtytuł tego rozdziału jest zapewne mylący. Fotony istniały we Wszechświecie niemal od samego początku, rzecz jasna, tak więc ten moment rekombinacji43 trudno uznać za sygnał dający początek elementarnym cząstkom światła. Jednak teraz fotony zostały uwolnione z więzów materii i będą trwać całą wieczność, swobodnie przemierzając Wszechświat w sposób, w jaki światło dociera do nas ze Słońca. Może moment ten nie wyznacza początku istnienia cząstek światła, ale z pewnością symbolizuje początek zjawiska światła takim, jakie je znamy.

      I jest to najstarsze światło w całym Wszechświecie.

      Wszechświat staje się teraz przezroczysty, zalewany przez światło uwolnione przez rekombinację. Część tego światła leży w zakresie widzialnym, choć, oczywiście, nie ma nikogo, kto mógłby je zobaczyć. Jego widmo rozciąga się w bardzo szerokim zakresie częstotliwości lub długości fal, notując maksymalne natężenie w podczerwieni. Wszechświat dosłownie skąpany jest w ciepłym blasku, „pobrzasku” aktu stworzenia.

      Światło przestaje odgrywać jakąkolwiek rolę, po prostu coraz bardziej stygnie, unoszone dalej przez rozszerzającą się czasoprzestrzeń. Jednak w jego własnościach zamknięte są wskazówki dotyczące okoliczności jego powstania. Jak cząstki ciemnej materii i neutrina, światło to jest niemym świadkiem bardziej burzliwych czasów we wczesnej historii Wszechświata. Jednakże, w przeciwieństwie do cząstek ciemnej materii i neutrin, pewnego dnia głos tego świadka będziemy w stanie usłyszeć.

      MIKROFALOWE PROMIENIOWANIE TŁA

      Alpher popadł we frustrację, ponieważ opracowany przez niego i Gamowa model pierwotnej nukleosyntezy nie przewidywał wytworzenia żadnych pierwiastków cięższych od helu. Tymczasem Gamow posunął badania teoretyczne do przodu, skupiając się na innych aspektach fizyki okresu zaraz po Wielkim Wybuchu. Latem 1948 roku wysłał Alpherowi rękopis artykułu, który niedawno złożył w redakcji brytyjskiego pisma „Nature”. Praca dotyczyła problemu gęstości materii i promieniowania w chwili rekombinacji.

      Alpher i Herman zdecydowali się wykorzystać nadarzającą się okazję, aby zrobić coś więcej niż zwykłe sprostowanie. W krótkim artykule wysunęli tezę, iż promieniowanie uwolnione w chwili rekombinacji mogło przetrwać do dnia dzisiejszego w formie kosmicznego „promieniowania tła”, przenikającego Wszechświat i wypełniającego całą przestrzeń. Należało się spodziewać, że będzie ono miało charakterystykę tak zwanego ciała doskonale czarnego.

      Jeśli ogrzejemy dowolne ciało do wysokiej temperatury, zyska ono energię i będzie emitować światło. Zwykliśmy używać zwrotów: ciało „rozgrzane do czerwoności” albo „rozżarzone do białości”. Wraz ze wzrostem temperatury obiektu rośnie natężenie emitowanego przezeń światła i następuje przesunięcie maksimum krzywej blasku ku wyższym częstotliwościom (krótszej długości fali). W miarę rozgrzewania ciało najpierw jaśnieje czerwonym blaskiem, potem pomarańczowożółtym, później jasnoniebieskim, a następnie jaskrawobiałym.

      „Ciało doskonale czarne” jest czysto teoretycznym obiektem, który w ogóle nie odbija światła (co znaczy, że jest całkowicie czarny), pochłaniającym i emitującym promieniowanie świetlne bez faworyzowania jakiejkolwiek szczególnej długości fali. Natężenie promieniowania ciała doskonale czarnego jest więc bezpośrednio związane z ilością zgromadzonej w nim energii, gdy znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej z otoczeniem. To właśnie badania promieniowania ciała doskonale czarnego w 1900 roku pozwoliły Planckowi odkryć coś, co później zostanie nazwane przez Einsteina „kwantami światła”, czyli fotonami.

      Był to nieoczekiwany wniosek, wysnuta z teoretycznych rozważań prognoza, która mogła pojawić się wyłącznie na gruncie kosmologii przyjmującej za punkt wyjścia gorący Wielki Wybuch. Dowód na to, że nasz Wszechświat miał swój początek w ognistej kuli Wielkiego Wybuchu, powinien znajdować się wszędzie wokół nas, pod postacią niewidzialnego, a mimo to możliwego do wykrycia promieniowania mikrofalowego.

      Tak właśnie bywa w fizyce – błędy nasze nie polegają na tym, że zbyt poważnie traktujemy własne teorie, ale na tym, iż nie traktujemy ich wystarczająco poważnie.

      Niezależnie od powodów, nawet biorąc pod uwagę fakt, że technologia potrzebna do odkrycia mikrofalowego promieniowania tła raczej nie była dostępna w latach pięćdziesiątych XX wieku, nie odnotowano wielkiego zainteresowania rozpoczęciem systematycznych poszukiwań.

      Peebles wrócił do domu i przemyślał sprawę. Ponownie opracował wersję modelu Wielkiego Wybuchu, którą Gamow, Alpher i Herman rozwinęli i wykorzystali do prognozowania istnienia kosmicznego promieniowania tła o temperaturze około 10 kelwinów. Kiedy jednak złożył pracę do druku, redakcja pisma odmówiła publikacji z uzasadnieniem, że zagadnienie zostało już wyczerpująco opisane kilka lat wcześniej przez Alphera, Hermana i Gamowa. Dla Peeblesa to niespodzianka.

      Niecałe pięćdziesiąt kilometrów dalej, w ośrodku badawczym Laboratoriów Bella w Holmdel w stanie New Jersey, radioastronomowie Arno Penzias i Robert Wilson głowili się, co może być źródłem dość dokuczliwej interferencji


Скачать книгу