Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
После первых измерений Ролла и Уилкинсона [17], результаты которых подтверждали истолкование этого излучения как теплового, различные группы предприняли целый ряд наблюдений. Так было определено теперешнее значение температуры этого излучения, равное 2,7 К [18]. Недавно поднятая на ракете установка зарегистрировала в диапазоне субмиллиметровых волн поток излучения, как будто не согласующийся с прежним температурным спектром [18 а]. Возможно, что этот поток идет от источника, расположенного в нашей Галактике. 85 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
По иронии судьбы из-за теоретических трудностей первоначальная интерпретация наших наблюдений теплового космического излучения сейчас представляется сомнительной. Уже давно стало известно, что при интегрировании космологических уравнений не удается пройти за стадию коллапса Вселенной и показать, что возникает обратный толчок, приводящий к новому ее расширению. Дело в том, что в математическом решении возникает сингулярность. Думали, что эта сингулярность обусловлена чрезмерно идеализированными физическими предположения-
P и с. 28. Первый микроволновый радиометр, построенный в 1945 г. В этом же году было найдено, что верхний предел температуры Teit лового космического излучения равен 20 К, причем отклонение от изотропии не превышает 1 К.
ми об однородности и изотропности Вселенной, и надеялись, что эта сингулярность исчезнет, если ввести в математическую модель достаточно нерегулярностей [20]. Этого, однако, не произошло и сингулярность представляется неизбежной в рамках используемой теории [21].
Источником трудностей может быть как сама теория, так и то, что физическое время может оказаться не беспредельным. Точно решить нельзя, но некоторые считают, что возникновение сингулярности скорее математическая проблема, чем физическая, т. е. что она возникает в нашей 86
III. Космический і?огненный шар» и гравитация
математической модели из-за какого-то несовершенства теории.
В деятельности принстонской группы по обнаружению и исследованию теплового космического излучения был курьезный случай. В основе установки, собранной Роллом и Уилкинсоном, лежит микроволновый радиометр, разработанный мною в годы второй мировой войны [22} (рис. 28). Прежний радиометр использовался для измерения поглощения сантиметровых волн парами воды в атмосфере [23]. По ходу этих измерений я получил в качестве верхнего предела температуры излучения, «приходящего от космической материи» на волне 1,25 см, значение 20 К [23]. Хотя обработку результатов и формулировку этих выводов я делал сам, все это было мною начисто забыто.
Пиблс случайно нашел этот старый результат, и потом я вспомнил, что в том же 1945 г. мы измерили и верхний предел анизотропии излучения этого типа — он оказался равен 1 К. (Этот результат не был тогда опубликован.)
Я должен подчеркнуть, что, когда в 1945 г. производились эти измерения, мы и не думали о «горячей космологии», а видели в этом излучении суммарный поток от далеких галактик.
Статья Гамова 1946 г. [12] была напечатана в «Physical Review» всего через 232 страницы после нашей [23], но между ними не было никакой взаимосвязи. Хотя полученный нами предел в 20 К был грубым, уже такой результат был бы полезен, так как он показывал, что плотность энергии теплового излучения недостаточно высока для того, чтобы остановить расширение Вселенной.
На рис. 29 и 30 показаны первоначальный вариант радиометра Ролла — Уилкинсона и новые принстонские прецизионные радиометры. На рис. 31 приведен график, изображающий наряду с другими результаты измерения космического теплового излучения тремя самыми прецизионными радиометрами [24].
Для космологии особенно важен вопрос об изотропности теплового излучения; он интенсивно исследовался Партриджем и Уилкинсоном [25] (рис. 32). Точность их результатов на два порядка превышает точность моих измерений, проделанных в 1945 г., и эти новые результаты Рис. 29. Первоначальный вариант радиометра Ролла — Уилкин-сона, смонтированный на крыше биологического факультета в Принстоне.
Рис. 30. Три прецизионных принстонских радиометра, работающих на волнах 3,2, 1,58 и 0,856 см. Они установлены на высоте 3800 н над уровнем моря на базе Еаркрофта (Исследовательская станция Уайт-Маунтинс, Бишоп, Калифорния). 88 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
свидетельствуют, что космическое тепловое излучение изотропно с точностью, превышающей IO-2 К [25]. Из этих измерений изотропности теплового излучения следует, что верхний предел скорости движения Земли относительно него равен примерно 300 км/с [25].
Из общей теории «огненного шара» вытекает, что температура излучения падает со временем, изменяясь обрат-
•о
Є
1 ю-*
Il Ю-
2 і 1?
/о '8
Й 1?
Рис. 31. Теоретический спектр теплового излучения черного тела при температуре 2,7 К и данные измерений (три прецизионных результата изображены точками, так как соответствующие погрешности слишком малы, чтобы их можно было показать на графике).
Длина волны . с/ч
