Открытие космического микроволнового фонового излучения - Discovery of cosmic microwave background radiation

В открытие космического микроволнового фонового излучения представляет собой крупное развитие в современном физическая космология. Космический фоновый радиационный (CMB ) был измерен Эндрю МакКелларом в 1941 году при эффективной температуре 2,3 К с использованием CN звездные линии поглощения, наблюдаемые У. С. Адамсом.^[1] Теоретическая работа около 1950 г.^[2] показал необходимость CMB для согласованности с простейшие релятивистские модели вселенной. В 1964 г. НАС физик Арно Пензиас и радиоастроном Роберт Вудро Вильсон переоткрыли реликтовое излучение, оценив его температуру в 3,5 К, когда они экспериментировали с Рупорная антенна Holmdel.^[3] Новые измерения были приняты как важное свидетельство горячей ранней Вселенной (теория большого взрыва ) и в качестве доказательства против соперника теория устойчивого состояния.^[4] В 1978 году Пензиас и Уилсон были награждены Нобелевская премия по физике для их совместного измерения.

История

Рупорная антенна Bell Labs в Кроуфорд-Хилле, штат Нью-Джерси. В 1964 году, используя рупорную антенну, Пензиас и Уилсон наткнулись на микроволновое фоновое излучение, которое пронизывает Вселенную.

К середине 20 века космологи разработал две разные теории, объясняющие создание Вселенной. Некоторые поддержали теория стационарного состояния, который утверждает, что Вселенная существовала всегда и продолжит существовать без заметных изменений. Другие верили в Большой взрыв теория, которая утверждает, что Вселенная была создана в результате массового взрыва, подобного событию, миллиарды лет назад (позже определено приблизительно 13,8 миллиарда лет ).

В 1941 году Эндрю МакКеллар использовал спектроскопические наблюдения У. С. Адамса CN линии поглощения в спектре звезды типа B для измерения фоновой температуры черного тела 2,3 К. Маккеллар назвал свое обнаружение «вращательной температурой межзвездных молекул» без ссылки на космологическую интерпретацию, заявив, что температура «будет имеют собственное, возможно, ограниченное значение ".^[1]

Более двух десятилетий спустя работая в Bell Labs в Холмдел, Нью-Джерси, в 1964 г., Арно Пензиас и Роберт Уилсон экспериментировали со сверхчувствительным, 6-метровым (20 футов) рупорная антенна изначально построен для обнаружения радиоволны отскочил Эхо-спутники. Чтобы измерить эти слабые радиоволны, им пришлось исключить все узнаваемые вмешательство со своего приемника. Они удалили эффекты радар и радиовещание, и подавлял помехи от тепла в самом приемнике, охлаждая его жидкостью. гелий до −269 ° C, всего на 4 K выше полный ноль.

Когда Пензиас и Уилсон сократили свои данные, они обнаружили низкий, устойчивый, таинственный шум что сохранилось в их приемнике. Этот остаточный шум был в 100 раз сильнее, чем они ожидали, равномерно распространялся по небу и присутствовал днем и ночью. Они были уверены, что обнаруженное ими излучение на длине волны 7,35 сантиметра исходит не из Земля, то солнце, или наша галактика. После тщательной проверки оборудования и удаления некоторых голуби гнездование в антенне и очистка накопившихся помет, шум остался. Оба пришли к выводу, что этот шум исходит за пределами нашей галактики, хотя они не знали ни о каком радиоисточник это объяснило бы это.

В то же время Роберт Х. Дике, Джим Пиблз, и Дэвид Уилкинсон, астрофизики в Университет Принстона всего в 60 км (37 миль) от нас, готовились к поиску микроволновое излучение в этой области спектра. Дике и его коллеги пришли к выводу, что Большой взрыв должен был рассеять не только вещество, которое сконденсировалось в галактики, но также, должно быть, вызвало огромный взрыв радиации. При наличии надлежащего оборудования это излучение должно быть обнаружено, хотя и в виде микроволн, из-за массивного красное смещение.

Когда его друг Бернард Ф. Берк, профессор физики в Массачусетский технологический институт, рассказал Пензиасу о препринте Джима Пиблза, который он видел, о возможности обнаружения радиации, оставшейся от взрыва, который заполнил Вселенную в начале ее существования, Пензиас и Уилсон начали понимать значение того, что, по их мнению, было новым открытие. Характеристики излучения, обнаруженного Пензиасом и Уилсоном, точно соответствуют излучению, предсказанному Робертом Х. Дике и его коллегами из Принстонского университета. Пензиас позвонил Дике в Принстон, и тот немедленно отправил ему копию еще не опубликованной статьи Пиблза. Пензиас прочитал газету, снова позвонил Дике и пригласил его в Bell Labs, чтобы посмотреть на рупорную антенну и послушать фоновый шум. Дике, Пиблз, Уилкинсон и П. Дж. Ролл интерпретировали это излучение как сигнатуру Большого взрыва.

