Номер 5, страница 183, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Почему фоновое излучение, соответствующее температуре $3K$, называется реликтовым?

5. Почему фоновое излучение, соответствующее температуре 3К, называется реликтовым?

Фоновое излучение называется реликтовым, потому что оно является «реликтом» — древним остатком, сохранившимся с очень ранних этапов существования Вселенной. Слово «реликтовый» происходит от латинского слова relictum, что означает «оставшийся».

Согласно теории Большого взрыва, в первые несколько сотен тысяч лет своего существования Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной. Она представляла собой плазму, состоящую из свободных протонов, электронов и фотонов (квантов света). Из-за высокой плотности свободных заряженных частиц (в основном электронов) фотоны постоянно рассеивались и не могли свободно распространяться на большие расстояния. Вселенная была непрозрачной для света, подобно туману.

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная, продолжая расширяться, остыла до температуры около $3000$ К. При этой температуре энергии частиц стало недостаточно для того, чтобы поддерживать вещество в состоянии плазмы. Электроны начали объединяться с протонами, образуя нейтральные атомы водорода. Этот процесс называется эпохой рекомбинации.

Как только образовались нейтральные атомы, среда стала для фотонов практически прозрачной. Фотоны, которые в тот момент заполняли Вселенную, перестали рассеиваться и начали свободно распространяться в пространстве. С тех пор они путешествуют по Вселенной, практически не взаимодействуя с веществом.

Из-за продолжающегося расширения Вселенной пространство «растягивается», и вместе с ним растягивается и длина волны этих древних фотонов. Увеличение длины волны (космологическое красное смещение) означает уменьшение энергии фотонов, что соответствует их «остыванию». В настоящее время температура этого излучения составляет всего около $2.725$ К, что обычно округляют до $\text{3}$ К.

Таким образом, это излучение не исходит от каких-либо современных объектов, таких как звезды или галактики. Оно является прямым свидетельством горячего прошлого Вселенной, своего рода «эхом» Большого взрыва. Это древнейший свет, который мы можем наблюдать, и именно поэтому он носит название «реликтовый».

Ответ: Фоновое излучение называется реликтовым, так как оно является остаточным излучением, которое сохранилось с ранней, горячей и плотной стадии развития Вселенной. Оно возникло в эпоху рекомбинации (примерно через 380 000 лет после Большого взрыва), когда Вселенная стала прозрачной, и с тех пор остыло из-за расширения Вселенной до современной температуры около $\text{3}$ К.