Во предыдщих частях «грандиозного опуса» (туть и туть) мы говорили о наблюдательных данных, позволивших установить расширение Вселенной и создать соответствующую модель (точнее, ее первую итерацию). Краеугольным камнем этой модели стало открытое в 1964 году реликтовое излучение. Но космологи пошли дальше и предположили, что оно может быть неоднородным (наблюдательно это означало бы наличие как более горячих, так и более холодных областей этого излучения) и нарисовали примечательное физическое объяснение этому делу:
В предполагаемой модели горячей Вселенной на ранних этапах излучение (фотоны) и вещество находились в тепловом равновесии. Существовал очень горячий суп (плазма) из отдельно (но очень плотно) «плавающих» ингредиентов: протоны, нейтроны и электроны (все вместе это барионы). Между ними как львы в клетке, постоянно поглощаясь и излучаясь, бегали фотоны без возможности спокойно улететь.. Все эти постоянные бурления в плазменном супе создавали области повышенной плотности, где внутреннее давление противостояло действующей извне гравитации, стремящейся, как всегда, сжать все (бессердечная сволочь!).
Гравитация и давление в фотон-барионном плазменном супе постоянно соревновались между собой, производя «барионные акустические колебания». Представьте, что кто-то кинул камень в воду и по поверхности пошла волна — это давление в плазменном супе толкает барионы и приклеенные к ним фотоны «наружу». Однако, с другой стороны эту волну тормозит гравитация, действующая только на барионы, пытаясь сдвинуть их обратно к тому месту, где упал камень.
И вдруг (на самом деле, это заняло как минимум 100,000 лет) расширение Вселенной с одновременным понижение плотности и температуры плазменного супа позволили протонам и электронам соединиться в атомы, а фотонам наконец сказать им «чао!» и улететь в виде реликтового излучения. В этот момент давление, противостоявшее гравитации по сути исчезает (оно обеспечивалось как раз фотонами), и гравитация начинает все активнее собирать вещество ближе к областям повышенной плотности. Спойлер: там потом галактики и их скопления появятся. Фотоны же на себе унесли во Вселенную информацию о распределении (неоднородном) вещества, о размерах и свойствах этих колебаний и о многом другом..
Но это все теория, которую еще надо было подтвердить. Сделать это можно было бы путем измерения а) уровня анизотропии (неоднородности) излучения, и б) спектра мощности реликтового излучения (о нем в следующий раз).
Но сказать проще, чем сделать!
Представьте, что вам необходимо продать 101 далматинца, при этом покупатель задает вам вопрос: «А у них у всех одинаковые пятна или разные? Если разные, их размеры и распределение (на разных щенках) как-то связаны между собой?». Только эти далматинцы в придачу еще сидят на пляже из гальки (как на первой картинке), так далеко, что мы можете рассмотреть их только в бинокль. Первая мысль, конечно, будет что «в среднем» пятна у них может, конечно, не 100% одинаковые, но распределены более-менее равномерно, фиг с ними. Давайте деньги, забирайте своих не самых умственно одаренных собак. Вот примерно такой же вопрос возник у астрофизиков/космологов после открытия реликтового излучения.
Почти сразу стало понятно, что такого уровня измерения (речь шла о тысячных долях процента) если и возможны, то только из космоса, где нет такого большого количества помех от атмосферы и людишек. И это, если что, только начало 60-х, Гагарин только недавно полетел, а Армстронг с Олдрин еще не гуляли по Луне. Но работа (длинною в 20 лет!) над проектированием приборов и обсерваторий началась как в США, так и в СССР. И именно в СССР впервые в 1983 году запустили прибор (на борту другого спутника, что, конечно, сильно ограничивало возможности) «РЕЛИКТ-1». Он впервые смог измерить верхний предел анизотропии реликтового излучения, на 6 лет раньше, чем это сделали США со своим спутником «COBE». Нобелевскую за это, конечно, дали американцам.. Очень интересно об этом можно почитать вот тут.
[продолжение следует]