реликтовое излучение - объясните на пальцах

[SuperSergey]

Есть несколько простых вопросов, просветите пожалуйста. Или подскажите, где можно прочесть... Просьба не смеяться

1. Реликтовое излучение, насколько я понимаю, образовалось вскоре после Большого Взрыва?
2. Почему, в таком случае, оно изотропно, т.е. наблюдается во всех точках пространства, а не в определенном направлении, где когда-то произошел БВ?
3. Имеет ли место отраженное РИ? Если да, как мы отличаем РИ от других излучений?
4. Как мы вообще можем его наблюдать? Если волны РИ распространяются со скоростью света, то они должны были уже давно пролететь мимо Земли, поскольку, образно говоря, Земля и живущие на ней наблюдатели, удаляются от точки БВ с гораздо меньшей скоростью? Или же источник РИ "работал" продолжительное время?

[Alexander Wolf]

http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/0212305

Плюс рекомендую ознакомиться с обзорами astro-ph Сергея Попова
http://www.astronet.ru:8100/db/msg/1189084
http://www.scientific.ru/reviews/astro-ph/all.html
http://astro.physfac.bspu.secna.ru/astro-ph/

[Che]

1. Реликтовое излучение, насколько я понимаю, образовалось вскоре после Большого Взрыва?

Если считать излучение реликтовым (РИ), тогда оно образовалось после БВ. Если счтать его фоновым (ФИ), то оно пришло от всего излучающего вещества Вселенной.

2. Почему, в таком случае, оно изотропно, т.е. наблюдается во всех точках пространства, а не в определенном направлении, где когда-то произошел БВ?

Для РИ.
Как считается, у БВ не было места взрыва, что БВ произошел везГде, причем одновременно. Правда, тогда не было времени, но это мелочи.    Так вот, как только Вселенная стала прозрачной, с тех пор каждую следующую секунду мы видим только те лучи, которые образовались в слое, находившемся дальше от нас на некотором расстоянии в момент излучения (расстояния между "секундными" слоями излучения все  считают по разному, есть мнения : от ангстрем -  до 300 000 км ).

Для ФИ.
Принимаемое излучение всех галактик сдвинуто по частоте в зависимости от расстояния до них, а так как распределение галактик считается изотропным и однородным. то получается изотропное и чернотельное излучение. Правда, это требует бесконечной Вселенной. Но это подтверждается фактом, что излучаемая нашей галактикой мощность совпадает с мощностью, приходящей в нее извне. Этот факт не только не объясним в БВ, но и противоричит БВ.

3. Имеет ли место отраженное РИ? Если да, как мы отличаем РИ от других излучений?

Нет. А вот если из так назаваемого РИ вычесть мощность, принимаемую нами от всех известных объектов Вселенной (на этих же частотах), то останется на порядок меньшая температура, чем считается сейчас, так как сейчас из РИ вычитается только излучение нашей галактики. Это ясно видно на карте МФИ до вычитания фона нашей гарактики и после.

4. Как мы вообще можем его наблюдать? Если волны РИ распространяются со скоростью света, то они должны были уже давно пролететь мимо Земли, поскольку, образно говоря, Земля и живущие на ней наблюдатели, удаляются от точки БВ с гораздо меньшей скоростью? Или же источник РИ "работал" продолжительное время?

Нет, считается, что он сработал мгновенно, но всюду.
А зато ФИ приходит к нам всегда, так его источник (Вселенная) работает вечно.

[edward]

Как считается, у БВ не было места взрыва, что БВ произошел везГде, причем одновременно.

А почему вы отбросили второй вариант (другой знак кривизнвы) ,
при котором сингулярность была только в одной точке?

[polar]

http://www.astronet.ru:8100/db/msg/1176797
http://www.astronet.ru:8100/db/msg/1176797/node60.html


Вообще на Астронете есть хорошая поисковая система.
Я конечно понимаю, что всегда легче отвлечь кого-то, что вам все объясняли и ссылки искали,
но все это нетрудно сделать и самому, благо люди постарались все сделать удобно.

[Che]

А почему вы отбросили второй вариант (другой знак кривизнвы) ,
при котором сингулярность была только в одной точке?

Чтобы Вы также могли объяснить это вопросившему Сергею Сергеичу. Но в любом случае Ваш слоган остается в силе " Что было, когда ничего не было?".
Я как-то вообще против сингулярности, для меня одна сингулярная точка не подходит так же, как и бесконечное их количество.  

