Em 2006, John Mather e George Smoot receberam o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do espectro do corpo negro e da anisotropia da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Esses resultados foram obtidos com base em medições feitas pelo satélite COBE lançado pela NASA em 1988. Os resultados de J. Mather e J. Smoot confirmaram a origem do Universo como resultado do Big Bang. A diferença extremamente pequena na temperatura da radiação cósmica de fundo ΔT/T ~ 10 -4 é evidência do mecanismo de formação de galáxias e estrelas.
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J. Mather (n. 1946) |
 J. Smoot (n. 1945) |
Arroz. 52. Espectro de corpo negro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas (ou radiação cósmica de fundo em micro-ondas) foi descoberta em 1965 por A. Penzias e R. Wilson. Numa fase inicial da evolução do Universo, a matéria estava no estado de plasma. Tal meio é opaco à radiação eletromagnética; ocorre intensa dispersão de fótons por elétrons e prótons; Quando o Universo esfriou a 3.000 K, elétrons e prótons se uniram em átomos de hidrogênio neutros e o meio tornou-se transparente aos fótons. Nessa época, a idade do Universo era de 300.000 anos, então a radiação cósmica de fundo em micro-ondas fornece informações sobre o estado do Universo nesta época. Nesta época, o Universo era praticamente homogêneo. As heterogeneidades do Universo são determinadas pela heterogeneidade de temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Essa heterogeneidade é ΔT/T ≈ 10 -4 −10 -5. As heterogeneidades da radiação cósmica de fundo em micro-ondas são testemunhas das heterogeneidades do Universo: as primeiras estrelas, galáxias, aglomerados de galáxias. Com a expansão do Universo, o comprimento de onda da CMB aumentou Δλ/λ = ΔR/R e atualmente o comprimento de onda da CMB está na faixa de ondas de rádio, a temperatura da CMB é T = 2,7 K.
Arroz. 53. Anisotropia da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Mais cor escura são mostradas seções do espectro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas que têm mais Temperatura alta.
J. Mather: "No começo houve o Big Bang−então dizemos agora com grande confiança. O satélite COBE, proposto como projecto em 1974 à Agência Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) e lançado em 1989, forneceu fortes evidências a favor disto: a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMBR, ou radiação cósmica de fundo em micro-ondas) tem um espectro corpo negro quase perfeito com temperatura
2,725 ±0,001 K, e esta radiação é isotrópica (a mesma em todas as direções) com um desvio padrão relativo de não mais que 10 por milhão em escalas angulares de 7° ou mais. Esta radiação é interpretada como um vestígio de um estágio inicial extremamente quente e denso da evolução do Universo. Numa fase tão quente e densa, a criação e destruição de fótons, bem como o estabelecimento de equilíbrio entre eles e com todas as outras formas de matéria e energia, ocorreria muito rapidamente em comparação com a escala de tempo característica da expansão do Universo. . Tal estado produziria imediatamente radiação de corpo negro. Um Universo em expansão deve manter a natureza de corpo negro deste espectro, portanto, medir qualquer desvio significativo do espectro ideal de corpo negro invalidaria toda a ideia do Big Bang ou mostraria que alguma energia foi adicionada à CMB após o rápido estabelecimento do equilíbrio. (por exemplo, da decomposição de algumas partículas primárias). O facto de esta radiação ser isotrópica num grau tão elevado é uma prova chave de que provém do Big Bang."
Arroz. 54. Robert Wilson e Arno Penzias na antena onde a radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi detectada.
J. Smoot: “De acordo com a teoria do Universo quente, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas é a radiação residual formada nos primeiros estágios de alta temperatura da evolução do Universo, em um momento próximo ao início da expansão do Universo moderno, 13,7 bilhões de anos atrás. . O próprio CMB pode ser usado como uma ferramenta poderosa para medir a dinâmica e a geometria do Universo. O CMB foi descoberto por Penzias e Wilson no Laboratório. Bela em 1964
Eles descobriram radiação isotrópica constante com temperatura termodinâmica cerca de 3,2 K. Ao mesmo tempo, físicos de Princeton (Dick, Peebles, Wilkinson e Roll) estavam desenvolvendo um experimento para medir a radiação cósmica de fundo em micro-ondas prevista pela teoria de um Universo quente. Descoberta acidental CMB Penzias e Wilson abriram uma nova era na cosmologia, marcando o início de sua transformação de mito e especulação em uma direção científica plena.
