Мичио Каку - Гиперпространство

В-четвертых, и это самое важное, Большой взрыв вызвал «космическое эхо», раскатившееся по всей Вселенной, которое можно измерить нашими приборами. Арно Пензиас и Роберт Уилсон из компании Bell Telephone Laboratories в 1978 г. удостоились Нобелевской премии за обнаружение эха Большого взрыва — микроволнового фонового излучения, которое пронизывает всю известную Вселенную. Факт распространения эха Большого взрыва по прошествии миллиардов лет после самого взрыва впервые был предсказан Георгием Гамовым и его учениками Ральфом Альфером и Робертом Германом, однако никто не принял это всерьез. Сама идея измерения отголосков сотворения казалась нелепостью, когда впервые была предложена вскоре после Второй мировой войны.

Однако логика авторов идеи выглядела весьма убедительно. Любой нагретый объект постепенно распространяет излучение. По этой причине железо в печи раскаляется докрасна. Чем горячее железо, тем выше частота его излучения. Точная математическая формула, закон Стефана-Больцмана, связывает световую (или в данном случае цветовую) частоту с температурой. (Именно так ученые определяют температуру на поверхности далекой звезды — изучая ее цвет.) Такое излучение называется излучением абсолютно черного тела.

Когда железо остывает, частота его излучения снижается до тех пор, пока железо не перестает давать излучение в видимом диапазоне. Оно приобретает свой обычный цвет, но от него исходит невидимое инфракрасное излучение. Благодаря ему действуют в темноте армейские бинокли ночного видения. По ночам сравнительно теплые объекты, такие как солдаты противника или двигатели танков, невидимы в темноте, тем не менее они распространяют невидимое излучение абсолютно черного тела в виде инфракрасного излучения, которое можно заметить с помощью специальных инфракрасных очков. По той же причине автомобиль с плотно закрытыми дверями нагревается летом. Солнце проникает сквозь стекла в окнах автомобиля и нагревает его изнутри. В итоге автомобиль начинает испускать излучение абсолютно черного тела в виде инфракрасного излучения. Но инфракрасное излучение слабо проникает сквозь стекло, поэтому остается внутри машины и резко повышает температуру в ней. (Подобным образом излучение абсолютно черного тела обуславливает и парниковый эффект. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере, вызванное сжиганием природного ископаемого топлива, действует как стекло, преграждая путь инфракрасному излучению Земли, в итоге планета постепенно нагревается.)

Гамов рассудил, что поначалу Большой взрыв был чрезвычайно интенсивным, поэтому его можно считать идеальным источником черного тела. В 40-х гг. XX в. техника была слишком примитивной, чтобы поймать слабый отзвук сотворения, однако Гамов сумел вычислить температуру этого излучения и с уверенностью предсказать, что когда-нибудь наши приборы приобретут достаточную чувствительность для выявления «реликтовых» излучений. Логика его рассуждений была такова: примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная остыла до такой степени, что атомы смогли начать конденсироваться; электроны принялись окружать протоны, образуя устойчивые атомы, которые уже не разрушались под интенсивным воздействием излучения, пронизывающего Вселенную. До этого момента Вселенная была настолько раскалена, что излучение разрывало атомы сразу же после их образования. Это означало, что Вселенная была непрозрачной, как густой, поглощающий свет и непроницаемый туман. Но по прошествии 300 тысяч лет излучение уже не имело такой силы, чтобы разрушать атомы, поэтому свет преодолевал огромные расстояния, не рассеиваясь. Иными словами, через 300 тысяч лет Вселенная вдруг стала черной и прозрачной. (Мы так привыкли к выражению «чернота космоса», что забыли о том, что ранняя Вселенная была совсем не прозрачной, а наполненной вихревым непрозрачным излучением.)

Прошло 300 тысяч лет, электромагнитное излучение взаимодействовало с материей уже гораздо слабее, следовательно, стало излучением абсолютно черного тела. По мере остывания Вселенной частота этого излучения постепенно снижалась. Гамов и его ученики подсчитали, что это излучение гораздо слабее инфракрасного и относится к микроволновому диапазону. Гамов пришел к следующему выводу: исследуя небеса в поисках постоянного изотропного источника микроволнового излучения, можно выявить это микроволновое излучение и уловить эхо Большого взрыва.