Фази народження молодого Всесвiту: темнiшi мiсця — згустки матерiї, з яких виникли галактики.
«УМ» уже повідомляла, що цьогорічними лауреатами Нобелівської премії з фізики стали двоє американських учених-астрофізиків: Джон Мазер та Джордж Смут. «Нобель» з фізики призначається астрофізикам лише приблизно раз на чотири-п'ять років. Більшість наукових видань та провідні фахівці у цій галузі сходяться на думці, що Мазер і Смут відзначені найвищою відзнакою світу цілком заслужено. Нагорода вченим присуджена за дослідження в галузі «форми чорного тіла та анізотропії космічного мікрохвильового фонового випромінювання». Американці виконали роботу, яка допомагає просунутися у вивченні процесу виникнення Всесвіту та розумінні походження галактик і зірок. Робота вчених базувалася на даних, отриманих з допомогою космiчного апарата КОБЕ, який запустила НАСА 18 листопада 1989 року i який припинив свою місію у грудні 1993 року. Отримані результати підтверджують так звану теорію великого вибуху, в результаті якого утворився Всесвіт. «Нобель» астрологам є підтвердженням того великого значення, якого набрала останніми роками ще зовсім молода наука космологія.
Мазер і Смут за посередництвом своїх досліджень дізналися, яким був Всесвіт відразу після «великого вибуху». Вони спостерігали за залишковим космічним випромінюванням, яке в наукових колах називають фоновим випромінюванням або фоновою радіацією чи реліктовою радіацією або реліктовим випромінюванням. Це реліктове випромінювання є залишковим слідом народження Всесвіту і доходить до нашої планети з його околиць чи глибин. Лауреати у своїх дослідженнях базувалися на даних замірів, що їх виконав згаданий супутник КОБЕ (абревіатура від англійського Cosmic Background Explorer — дослідник космічного тла). Результати своїх аналізів вони оголосили 1990 року на науковій конференції. Після доповіді провідні вчені-астрофізики влаштували їм овацію стоячи, а провіднi британськi математики і космологи назвали їхнє відкриття найбільшим досягненням космології. Завдяки Мазеру і Смуту ми тепер знаємо, що реліктове випромінювання є доказом на підтвердження теорії «великого вибуху», в результаті якого і утворився Всесвіт — простір, час, матерія і енергія. Вчені фактично дісталися до початків часу і простору.
Супутник КОБЕ був спеціально запроектований та виготовлений НАСА для виконання місії дослідження космічного реліктового випромінювання, існування якого передбачили фізики-теоретики. Супутник вагою 2265 кілограмів мав діаметр 2,44 метра та довжину 5,5 метра. Живлення забезпечували сонячні батареї. На супутнику був встановлений спектрофотометр глибокого ультрачервоного спектра FIRAS, завданням якого були заміри космічного випромінювання. Цей прилад був запроектований таким чином, щоб постійно порівнювати космічне випромінювання з еталоном, яким було випромінювання досконалого чорного предмета з температурою 2,7 градуса за Кельвіном. Виявилося, що космічне випромінювання має такий самий спектр, що й еталон, який було виготовлено за параметрами, поданими фізиками-теоретиками, які займалися теорією «великого вибуху». Прилади супутника також зареєстрували і передали на Землю дані про флуктуації реліктового випромінювання, які були слідами формування зародків галактик під час розширення молодого Всесвіту.
Досконало чорним науковці називають таке тіло, яке видає широкий спектр випромінювання, але його пік припадає на частоту, що залежить від температури. Чим вища температура тіла, тим більша частота та менша довжина хвиль випромінювання. Довжина хвилі відповідає певному кольору. Всі об'єкти навколо нас поводяться подібно до ідеально чорного тіла. Наприклад, жевріюча вуглинка світиться головним чином ультрачервоним кольором, який ми не бачимо, а також розпізнаваним людським оком червоно-помаранчевим. Вона видає випромінювання відповідного діапазону. Сонце, температура якого на поверхні становить 6000 градусів за Кельвіном, світиться головним чином жовто-зеленим світлом. Всесвіт на початку свого існування мав певну температуру і генерував випромінювання відповідного їй діапазону.