A descoberta da anisotropia de temperatura na radiação cósmica de fundo revolucionou a nossa compreensão do Universo, e a sua investigação moderna continua a revolucionar a cosmologia. Traçar o espectro de potência angular das flutuações de temperatura da CMB com platôs, picos acústicos e uma cauda decadente de alta frequência levou ao estabelecimento de um modelo cosmológico padrão no qual a geometria do espaço é plana (correspondendo à densidade crítica), energia escura e energia escura. a matéria domina e há apenas um pouco de matéria comum. De acordo com este modelo confirmado com sucesso, a estrutura observada do Universo foi formada por instabilidade gravitacional, que amplificou as flutuações quânticas geradas no início da era inflacionária. As observações atuais e futuras testarão este modelo e identificarão os principais parâmetros cosmológicos com excelente precisão e significado."
Radiação CMB-radiação eletromagnética cósmica com alto grau de isotropia e com espectro característico de um corpo absolutamente negro com temperatura? 2.725 K. A CMB foi prevista por G. Gamow, R. Alpher e R. Hermann em 1948 com base na primeira teoria do Big Bang que eles criaram. Alfer e Herman conseguiram estabelecer que a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas deveria ser 5 K, e Gamow fez uma previsão em 3 K. Embora existissem algumas estimativas da temperatura do espaço antes, elas apresentavam várias deficiências. Em primeiro lugar, estas eram medições apenas da temperatura efectiva do espaço e não se presumia que o espectro de radiação obedecesse à lei de Planck; Em segundo lugar, eles dependiam da nossa localização específica na borda da Galáxia e não presumiam que a radiação fosse isotrópica. Além disso, dariam resultados completamente diferentes se a Terra estivesse localizada em algum outro lugar do Universo. Nem o próprio G. Gamow nem muitos de seus seguidores levantaram a questão da detecção experimental da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Aparentemente, eles acreditavam que essa radiação não poderia ser detectada, pois ela “se afoga” nos fluxos de energia trazidos à Terra pela radiação das estrelas e dos raios cósmicos.
A possibilidade de detectar radiação cósmica de fundo em micro-ondas contra o fundo de radiação de galáxias e estrelas na região de ondas de rádio centimétricas foi comprovada por cálculos de A.G. Doroshkevich e I.D. Novikov, realizado por sugestão de Ya.B. Zeldovich em 1964, ou seja, um ano antes da descoberta de A. Pepzias e R. Wilson.
Em 1965, Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson construíram o radiômetro Dicke, que pretendiam usar não para pesquisar radiação cósmica de fundo em micro-ondas, mas para experimentos em radioastronomia e comunicações por satélite. Ao calibrar o aparelho, descobriu-se que a antena estava com excesso de temperatura de 3,5 K que eles não conseguiam explicar. O leve ruído de fundo não mudou nem na direção nem no tempo de operação. A princípio decidiram que se tratava de ruído inerente ao equipamento. O radiotelescópio foi desmontado e seu “recheio” testado repetidas vezes. O orgulho dos engenheiros foi ferido e por isso a verificação foi até o último detalhe, até a última solda. Tudo foi eliminado. Eles o recolheram novamente - o barulho recomeçou. Depois de muita deliberação, os teóricos chegaram à conclusão de que esta radiação poderia ser nada mais do que um fundo constante de emissão de rádio cósmica preenchendo o Universo num fluxo constante. Ao receber um telefonema de Holdmdale, Dicke brincou: “Tiramos a sorte grande, rapazes”. Uma reunião entre as equipes de Princeton e Holmdale determinou que a temperatura da antena foi causada pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Os astrofísicos calcularam que o ruído corresponde a uma temperatura de cerca de 3 graus Kelvin e é “audível em várias frequências. Em 1978, Penzias e Wilson receberam premio Nobel pela sua descoberta. Pode-se imaginar como os defensores do modelo “quente” se alegraram quando esta mensagem chegou. Esta descoberta não só fortaleceu a posição do modelo “quente”. A radiação relíquia permitiu descer do intervalo de tempo dos quasares (8-10 bilhões de anos) para um intervalo correspondente a 300 mil anos desde o “início”. Ao mesmo tempo, foi confirmada a ideia de que o Universo já teve uma densidade um bilhão de vezes maior do que é agora. Sabe-se que a matéria aquecida sempre emite