V roku 1965 Arno Penzias a Robert Wilson z Bell Laboratories narazili pri testovaní citlivého mikrovlnného prijímača na všadeprítomný šum, ktorého intenzita sa nemenila bez ohľadu na to, kam anténu nasmerovali. Ukázalo sa, že nejde o chybu prístroja, ale o kozmické mikrovlnné pozadie – reliktné žiarenie z raných štádií vesmíru.
Najväčšia časť tohto žiarenia má vlnovú dĺžku približne 1,1 mm a jeho spektrum zodpovedá žiareniu ideálneho čierneho telesa s teplotou 2,7 K. Keby sme si vesmír predstavili ako obrovskú dutinu v tepelnej rovnováhe, práve jej steny by mali túto teplotu. Za svoj objav boli A. Penzias a R. Wilson v roku 1978 ocenení Nobelovou cenou za fyziku.
Detekcia kozmického mikrovlnného pozadia predstavovala zásadný medzník vo výskume raného vesmíru a poskytla jeden z najsilnejších dôkazov jeho horúceho a hustého počiatku.
V roku 1911 Charles Thomson Rees Wilson vynašiel hmlovú komoru, ktorá umožňuje pozorovať dráhy nabitých častíc v presýtenej pare alkoholu. Jej princípom je ionizácia: nabitá častica letiaca cez komoru ionizuje molekuly plynu, na ktorých sa následne kondenzuje para a vytvára viditeľnú stopu vo forme kvapôčok.
Pomôcky
Priehľadná plastová nádoba, kovová doska (napr. menší plech na pečenie), plsť, neodýmové magnety, plastová alebo drevená škatuľa (len o niečo väčšia ako kovová doska), zdroj svetla (napr. silná baterka), izopropanol, ochranné rukavice (tepelnoizolačné), ochranné okuliare a blok suchého ľadu
Postup
Po celú dobu experimentu majte nasadené ochranné rukavice a okuliare.
Na dno priehľadnej nádoby pripevnite plsť pomocou magnetov alebo spiniek (lepidlo nepoužívajte, alkohol ho rozpúšťa). Plsť dôkladne nasýťte izopropanolom. Pri nalievaní izopropanolu nádobu nakloňte. Ak sa v jednom rohu vytvorí mláka, plsť je dostatočne nasiaknutá izopropanolom.
Do plastovej alebo drevenej škatule vložte suchý ľad a naň položte čiernu kovovú dosku (plech). Sublimácia ľadu môže spôsobiť charakteristický pískavý zvuk.
Nádobu položte hore dnom na kovovú platňu. Škáry pri okrajoch môžete utesniť zvyšným izopropanolom, aby pary neunikali.
Pozorovanie
V miestnosti zhasnite a baterkou svieťte vodorovne tesne nad kovovú dosku – do citlivej oblasti hmlovej komory. Najprv uvidíte len hmlu vytvorenú z izopropanolu. Po niekoľkých minútach sa v citlivej oblasti nad dnom začnú objavovať jemné biele stopy pripomínajúce pavúčie vlákna.
Vysvetlenie
Izopropanol sa odparuje z plsti a klesá k studenej kovovej doske, keďže je ťažší ako vzduch. Prudkým ochladením vzniká presýtené prostredie – alkohol zostáva v plynnom skupenstve aj pri teplote, pri ktorej by už mal byť kvapalinou.
Keď komorou preletí energetická častica kozmického žiarenia, vytrhne elektróny z molekúl izopropanolu. Na týchto iónoch okamžite skondenzujú drobné kvapôčky, ktoré vykreslia dráhu letu častice. V bežnom prostredí zachytíte približne jednu stopu za sekundu.
Čo experiment dokazuje?
Hoci v hmlovej komore možno pozorovať najmä stopy nabitých častíc (napr. miónov) z kozmického žiarenia, samotný fakt ich existencie a prítomnosť reliktného žiarenia nás vracajú k počiatkom vesmíru. Reliktné žiarenie vzniklo približne 380-tisíc rokov po veľkom tresku, keď sa vesmír stal pre žiarenie priehľadným. Pôvodná teplota žiarenia (približne 3 000 K) klesla v dôsledku expanzie vesmíru na dnešné necelé tri stupne nad absolútnou nulou. Domáca hmlová komora tak umožňuje vidieť poslov z hlbín času priamo na kuchynskom stole.
Autor článku: Mgr. Tomáš Rudinský
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Foto Stanislav Griguš
Viac takýchto článkov a exkluzívneho obsahu môžete získať vďaka predplatnému.
Máte predplatné?
Prihlásiť sa