Митио Каку - Гиперпространство - Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение

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.

О предсказании Гамова не вспоминали много десятилетий, до тех пор пока в 1965 г. случайно не было открыто микроволновое фоновое излучение. Включив новую рупорно-параболическую антенну в Холмделе, Нью-Джерси, Пензиас и Уилсон обнаружили, что все пространство пронизано неким таинственным фоновым излучением. Поначалу они решили, что нежелательное излучение вызвано электростатическими помехами от загрязнений: например, от птичьего помета на их антенне. Но после демонтажа и чистки больших модулей антенны выяснилось, что «статика» устояла. В то же время физики из Принстонского университета Роберт Дикке и Джеймс Пиблс задумались над давними расчетами Гамова. Когда Пензиасу и Уилсону наконец сообщили о работе принстонских ученых, стало ясно, что между результатами, полученными обеими группами, есть прямая связь. Говорят, когда физики поняли, что фоновое излучение может оказаться эхом изначального Большого взрыва, то воскликнули: «Либо мы видели кучу птичьего дерьма, либо сотворение Вселенной!» Они убедились, что постоянное фоновое излучение почти точно соответствует предсказаниям, сделанным много лет назад Георгием Гамовым и его коллегами для случая, если от Большого взрыва действительно сохранился остаточный слой излучения, остывшего до 3 K [17].