fótons. De acordo com leis gerais na termodinâmica, isso manifesta o desejo de um estado de equilíbrio em que a saturação seja alcançada: o nascimento de novos fótons é compensado pelo processo inverso, a absorção dos fótons pela matéria, de modo que o número total de fótons no meio não muda. Este “gás fóton” preenche uniformemente todo o Universo. A temperatura do gás fóton está próxima do zero absoluto - cerca de 3 Kelvin, mas a energia contida nele é maior do que a energia luminosa emitida por todas as estrelas durante sua vida. Para cada centímetro cúbico de espaço no Universo existem aproximadamente quinhentos quanta de radiação, e o número total de fótons no Universo visível é vários bilhões de vezes maior que o número total de partículas de matéria, ou seja, átomos, núcleos, elétrons que constituem planetas, estrelas e galáxias. Esta radiação de fundo geral do Universo é chamada c mão leveÉ. Shklovsky, relíquia, ou seja, residual, que é um remanescente, uma relíquia do estado inicial denso e quente do Universo. Supondo que a matéria do Universo primitivo era quente, G. Gamow previu que os fótons, que estavam então em equilíbrio termodinâmico com a matéria, deveriam ser preservados na era moderna. Esses fótons foram detectados diretamente em 1965. Tendo experimentado expansão geral e resfriamento associado, o gás dos fótons agora forma a radiação de fundo do Universo, chegando até nós uniformemente de todos os lados. O quantum cósmico de fundo em micro-ondas não tem massa de repouso, como qualquer quantum de radiação eletromagnética, mas tem energia e, portanto, de acordo com a famosa fórmula de Einstein E=Sra?, e a massa correspondente a esta energia. Para a maioria dos quanta relíquias, essa massa é muito pequena: muito menor que a massa de um átomo de hidrogênio, o elemento mais comum em estrelas e galáxias. Portanto, apesar da predominância significativa no número de partículas, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas é inferior às estrelas e galáxias em termos de contribuição para a massa total do Universo. Na era moderna, a densidade de radiação é de 3 * 10 -34 g/cm 3, que é aproximadamente mil vezes menor que a densidade média da matéria nas galáxias. Mas nem sempre foi assim - no passado distante do Universo, os fótons deram a principal contribuição para a sua densidade. O fato é que durante a expansão cosmológica, a densidade da radiação diminui mais rapidamente que a densidade da matéria. Nesse processo, não apenas a concentração de fótons diminui (na mesma proporção que a concentração de partículas), mas a energia média de um fóton também diminui, pois a temperatura do gás dos fótons diminui durante a expansão. Durante a expansão subsequente do Universo, a temperatura do plasma e da radiação caiu. A interação das partículas com os fótons não teve mais tempo de influenciar significativamente o espectro de emissão durante o tempo de expansão característico. No entanto, mesmo na completa ausência de interação entre a radiação e a matéria durante a expansão do Universo, o espectro de radiação do corpo negro permanece como corpo negro, apenas a temperatura da radiação diminui; Embora a temperatura ultrapassasse 4.000 K, a matéria primária estava completamente ionizada, o alcance dos fótons de um evento de espalhamento para outro era muito menor que o horizonte do Universo. No T ? 4000K prótons e elétrons se recombinaram, o plasma se transformou em uma mistura de átomos neutros de hidrogênio e hélio, e o Universo tornou-se completamente transparente à radiação. Durante a sua expansão, a temperatura da radiação continuou a cair, mas a natureza do corpo negro da radiação foi preservada como uma relíquia, como uma “memória” do período inicial da evolução do mundo. Essa radiação foi descoberta primeiro na onda de 7,35 cm e depois nas demais ondas (de 0,6 mm a 50 cm).
Nem as estrelas e as rádio-galáxias, nem o gás intergaláctico quente, nem a reemissão de luz visível pela poeira interestelar podem produzir radiação que se aproxime das propriedades da radiação de fundo em micro-ondas: a energia total desta radiação é demasiado elevada e o seu espectro não é semelhante ao seja o espectro das estrelas ou o espectro das fontes de rádio. Isto, bem como a quase completa ausência de flutuações de intensidade na esfera celeste (flutuações angulares de pequena escala), comprova a origem cosmológica relíquia da radiação de fundo em micro-ondas.