Чтобы избежать потенциального конфликта, они решили опубликовать свои результаты совместно. Две ноты были срочно отправлены в Письма в астрофизический журнал. В первом Дике и его соратники подчеркнули важность космического фонового излучения как доказательства теории большого взрыва.^[4] Во второй записке, подписанной совместно Пензиасом и Уилсоном под названием «Измерение избыточной температуры антенны при 4080 Мегациклов в секунду», они сообщили о существовании остаточного фонового шума 3,5 К, остающегося после учета составляющей поглощения в небе 2,3 К. и инструментальный компонент 0,9 К, и приписал «возможное объяснение», данное Дике в его сопроводительном письме.^[3]

В 1978 году Пензиас и Уилсон были награждены Нобелевская премия по физике для их совместного обнаружения. Они разделили приз с Петр Капица, который выиграл его за несвязанную работу.^{[нужна цитата ]} В 2019 году Джим Пиблз также был удостоен Нобелевской премии по физике «за теоретические открытия в физической космологии».^{[нужна цитата ]}

Список используемой литературы

Ааронсон, Стив (январь 1979 г.). «Свет творения: интервью с Арно А. Пензиасом и Робертом У. Уилсоном». Bell Laboratories Record: 12–18.
Абелл, Джордж О. (1982). Исследование Вселенной. 4-е изд. Филадельфия: Издательство Saunders College.
Азимов, Исаак (1982). Биографическая энциклопедия науки и технологий Азимова. 2-е изд. Нью-Йорк: Doubleday & Company, Inc.
Бернштейн, Джереми (1984). Три градуса выше нуля: Bell Labs в век информации. Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера. ISBN 978-0-684-18170-7.
Кисть, Стивен Г. (август 1992 г.). «Как космология стала наукой». Scientific American. 267 (2): 62–70. Bibcode:1992SciAm.267b..62B. Дои:10.1038 / scientificamerican0892-62.
Чоун, Маркус (29 сентября 1988 г.). «Космическая реликвия в трех степенях». Новый ученый. 119: 51–55. Bibcode:1988 НовыеSc.119 ... 51C.
Crawford, A.B .; Hogg, D.C .; Хант, Л. Э. (июль 1961 г.). «Проект Эхо: Рупорная антенна с отражателем для космической связи». Технический журнал Bell System: 1095–1099. Дои:10.1002 / j.1538-7305.1961.tb01639.x.
Дисней, Майкл (1984). Скрытая Вселенная. Нью-Йорк: издательство Macmillan Publishing Company. ISBN 978-0-02-531670-6.
Феррис, Тимоти (1978). Красный предел: поиски края Вселенной. 2-е изд. Нью-Йорк: Quill Press.
Фридман, Герберт (1975). Удивительная Вселенная. Вашингтон, округ Колумбия: Национальное географическое общество. ISBN 978-0-87044-179-0.
Привет, J.S. (1973). Эволюция радиоастрономии. Нью-Йорк: Neale Watson Academic Publications, Inc. ISBN 978-0-88202-027-3.
Джастроу, Роберт (1978). Бог и астрономы. Нью-Йорк: W. W. Norton & Company, Inc. ISBN 978-0-393-01187-6.
Кирби-Смит, Х. (1976). Обсерватории США: справочник и путеводитель. Нью-Йорк: Компания Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN 978-0-442-24451-4.
Ученик, Ричард (1981). Астрономия в телескоп. Нью-Йорк: Компания Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN 978-0-442-25839-9.

использованная литература

^ ^а ^б Маккеллар, А. (1941). «Молекулярные линии из низших состояний двухатомных молекул, состоящих из атомов, вероятно, присутствующих в межзвездном пространстве». Публикации астрофизической обсерватории Доминион. Ванкувер, Британская Колумбия, Канада. 7 (6): 251–272. Bibcode:1941ПДАО .... 7..251М.
^ Д.В. Sciama - https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-009-0655-6_1 Доступ 13 августа 2018 г.
^ ^а ^б Penzias, A.A .; Р. В. Уилсон (июль 1965 г.). «Измерение избыточной температуры антенны при 4080 Мс / с». Письма в астрофизический журнал. 142: 419–421. Bibcode:1965ApJ ... 142..419P. Дои:10.1086/148307.
^ ^а ^б Dicke, R.H .; Пиблз, П. Дж. Э .; Roll, P.J .; Уилкинсон, Д. Т. (июль 1965 г.). «Космическое излучение черного тела». Письма в астрофизический журнал. 142: 414–419. Bibcode:1965ApJ ... 142..414D. Дои:10.1086/148306.

внешние ссылки

"Астрономия и астрофизика рупорная антенна. ". Служба национальных парков, Департамент внутренних дел.

[McKellar-1] а ^б Маккеллар, А. (1941). «Молекулярные линии из низших состояний двухатомных молекул, состоящих из атомов, вероятно, присутствующих в межзвездном пространстве». Публикации астрофизической обсерватории Доминион. Ванкувер, Британская Колумбия, Канада. 7 (6): 251–272. Bibcode:1941ПДАО .... 7..251М.

[2] Д.В. Sciama - https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-94-009-0655-6_1 Доступ 13 августа 2018 г.

[PenziasWilson65CMB-3] а ^б Penzias, A.A .; Р. В. Уилсон (июль 1965 г.). «Измерение избыточной температуры антенны при 4080 Мс / с». Письма в астрофизический журнал. 142: 419–421. Bibcode:1965ApJ ... 142..419P. Дои:10.1086/148307.

[Dicke65-4] а ^б Dicke, R.H .; Пиблз, П. Дж. Э .; Roll, P.J .; Уилкинсон, Д. Т. (июль 1965 г.). «Космическое излучение черного тела». Письма в астрофизический журнал. 142: 414–419. Bibcode:1965ApJ ... 142..414D. Дои:10.1086/148306.

[1]

[2]

[3]

[4]