Космічне реліктове випромінювання було вперше ідентифіковане 1964 року вченими Арно Панціасом та Робертом Вільсоном, які 1978 року отримали Нобелівську премію за це відкриття. Реліктове випромінювання походить з періоду приблизно 380 тис. років після «великого вибуху», коли температура молодого Всесвіту становила приблизно три тисячі градусів за Кельвіном. Із того часу Всесвіт, який перебуває у стані постійного розширення, вже встиг серйозно «охолонути» і на цей час має температуру в середньому приблизно 2,7 градуса вище абсолютного нуля. Хоча температура в різних куточках Всесвіту коливається від 2,751 до 2,7249 градуса за Кельвіном. Старіші галактики — холодніші, молодші — гарячіші. Різниця між температурами називається грецьким словом «анізотропія».
Реліктове випромінювання досягає поверхні Землі й, між іншим, ми його можемо фіксувати, оскільки саме воно спричиняє миготіння екрана телевізора, коли на ньому немає зображення. Теоретично це випромінювання було передбачене ще в 40-х роках минулого сторіччя. Тоді висували версію, що це випромінювання є наслідком дуже високої температури, яка панувала на початку існування Всесвіту. «Великий вибух» стався приблизно 13,7 мільярда років тому, але навіть через 300 тисяч років після «біг-бенгу» (така його англійська назва) температура Всесвіту все ще становила три тисячі градусів. Матерія Всесвіту спочатку була такою гарячою, що не пропускала випромінювання. Поступово охолоджуючись (процес триває до цього часу) і заповнюючи Всесвіт, його матерія ставала все більш прозорою і випромінювання вже могло поширюватися нею вільно. Для прикладу, якщо відкрити двері мартенівської печі, то вона також даватиме випромінювання.
Мазер і Смут встановили, що інтенсивність реліктового випромінювання є скрізь такою самою, але часом, як зазначалося вище, все ж трапляються флуктуації (відхилення). Вони неймовірно малі — одна стотисячна. Для прикладу, це так, ніби на озері глибиною сто метрів намагатися заміряти хвилю висотою один міліметр. Ці мікроскопічні відхилення рівня реліктового випромінювання є слідами від народження галактик, які виникали пізніше з перших скупчень матерії, коли випромінювання вже розпочало розходитися в просторі. Якби Всесвіт був однорідним, без зірок і планет, то в ньому ніколи б не виникло життя. Реліктове випромінювання доходить до нас безперервно з початків зародження Всесвіту. Його температура становить 2,7 градуса за Кельвіном, тобто понад 270 градусів за Цельсієм.
Теорію «великого вибуху» як базову модель виникнення Всесвіту вперше запропонував 1931 року французький учений Жорж Ламетр. Відповідно до цієї моделі, яка спочатку була висміяна, а тепер з нею погоджуються всі серйозні вчені, «великий вибух» стався приблизно 13,7 мільярда років тому і в його результаті виник Всесвіт — простір, час, матерія, енергія та взаємодія. Підтвердження цьогорічними лауреатами «Нобеля» існування реліктового випромінювання є матеріальним доказом теоретичної моделі «великого вибуху».
Хоча «Нобелем» вирізнені Мазер та Смут, але насправді вони керували великою групою вчених, яка працювала з супутником КОБЕ. Мазер був автором ідеї створення супутника, а Смут керував групою, яка аналізувала дані, що з нього надходили. Заслуга цієї групи науковців не лише в підтвердженні теорії «великого вибуху». Результати їхніх досліджень мають фундаментальне значення для космології та науки загалом. Вони інформують нас про стан Всесвіту в початковий період його еволюції, дають ключ до розуміння виникнення існуючих астрономічних структур. Запущений 2001 року супутник WMAP доставив ще докладніші карти випромінювання часів зародження Всесвіту. У січні 2008 року на орбіту має бути виведений європейський супутник «Планк», завданням якого буде складання детальної карти неоднорідностей мікрохвильового реліктового випромінювання. Мікрохвилі — це діапазон електромагнітного випромінювання з довжиною хвиль від трьох міліметрів до 30 сантиметрів, тобто цей діапазон розташований між діапазонами радіохвиль та ультрачервоним.