A radiação de fundo é isotrópica apenas no sistema de coordenadas associado às galáxias de “espalhamento”, nas chamadas. sistema de referência acompanhante (este sistema se expande junto com o Universo). Em qualquer outro sistema de coordenadas, a intensidade da radiação depende da direção. Este fato abre a possibilidade de medir a velocidade do Sol em relação ao sistema de coordenadas associado à radiação de fundo em micro-ondas. Na verdade, devido ao efeito Doppler, os fótons que se propagam em direção a um observador em movimento têm mais energia alta, em vez de alcançá-lo, apesar de no sistema associado a m.f. isto é, suas energias são iguais. Portanto, a temperatura de radiação para tal observador depende da direção. Anisotropia dipolo do CMB associada ao movimento sistema solar em relação ao campo desta radiação, está agora firmemente estabelecido: na direção da constelação de Leão, a temperatura da radiação relíquia é 3,5 mK superior à média, e na direção oposta (a constelação de Aquário) é o mesmo valor abaixo da média. Consequentemente, o Sol (junto com a Terra) se move em relação ao m.f. E. a uma velocidade de cerca de 400 km/s em direção à constelação de Leão. A precisão das observações é tão alta que os experimentadores registraram a velocidade da Terra em torno do Sol como 30 km/s. Levar em conta a velocidade do Sol em torno do centro da Galáxia permite-nos determinar a velocidade da Galáxia em relação à radiação de fundo. É de cerca de 600 km/s. O espectrofotômetro de radiação infravermelha distante (FIRAS) no satélite Cosmic Background Explorer (COBE) da NASA fez medições precisas do espectro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Essas medições foram as medições mais precisas do espectro do corpo negro até o momento. Maioria mapa detalhado A radiação CMB foi construída como resultado do trabalho da espaçonave americana WMAP.
O espectro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas que preenche o Universo corresponde ao espectro da radiação de um corpo absolutamente negro com temperatura de 2,725 K. Seu máximo ocorre na frequência de 160,4 GHz, o que corresponde a um comprimento de onda de 1,9 mm. É isotrópico dentro de 0,001% - o desvio padrão da temperatura é de aproximadamente 18 μK. Este valor não leva em consideração a anisotropia dipolo (a diferença entre a região mais fria e a mais quente é de 6,706 mK) causada pela mudança de frequência Doppler da radiação devido à nossa própria velocidade em relação ao sistema de coordenadas associado ao CMB. A anisotropia dipolo corresponde ao movimento do sistema solar em direção à constelação de Virgem a uma velocidade de? 370 km/s.
Radiação CMB
A radiação extragaláctica de fundo em micro-ondas ocorre na faixa de frequência de 500 MHz a 500 GHz, correspondendo a comprimentos de onda de 60 cm a 0,6 mm. Essa radiação de fundo carrega informações sobre os processos que ocorreram no Universo antes da formação de galáxias, quasares e outros objetos. Esta radiação, chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas, foi descoberta em 1965, embora tenha sido prevista na década de 40 por George Gamow e tenha sido estudada por astrônomos durante décadas.
No Universo em expansão, a densidade média da matéria depende do tempo – no passado era maior. Porém, durante a expansão, não só a densidade, mas também a energia térmica da substância muda, o que significa que na fase inicial da expansão o Universo não era apenas denso, mas também quente. Como consequência, em nosso tempo deve ser observada radiação residual, cujo espectro é igual ao espectro de um corpo absolutamente sólido, e esta radiação deve estar em mais elevado grau isotrópico. Em 1964, A.A. Penzias e R. Wilson, testando uma antena de rádio sensível, descobriram uma radiação de micro-ondas de fundo muito fraca, da qual não conseguiram se livrar. Sua temperatura acabou sendo de 2,73 K, o que está próximo do valor previsto. A partir de experimentos de isotropia foi demonstrado que a fonte da radiação de fundo em micro-ondas não pode estar localizada dentro da Galáxia, pois então uma concentração de radiação em direção ao centro da Galáxia deveria ser observada. A fonte de radiação não poderia estar localizada dentro do sistema solar, porque Haveria uma variação diária na intensidade da radiação. Por causa disso, foi feita uma conclusão sobre a natureza extragaláctica desta radiação de fundo. Assim, a hipótese de um Universo quente recebeu base observacional.
Para compreender a natureza da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, é necessário recorrer aos processos que ocorreram em estágios iniciais expansão do Universo. Consideremos como as condições físicas do Universo mudaram durante o processo de expansão.
