17 июня 2019, понедельник, 23:37
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

25 апреля 2014, 09:43

Реликтовое излучение и инфляционная теория

История Вселенной по инфляционной модели
История Вселенной по инфляционной модели
Wikimedia Commons

24 апреля в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру» состоялась лекция Дмитрия Сергеевича Горбунова –  физика-теоретика, доктора физико-математических наук, старшего научного сотрудника Отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН. Тема его лекции: «Поляризация реликтового излучения, гравитационные волны и что было до того, как наша Вселенная стала горячей».

Важным поводом для этой лекции стало событие, произошедшее чуть больше месяца назад. 17 марта группа ученых под руководством Джона Ковача (John Kovac), работающая в рамках проекта BICEP2 объявила об обнаружении в поляризации реликтового излучения особой характеристики (В-моды), что, по мнению многих физиков, служит важным подтверждением инфляционной модели Вселенной.

Аппаратура, на которой проводятся эти наблюдения, установлена на южном полюсе Земли, на полярной станции Амундсен—Скотт. Именно там лучшие условия для наблюдений: небо почти всегда ясное, мало электромагнитных помех, атмосфера разрежена.

Здание BICEP2 на южном полюсе (справа)

Здание полярной станции Амундсен—Скотт, где установлена аппаратура BICEP2 (справа).

Название BICEP означает Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization. Реликтовое излучение исследуют при помощи особого телескопа-рефрактора, который наблюдает за ограниченным сектором неба, размером приблизительно в десять градусов. Он собирает излучение на частоте около 150 гигагерц и передает его на специальную матрицу из 512 микроскопических антенных детекторов. Для охлаждения всей установки используется жидкий гелий. Работа проекта BICEP была начата в 2006 году. Подробная информация о ней доступна на специальном сайте.

Почему же изучение поляризации реликтового излучения так важно для космологии? И зачем нужна инфляционная модель Вселенной? Она была создана в попытке объяснить ряд вещей, которые оставались непонятными в рамках теории Большого взрыва в варианте «горячей Вселенной». Одна из таких проблем связана с крупномасштабной однородностью Вселенной. Размер наблюдаемой части Вселенной увеличивается со временем, так как до нас доходят фотоны из всё более далеких областей. При этом скорость увеличения этого размера выше, чем скорость увеличения области Вселенной, где события могли быть причинно связанными (в смысле, который вкладывается в это теорией относительности). То есть со временем наблюдателю становятся доступны области, между которыми на ранних этапах эволюции Вселенной причинно следственная связь отсутствовала.

Такие области мы действительно наблюдаем, однако однородность их характеристик заставляет думать, что на самом деле они были связаны и на раннем этапе. Маловероятно, чтобы начальные условия, в которых после Большого взрыва из плазмы стали формироваться ядра легких элементов (дейтерий, гелий-4, литий-7), во всех этих областях были одинаковы. Если условия были разными, то реликтовое излучение, которое возникло в эту эпоху, должно было бы стать анизотропным. Между тем, как показывают наблюдения, оно напротив характеризуется высокой однородностью.

Есть еще ряд проблем, которые возникают при использовании наиболее распространенного варианта теории Большого взрыва. Для их объяснения эта теория была модифицирована и возникла инфляционная модель. Согласно этой модели, на очень ранних этапах после Большого взрыва Вселенная расширялась экспоненциально, с очень большой скоростью. Это и есть инфляция, то есть в буквальном переводе с латыни «раздувание» Вселенной. И лишь затем, когда это расширение завершилось, начались стадии эволюции, предусмотренные моделью «горячей» Вселенной: образование барионов, эпоха нуклеосинтеза и так далее.

Сформулировал идею инфляционной модели американский физик Алан Гут (Alan Guth) в 1981 году. Сходную гипотезу выдвигал ранее Алексей Старобинский, один из возможных сценариев инфляционной модели (хаотическая теория инфляции) был описан в 1983 году Алексеем Линде. Следует заметить, что, не смотря на большую объяснительную силу этой теории, инфляционная модель отнюдь не стала общепринятой. У нее есть противники, предлагающие свои варианты ранней эволюции Вселенной. Не хватает экспериментальных подтверждений инфляционной теории. И возможно результаты, полученные проектом BICEP2, стали первым таким подтверждением.

Наблюдаемая нами поляризация реликтового излучения – следствие некоторых неоднородностей плазмы, в которой этой излучение образовалось. В поляризации реликтового излучения выделяют две характеристики, Е-моду и В-моду.  Последняя, вихревая составляющая, по предположению физиков могла возникнуть в момент инфляционного расширения Вселенной из-за действия гравитационных волн.

 

Поляризация реликтового излучения по данным BICEP2

Поляризация реликтового излучения по данным BICEP2

Тут надо сделать оговорку, что В-поляризация микроволнового реликтового излучения может появиться и гораздо позднее из-за действия «гравитационных линз», когда излучение проходит мимо массивных объектов (звезды, галактики, скопления темной материи) которые своим гравитационным полем искривляют направление электромагнитного излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза.

Однако ученые пролагают, что два эффекта, порождающие В-моды в реликтовом излучении, можно разделить. Гравитационные линзы вызывают крупное возмущение, а след эпохи инфляции представляет собой мелкомасштабные возмущения.

Сейчас физики активно обсуждают полученные результаты и выдвигают модели, которые должны объяснить полученные в эксперименте данные. Между тем, в ближайшем будущем нас ждет новая информация, которая, возможно, еще больше упрочит позиции инфляционной модели. Новые результаты проекта BICEP2 поступят к концу 2014 года, также в течение этого года должны появиться новые данные спутника Planck, одной из главных задач которого также является изучение поляризации реликтового излучения.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.