[SuperSergey]

Сергей, я ведь специально просил "объяснить на пальцах" - честно признаю, я не настолько подкован, чтобы сходу читать научные труды. Собственно, меня и интересуют общие принципы... Если такие вопросы обижают участников этого форума, ну что ж... жаль.

Che: Вы пишете, что БВ произошел везде, одновременно. Но в тот момент Вселенная была сжата в одну точку. После БВ начинается расширение - вещество разлетается во все стороны со скоростью < c. Через некоторое время Вселенная становится прозрачной - начиная с этого момента мы "видим" РИ. И видим его до сих пор. Стало быть, источник РИ работал все время, начиная от БВ до момента прозрачности Вселенной, и продолжал работать дальше - раз мы его видим до сих пор. Что же тогда является источником РИ?

[Alex P]

Che: Вы пишете, что БВ произошел везде, одновременно. Но в тот момент Вселенная была сжата в одну точку.

 Что на самом деле происходило в начале времен никто толком, (я думаю) не знает. Что точно известно, так это то, что от удаленных галактик свет приходит с красным смещением, что интерпретируется, как эффект Доплера. Величина смещения достаточно хорошо укладывается в решение Фридмана уравнений Эйнштейна. Если мы "откатаем" это решение назад во времени, мы действительно упремся в сингулярность. Но решение Фридмана в каком-то смысле вырожденное. Общие решения уравнений Эйнштейна при приближении к начальной точке имеют очень "нехороший" вид. Эти решения аналогичны поведению функции sin(1/t). (Серия "казнеровских" эпох). Хуже всего то, на мой взгляд, что эти решения справедливы и в отсутствии материи как таковой. Представить себе, что само пространство, без наличия вещества, обладает такой сложной динамикой мне трудно. Скорее всего, тут должна вступить в действие некая новая теория, но какой она должна быть сейчас представить сложно. Есть много "спекулятивных" (в физическом смысле) моделей, типа "инфляционной". Но насколько я знаю, каких-либо экспериментальных данных, подтверждающих подобного рода теории до сих пор нет. Хотя, может быть, я ошибаюсь.

[Crio]

После БВ начинается расширение - вещество разлетается во все стороны со скоростью < c. Через некоторое время Вселенная становится прозрачной - начиная с этого момента мы "видим" РИ. И видим его до сих пор. Стало быть, источник РИ работал все время, начиная от БВ до момента прозрачности Вселенной, и продолжал работать дальше - раз мы его видим до сих пор. Что же тогда является источником РИ?

Для того, чтобы видеть свет, не нужно, чтобы его источник все время работал. Достаточно того, что он когда-то испустил энное количество фотонов, и если эти фотоны не поглотились веществом и летят в нашем направлении, мы рано или поздно их увидим, вне зависимости от того, работает ли еще источник, или давно погас.
Вас, вероятно, смущает аналогия с электрической лампочкой, от которой (как нам кажется) свет идет только тогда, когда она светит, т.е. есть источник, или, может быть, я не правильно поняла суть Вашего вопроса.
Реликтовое излучение на то и реликтовое, что сейчас нет у него источника. До эпохи рекомбинации была смесь чатиц, протонов, электронов, фотонов и других. Фотоны рассеивались на этих частицах, это был единый многокомпонентный газ, температура излучения (фотонов) была равна температуре вещества. После эпохи рекомбинации излучение отделилось от вещества, с тех пор реликтовые фотоны самостоятельно путешествуют по Вселенной. Они несут в себе информацию о моменте рекомбинации, в них как бы завпечатлелась та эпоха, поэтому изучение РИ так важно. Единственные изменеия, которые произошли с РИ с тех пор, это его покраснение, вызванное расширением.

[SuperSergey]

Crio, спасибо - именно аналогия с лампочкой и смущала.

[piter]

А как расширение может вызвать покраснение?
По моему ничего не меняется...

[Che]

БВ произошел везде, одновременно. Но в тот момент Вселенная была сжата в одну точку.   Что же тогда является источником РИ?

Эта точка стала прообразом всех точек в нашей современной Вселенной. Поэтому -  везде.

После БВ начинается расширение - вещество разлетается во все стороны со скоростью < c.

По расчетам получается, что скорость разлета была больше 100*с

Через некоторое время Вселенная становится прозрачной - начиная с этого момента мы "видим" РИ. И видим его до сих пор. Стало быть, источник РИ работал все время, начиная от БВ до момента прозрачности Вселенной, и продолжал работать дальше - раз мы его видим до сих пор.