Agora, cada centímetro cúbico de espaço contém cerca de 500 fótons relíquias e há muito menos matéria por volume. Como a razão entre o número de fótons e o número de bárions durante a expansão é mantida, mas a energia dos fótons durante a expansão do Universo diminui ao longo do tempo devido ao desvio para o vermelho, podemos concluir que em algum momento do passado a energia a densidade da radiação era maior do que a densidade de energia das partículas de matéria. Este momento é chamado de estágio de radiação na evolução do Universo. A etapa de radiação foi caracterizada pela igualdade de temperatura da substância e da radiação. Naquela época, a radiação determinava completamente a natureza da expansão do Universo. Cerca de um milhão de anos após o início da expansão do Universo, a temperatura caiu para vários milhares de graus e ocorreu uma recombinação de elétrons, que antes eram partículas livres, com prótons e núcleos de hélio, ou seja, formação de átomos. O Universo tornou-se transparente à radiação, e é esta radiação que agora detectamos e chamamos de radiação relíquia. É verdade que desde aquela época, devido à expansão do Universo, os fótons diminuíram sua energia cerca de 100 vezes. Falando figurativamente, os quanta cósmicos de fundo em micro-ondas “imprimiram” a era da recombinação e carregam informações diretas sobre o passado distante.
Após a recombinação, a matéria começou a evoluir de forma independente pela primeira vez, independentemente da radiação, e densidades começaram a aparecer nela - os embriões de futuras galáxias e seus aglomerados. É por isso que experimentos para estudar as propriedades da radiação cósmica de fundo em micro-ondas – seu espectro e flutuações espaciais – são tão importantes para os cientistas. Os seus esforços não foram em vão: no início dos anos 90. O experimento espacial russo Relikt-2 e o americano Kobe descobriram diferenças na temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas de áreas vizinhas do céu, e o desvio da temperatura média é de apenas cerca de um milésimo de um por cento. Essas variações de temperatura carregam informações sobre o desvio da densidade da matéria em relação ao valor médio durante a época de recombinação. Após a recombinação, a matéria no Universo foi distribuída quase uniformemente, e onde a densidade estava pelo menos ligeiramente acima da média, a atração foi mais forte. Foram as variações de densidade que posteriormente levaram à formação de estruturas em grande escala, aglomerados de galáxias e galáxias individuais observadas no Universo. De acordo com as ideias modernas, as primeiras galáxias deveriam ter se formado em uma época que corresponde a desvios para o vermelho de 4 a 8.
Existe uma chance de olhar ainda mais longe para a era anterior à recombinação? Até o momento da recombinação, foi a pressão da radiação eletromagnética que criou principalmente o campo gravitacional que desacelerou a expansão do Universo. Nesta fase, a temperatura variou na proporção inversa da raiz quadrada do tempo decorrido desde o início da expansão. Consideremos sucessivamente os vários estágios de expansão do Universo primordial.
A uma temperatura de aproximadamente 1013 Kelvin, pares foram criados e aniquilados no Universo várias partículas e antipartículas: prótons, nêutrons, mésons, elétrons, neutrinos, etc. Quando a temperatura foi reduzida para 5*1012 K, quase todos os prótons e nêutrons foram aniquilados, transformando-se em quanta de radiação; Restaram apenas aqueles para os quais não havia antipartículas “suficientes”. É desses “excessos” de prótons e nêutrons que consiste principalmente a matéria do Universo observável moderno.
Em T = 2*1010 K, os neutrinos totalmente penetrantes pararam de interagir com a matéria - a partir desse momento, um “fundo relíquia de neutrinos” deveria ter permanecido, o que pode ser detectado durante futuros experimentos com neutrinos.
Tudo o que acabamos de discutir aconteceu em temperaturas ultra-altas no primeiro segundo após o início da expansão do Universo. Poucos segundos após o “nascimento” do Universo, começou a era da nucleossíntese primária, quando se formaram núcleos de deutério, hélio, lítio e berílio. Durou aproximadamente três minutos e seu principal resultado foi a formação de núcleos de hélio (25% da massa de toda a matéria do Universo). Os demais elementos, mais pesados que o hélio, constituíam uma parte insignificante da substância - cerca de 0,01%.
