Тайны пространства и времени - Комаров Виктор Ноевич (читаем книги онлайн бесплатно TXT) 📗
Автор: В ряде своих работ, Аркадий Дмитриевич, вы уделяете значительное внимание созданию так называемого информационного общества. Что конкретно имеется в виду?
Урсул: Информационное общество – это общество, в котором работа с информацией является приоритетным направлением человеческой деятельности. Такое общество насыщено компьютерной техникой, соответствующими коммуникациями и линиями связи, которые в принципе доступны каждому. В таком обществе работой с информацией занято до 90% трудоспособного населения, 6-7% – занято в промышленности и в сфере обслуживания и около 3% в сельском хозяйстве. Иными словами, в информационном обществе ценность информации начинает превосходить ценность материальных ресурсов, энергии и продуктов производства.
Глава 7
ЕЩЕ РАЗ О ПРОСТРАНСТВЕ ВСЕЛЕННОЙ
Мы вновь возвращаемся к вопросу о том, что происходит в «пространстве-времени» нашей Вселенной. И еще раз напоминаем о том, что все объекты, которые находятся в этой области Мироздания, а также их поведение тесно связаны с ее геометрическими свойствами, ее геометрическим «каркасом» и топологией. Именно по этой причине они интересуют нас в первую очередь.
Излучение из прошлого
Георгий Гамов в своем первом варианте теории горячей расширяющейся Вселенной предсказал, что когда в процессе расширения температура плазмы упадет до нескольких тысяч Кельвинов и плотность вещества сравняется с плотностью излучения, плазма сделается прозрачной для электромагнитных волн. Тогда электромагнитное излучение как бы «оторвется» от вещества и постепенно заполнит все пространство Вселенной. Впоследствии советский астрофизик И. Шкловский предложил называть это «излучение из прошлого» – «реликтовым».
История его обнаружения довольно любопытна… Реликтовое излучение в некотором смысле случайно, впервые его зарегистрировали американские радиофизики А. Пензиас и Р. Вильсон, которым 13 лет спустя за это открытие была присуждена Нобелевская премия.
Первые попытки обнаружить радиоизлучение, идущее из глубины времен, и тем самым подтвердить теорию горячей расширяющейся Вселенной относятся к началу 1960-х годов. Тогда Известный американский физик Р. Дикке и его сотрудники в Принстонском университете сконструировали специальную установку для обнаружения реликтового излучения и осенью 1964 года приступили к ее созданию.
В то же самое время Пензиас и Вильсон по заданию известной радиотелефонной фирмы «Белл» занимались изучением характеристик новой радиоастрономической антенны, предназначавшейся для системы радиосвязи через искусственные спутники Земли. Эта система и связанная с ней аппаратура отличались очень хорошей защитой от помех и низкой шумовой температурой, то есть сами приемные устройства вносили в результаты измерений минимальные искажения. Такого результата удалось достичь благодаря специальной конструкции приемной аппаратуры с усилителем на рубиновом кристалле, охлаждаемом жидким гелием.
В процессе работы ученые обнаружили неожиданную помеху – непонятный шумовой фон на волне длиной 7,3 сантиметра. Дальнейшие измерения показали, что загадочный радиошум не зависит ни от направления антенны, ни от времени суток и года. Это указывало на его космическое происхождение.
В мае 1965 года статья Пензиаса и Вильсона, в которой сообщались результаты исследований неизвестного излучения, однако без объяснения его физической природы, была опубликована в «Астрофизическом журнале». Объяснение в том же номере журнала дала группа Р. Дикке, истолковавшая таинственный шумовой фон как реликтовое излучение.
Справедливость, однако, требует отметить, что еще до появления статей в «Астрофизическом журнале» была опубликована весьма интересная работа советских астрофизиков А.Г. Дорошкевича и И.Д. Новикова, в которой обосновывалась возможность практической регистрации реликтового радиоизлучения. Авторы статьи впервые рассчитали весь спектр излучения от известных в то время источников радиоизлучения во Вселенной с учетом их эволюции в процессе расширения и показали, как на их фоне должно выглядеть реликтовое излучение. При этом они пришли к выводу, что в области сантиметровых и миллиметровых волн это излучение может быть практически обнаружено. И действительность подтвердила это предсказание.
По мере расширения Вселенной реликтовое излучение постепенно остывало и его современная температура составляет около 3 Кельвинов.
Максимум интенсивности реликтового излучения лежит в области сверхкоротких волн длиной в доли миллиметра. Электромагнитные волны такой длины практически не испытывают поглощения в космическом пространстве и по этой причине приходят к нам с очень далеких расстояний.
Многократные измерения интенсивности реликтового излучения в различных направлениях показали, что с большой точностью оно однородно и изотропно. Это значит, что куда бы мы ни направили наш радиотелескоп, интенсивность реликтового излучения окажется практически одинаковой. Этот факт как раз и свидетельствует о том, что излучение, о котором идет речь, действительно является реликтовым, а не излучением, возникшим в каких-либо обособленных, дискретных источниках.
Существование реликтового излучения – очень важное, можно сказать, решающее подтверждение того фундаментального факта, что мы в самом деле живем в расширяющейся Метагалактике. В частности, исследование его физических характеристик показало, что первоначальная плазма действительно обладала чрезвычайно высокой температурой. Тем самым было получено подтверждение справедливости теории горячей расширяющейся Вселенной.
Однако всем сказанным значение реликтового излучения для познания окружающего нас мира не ограничивается. Так, например, исследование этого излучения позволило получить данные, которые являются независимым подтверждением фундаментального вывода современной астрофизики об однородности нашей Вселенной в больших масштабах. Если бы в окружающем нас мире существовали достаточно большие регионы с повышенной плотностью вещества, сравнимые по своим размерам со всей наблюдаемой областью пространства, то в этих регионах реликтовое излучение испытывало бы определенные изменения.
Дело в том, что согласно общей теории относительности Эйнштейна должно существовать так называемое гравитационное красное смещение. Электромагнитное излучение в сильных гравитационных полях испытывает определенный сдвиг в сторону более длинных волн и более низких частот. Этот эффект проверен экспериментально. А, как мы уже знаем, чем длиннее волна электромагнитного излучения, тем меньшую энергию оно с собой переносит. Так что реликтовое излучение, возникшее в районе больших сгущений вещества, должно приходить к нам ослабленным. И в общей картине распределения реликтового излучения по всему небу должны были бы существовать «пятна» пониженной интенсивности.
Расчеты показывают: для того, чтобы эти пятна могли быть замечены наиболее крупными современными радиотелескопами, такими, например, как РАТАН-600, размеры подобных сгущений материи должны иметь масштаб порядка миллиарда световых лет, а их плотность сгущений должна превосходить средний уровень по меньшей мере на 10%.
Однако современные радиоастрономические наблюдения соответствующих «пятен» интенсивности реликтового излучения не обнаружили. Видимо, это означает, что таких сгущений, о которых идет речь, не существует.
Следовательно, в пределах той области пространства, откуда доходит к нам реликтовое излучение, самыми большими структурными образованиями являются сверхскопления галактик поперечником приблизительно до ста миллионов световых лет. В больших же масштабах распределение вещества во Вселенной достаточно однородно.
С учетом достигнутой точности наблюдений можно считать, что средняя плотность вещества по достаточно большим областям Вселенной различается не больше, чем на десятые доли процента.