Нет, считается, что мы видим МФИ от точек, удаленных от нас на расстояние, которое свет преодолевает со времени после наступления прозрачности, и каждой секундой это расстояние увеличивается

Что же тогда является источником РИ?

По БВ - тот процесс в тот момент, по другой теории МФИ есть результат всех источников излучения за бесконечное время.

[Che]

А как расширение может вызвать покраснение?
По моему ничего не меняется...

По моему - никак. Здесь происходит путаница с понятием распространения ЭМ волн в расширяющемся пространстве.
Попробуйте определить скорость света в таком пространстве.
(При этом запрещено использовать закон сохранения энергии, ибо он в ОТО не работает.)

[Stepa]

Уважаемый Che!

По моему - никак.

Это не абсолютная истина, а относительная.
В метрике Робертсона - Уокера мы имеем некоторое синхронное время, которое одинаково во всех точках и расширяющееся пространство. Что же это означает?
Количество "горбов" ("вспышек") света, излучаемого атомом в период времени (частота излучения), одинаково во всех точках Вселенной в данный момент (и в любой другой). Изменением масштабного фактора за время излучения можно пренебречь, поэтому расстояние между вспышками сразу после излучения равно c*tau, где tau - период излучения. Что же будет происходить при расширении? - расстояние между вспышками увеличится в масштабный фактор(сейчас) / масштабный фактор( момент излучения). Результат - к нам они придут  с частотой, меньшей в это отношение. Что это, как не красное смещение?

Попробуйте определить скорость света в таком пространстве.

Это не создает принципиальных трудностей. Пусть X и T - координата и время в сопутствующих (нерасширяющихся) координатах, а x и t - в расширяющихся.

dx**2=a(t)**2*dX**2
dt=dT
V=dX/dT;
v=dx/dt=sqrt(gxx/g00)*dX/dT=a(T)*dX/dT

dX/dT=c - нами измеримая скорость света.
dx/dt=a(t)*c - т.н." координатная" скорость света".

Используя выражение
lambda*nu=a(t)*c, где nu=const (атомы не меняются), lambda=a(t)*(c/nu) - где с/nu=lambda0 - нами измеримая длина волны (с помощью дифракции, нитерференции...).
lambda=lambda0*a(t)

По расчетам получается, что скорость разлета была больше 100*с

А может и еще больше. Ничто ведь не ограничивает пространство от расширения. Хоть 1000*с.

[Che]

dX/dT=c - нами измеримая скорость света.
dx/dt=a(t)*c - т.н." координатная" скорость света".
lambda=lambda0*a(t)

Почему мы должны измерять скорость света в нерасширяющихся  координатах Х и Т, а lambda определять в расширяющихся? Сделаем это в одних координатах(где меряем  скорость света), и увидим, что расширения длины волны нет. Как не существует и красного смещения (в БВ).  

[Stepa]

Почему мы должны измерять скорость света в нерасширяющихся  координатах Х и Т, а lambda определять в расширяющихся?

Вам доступны измерения скорости света на таких расстояниях? И будет ли эта скорость скоростью?
Мы не "должны", мы принципиально не можем измерить эту скорость.
Локально везде во Вселенной одинаковая скорость света = c. И сейчас, и раньше, и позже
.
lambda мы тоже измеряем в нашей не расширяющейся системе. Составные части наших линеек взаимодействуют, поэтому она не расширяется. "Горбы" не взаимодействуют, и расширяются.

Я беру линейку, находясь в момент излучения двух последовательных вспышек, измеряю - расстояние
c*tau. За то время, пока вспышки шли, расстояние между ними увеличилось за счет расширения Вселенной. Но линейка-то осталась такой же. И скорость света осталась такой же. Значит, частота вспышек будет меньше.

Столько раз мы с вами это обсуждали... Спросите конкретно, по изложенному выше тексту, какой пункт вам не нравится. Если "расширение Вселенной", то все ясно Не хочется начинать старый флейм про это дело...

[Che]

Почему скорость света и тогда и сейчас локально была одинаковой (=с)?

[Stepa]

Потому, что электродинамика не изменилась.

[Che]

Stepa,
Спасибо, Вы меня убедили, что в БВ красное смещение можно объяснить расширением пространства. Противоположное мое суждение оказалось ошибочным.

[LDPRkin]

А почему за столькие годы реликтовое излучение не исчезло вовсе?