Após a era da nucleossíntese e antes da era da recombinação (cerca de 106 anos), ocorreu uma expansão silenciosa e um resfriamento do Universo, e então - centenas de milhões de anos após o início - surgiram as primeiras galáxias e estrelas.
Nas últimas décadas, o desenvolvimento da cosmologia e da física de partículas elementares tornou possível considerar teoricamente o período inicial e “superdenso” da expansão do Universo. Acontece que logo no início da expansão, quando a temperatura era incrivelmente alta (mais de 1.028 K), o Universo poderia estar em um estado especial no qual se expandia com aceleração, e a energia por unidade de volume permanecia constante. Essa fase de expansão foi chamada de inflacionária. Tal estado da matéria é possível sob uma condição - pressão negativa. A fase de expansão inflacionária ultrarrápida cobriu um pequeno período de tempo: terminou por volta de 10-36 segundos. Acredita-se que o verdadeiro “nascimento” das partículas elementares da matéria na forma como as conhecemos agora ocorreu logo após o fim da fase inflacionária e foi causado pelo decaimento do campo hipotético. Depois disso, a expansão do Universo continuou por inércia.
A hipótese do universo inflacionário responde a uma série de questões importantes na cosmologia que até recentemente eram consideradas paradoxos inexplicáveis, em particular a questão da causa da expansão do universo. Se em sua história o Universo realmente passou por uma era em que houve uma grande pressão negativa, então a gravidade inevitavelmente deveria ter causado não atração, mas repulsão mútua de partículas materiais. E isso significa que o Universo começou a se expandir de forma rápida e explosiva. É claro que o modelo do Universo inflacionário é apenas uma hipótese: mesmo uma verificação indireta das suas disposições requer instrumentos que simplesmente ainda não foram criados. No entanto, a ideia da expansão acelerada do Universo no estágio inicial de sua evolução entrou firmemente na cosmologia moderna.
Falando sobre o Universo primordial, somos subitamente transportados das maiores escalas cósmicas para a região do micromundo, que é descrita pelas leis da mecânica quântica. A física das partículas elementares e das energias ultra-altas está intimamente ligada na cosmologia à física dos sistemas astronômicos gigantes. O maior e o menor estão interligados aqui. Esta é a incrível beleza do nosso mundo, cheio de conexões inesperadas e profunda unidade.
As manifestações da vida na Terra são extremamente diversas. A vida na Terra é representada por criaturas nucleares e pré-nucleares, unicelulares e multicelulares; os multicelulares, por sua vez, são representados por fungos, plantas e animais. Qualquer um desses reinos une vários tipos, classes, ordens, famílias, gêneros, espécies, populações e indivíduos.
Em toda a diversidade aparentemente infinita de seres vivos, vários níveis diferentes de organização dos seres vivos podem ser distinguidos: molecular, celular, tecidual, orgânico, ontogenético, populacional, espécie, biogeocenótico, biosfera. Os níveis listados são destacados para facilitar o estudo. Se tentarmos identificar os níveis principais, refletindo não tanto os níveis de estudo, mas os níveis de organização da vida na Terra, então o principal critério para tal identificação deverá ser a presença de estruturas elementares, discretas específicas e fenômenos elementares. Com esta abordagem, torna-se necessário e suficiente distinguir entre níveis genéticos moleculares, ontogenéticos, espécies populacionais e biogeocenóticos (N.V. Timofeev-Resovsky e outros).
Nível genético molecular. Ao estudar este nível, aparentemente, a maior clareza foi alcançada na definição dos conceitos básicos, bem como na identificação de estruturas e fenômenos elementares. O desenvolvimento da teoria cromossômica da hereditariedade, a análise do processo de mutação e o estudo da estrutura dos cromossomos, fagos e vírus revelaram as principais características da organização das estruturas genéticas elementares e fenômenos relacionados. Sabe-se que as principais estruturas neste nível (códigos de informação hereditária transmitidos de geração em geração) são o DNA diferenciado por comprimento em elementos de código - trigêmeos de bases nitrogenadas que formam os genes.
Os genes neste nível de organização da vida representam unidades elementares. Os principais fenômenos elementares associados aos genes podem ser considerados suas mudanças estruturais locais (mutações) e a transferência das informações neles armazenadas para os sistemas de controle intracelular.
