Main menu:

Проверка гипотезы первичного огненного шара

Из гипотезы первичного огненного шара вытекают три доступных непосредственной проверке следствия. Речь идет о содержании во Вселенной гелия и дейтерия, а также о спектре реликтового фонового излучения. Согласно стандартной модели, эти характеристики зависят всего от двух параметров: температуры равновесного фонового излучения (которая по данным наблюдения равна 3 К) и средней плотности вещества во Вселенной.

В стандартной модели содержание гелия и дейтерия во Вселенной зависит от средней плотности вещества. По данным на 1965 г. относительное содержание гелия и дейтерия соответствовало средней плотности вещества во Вселенной равной 5×10-31 г/см3. Эта величина совпадала с оценками средней плотности светящегося вещества во Вселенной, полученными другими способами.

Из стандартной модели столь же недвусмысленно следовало, что спектр реликтового излучения не должен существенно отличаться от спектра излучения абсолютно черного тела. Это излучение состоит из фотонов, которые в результате взаимодействия с веществом многократно поглощались и переизлучались, что привело к «термализации» излучения и потере фотонами своей «родословной». Интенсивность равновесного излучения одинакова во всех точках и во всех направлениях. Его спектр описывается универсальной кривой, формула которой была впервые получена Максом Планком в 1900 г. Первичный огненный шар должен был представлять собой излучение абсолютно черного тела, поскольку фотоны этого излучения должны были очень интенсивно взаимодействовать с электронами и другими заряженными частицами. После того как взаимодействие излучения с веществом значительно ослабло, спектр излучения должен был остаться планковским.

На длинах волн короче 0,5 см сама атмосфера излучает столь интенсивно, что осуществить точные измерения с поверхности Земли невозможно. Доступный проверке частотный диапазон не превышает двух порядков по величине. Результаты измерений, проведенных в пределах названного диапазона, очень хорошо укладываются на кривую Планка. Такое совпадение еще более поражает, если учесть, что равновесное тепловое излучение - явление крайне редкое в природе. Спектры звезд аппроксимируются планковской кривой лишь весьма приближенно.

Однако начиная с 1976 г. соответствие между предсказаниями стандартной модели и результатами наблюдений стало ухудшаться. Это объясняется в основном тремя причинами. Прежде всего, измерения показали, что оценку средней плотности вещества во Вселенной следует увеличить в 10-20 раз. Это было вызвано уточнением шкалы космических расстояний, ростом информации о процессах скучивания галактик в очень больших масштабах, а также новыми данными, свидетельствовавшими о том, что 90-95% массы галактик и скоплений находится в форме несветящегося вещества (так называемая скрытая масса). Согласно современным оценкам плотности массы, предсказываемое содержание гелия должно быть немногим больше, чем считалось ранее. Но в то же время предсказываемое содержание дейтерия должно быть по крайней мере в тысячу раз меньше первоначальной оценки.