Джон С. Мазер
Ученими не народжуються, але можуть стати вже в дитинстві. Батьки вчили читати малого Джонні по біографіях Дарвіна і Галілея. Його мати була шкільною вчителькою, а батько — генетиком тварин. Джонні вирішив стати вченим у вiсiм років, коли побував на екскурсії в Нью-Йорку в планетарії Музею природничої історії. Батьки купили йому телескоп, через який хлопчик спостерігав за Марсом під час його найбільшого наближення до Землі 1954 року. Це справило на Джоннi незабутнє враження. Ключовим моментом у його кар'єрі стала зустріч у Каліфорнійському університеті в Берклі з ученим Полом Річардсом, який допоміг йому розпочати роботу в НАСА. Колеги Мазера стверджують, що супутник КОБЕ не з'явився б без ідей, наполегливості та технічної геніальності Джона. 60-річний Джон Мазер тепер бере участь у створенні космічного телескопа «Джеймс Верб», який прийде на зміну телескопа «Хаббл». Завдяки новому телескопу вчені сподіваються довідатися, як виникали перші галактики, а також спостерігати за найближчими чорними дірами та планетами навколо інших зірок.
Джордж Ф. Смут
Походить з містечка Юкон на Алясці. Його мати була вчителькою, а батько — гідрологом. Інтерес Джорджа до космосу розпочався з читання книг про прибульців із космосу. Він лише в середній школі розпрощався з фантастикою та перейнявся наукою. Закінчив Технологічний інститут у Масачуссет за спеціалізацією — фізика частинок, але докторську дисертацію захистив з космології. Сміт вирішив присвятити себе дослідженням реліктового випромінювання, оскільки розумів, що ця тема має фундаментальне значення для космології. Відомий своєю ретельністю та наполегливістю, він, наприклад, пообіцяв кожному зі своїх співробітників авіаквиток на відпочинок у будь-якому місці світу, якщо той знайде хоч маленьку помилку в кінцевих результатах досліджень. Не знайшли. Саме Смут доповів ці результати на засіданні Американського фізичного товариства 1992 року. Представлена там фотографія «щойно народженого світу» викликала сенсацію. Він заявив: «Якщо ви релігійні, то, прошу, ось фото Бога». Ця його дещо зухвала заява викликала лавину коментарів у середовищах науковців, теологів та філософів. Зараз Смут працює над згаданим вище проектом європейського космічного супутника «Планк».
Знання, які людина повинна засвоїти, множаться у геометричній прогресії. Чи здатен наш мозок витримати такі навантаження? А може, він уже досяг піку свого розвитку і радіє, що новітні технології забирають на себе частину його функцій? >>
У радянські часи Всесвітній день авіації та космонавтики відзначали справно. Власне, у той час усі досягнення, пов’язані чи то з польотом у космос, чи то з появою нового літака, прирівнювались мало не до державних свят. Сьогодні цю дату також відзначають, проте масштаб суттєво зменшився. Чи розвивається авіація та космонавтика сьогодні? >>
Фахівці навчально-наукового центру «Небесна долина», що діє у Вінницькому національному технічному університеті, передали військовослужбовцям розвідувального підрозділу, який виконує завдання в зоні бойових дій на сході України, безпілотний розвідувальний комплекс власної розробки. >>
Ярослав Шпотюк — фізик-матеріалознавець, закінчив Львівський національний університет імені Івана Франка (ЛНУ) та займався науковими дослідженнями у Франції. Науковець здійснив майже неможливе і захистився одразу в двох навчальних закладах: у ЛНУ та університеті Ренн 1. >>