A reduplicação convariante ocorre de acordo com o princípio do modelo, quebrando as ligações de hidrogênio da dupla hélice do DNA com a participação da enzima DNA polimerase. Em seguida, cada uma das fitas constrói uma fita correspondente, após a qual as novas fitas são conectadas complementarmente entre si. As bases pirimidina e purina das fitas complementares são mantidas juntas por ligações de hidrogênio pela DNA polimerase. Este processo é realizado muito rapidamente. Assim, a automontagem do DNA de Escherichia coli, composto por aproximadamente 40 mil pares de nucleotídeos, requer apenas 100 s. A informação genética é transferida do núcleo pelas moléculas de mRNA para o citoplasma, para os ribossomos, e ali participa da síntese protéica. Uma proteína contendo milhares de aminoácidos é sintetizada em uma célula viva em 5–6 minutos e mais rapidamente em bactérias.
Os principais sistemas de controle, tanto durante a reduplicação convariante quanto durante a transferência de informação intracelular, utilizam o “princípio da matriz”, ou seja, são matrizes próximas às quais as macromoléculas específicas correspondentes são construídas. Atualmente, a estrutura incorporada no ácidos nucleicos um código que serve de modelo para a síntese de estruturas proteicas específicas nas células. A reduplicação, baseada na cópia da matriz, preserva não apenas a norma genética, mas também os desvios dela, ou seja, mutações (a base do processo evolutivo). O conhecimento suficientemente preciso do nível genético molecular é um pré-requisito necessário para uma compreensão clara dos fenômenos da vida que ocorrem em todos os outros níveis da organização da vida.
radiação eletromagnética cósmica que chega à Terra de todos os lados do céu com aproximadamente a mesma intensidade e possuindo um espectro característico da radiação de corpo negro a uma temperatura de cerca de 3 K (3 graus na escala Kelvin absoluta, que corresponde a 270 ° C). Nessa temperatura, a maior parcela da radiação vem de ondas de rádio nas faixas centimétrica e milimétrica. A densidade de energia da radiação cósmica de fundo em micro-ondas é de 0,25 eV/cm 3 .
Os radioastrônomos experimentais preferem chamar essa radiação de “fundo cósmico em micro-ondas” (CMB). Os astrofísicos teóricos costumam chamá-la de “radiação relíquia” (o termo foi proposto pelo astrofísico russo I.S. Shklovsky), uma vez que, dentro da estrutura da teoria geralmente aceita do Universo quente hoje, essa radiação surgiu no estágio inicial da expansão de nosso mundo, quando sua matéria era quase homogênea e muito quente. Às vezes, na literatura científica e popular, você também pode encontrar o termo “radiação cósmica de três graus”. Abaixo chamaremos essa radiação de “radiação relíquia”.
A descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas em 1965 teve grande valor para cosmologia; tornou-se uma das conquistas mais importantes das ciências naturais do século XX. e, claro, o mais importante para a cosmologia após a descoberta do desvio para o vermelho nos espectros das galáxias. A fraca radiação relíquia nos traz informações sobre os primeiros momentos da existência do nosso Universo, sobre aquela era distante em que todo o Universo era quente e não existiam planetas, nem estrelas, nem galáxias. Conduzido em últimos anos medições detalhadas desta radiação usando observatórios terrestres, estratosféricos e espaciais levantam a cortina sobre o mistério do próprio nascimento do Universo.
Zeldovich Ya.B., Novikov I.D. Estrutura e evolução do Universo. M., 1975
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O que a radiação “relíquia relíquia” indica?
A radiação cósmica de fundo é chamada de radiação cósmica de fundo, cujo espectro corresponde ao espectro de um corpo completamente negro com uma temperatura de cerca de 3 graus Kelvin. Esta radiação é observada em comprimentos de onda que variam de vários milímetros a dezenas de centímetros; é praticamente isotrópico. A descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi uma confirmação decisiva da teoria do Universo quente, segundo a qual no passado o Universo tinha uma densidade de matéria muito maior e uma temperatura muito elevada do que agora. A radiação relíquia registrada hoje é informação sobre eventos passados, quando a idade do Universo era de apenas 300-500 mil anos e a densidade era de cerca de 1.000 átomos por centímetro cúbico. Foi então que a temperatura do Universo primordial caiu para aproximadamente 3.000 graus Kelvin, partículas elementares formaram átomos de hidrogênio e hélio e o súbito desaparecimento de elétrons livres levou à radiação que hoje chamamos de radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
