科普節目常見的謠言之一
話說很多人都應該有個印象,以前的老式電視常常會出現雪花屏。那這個「雪花屏」到底是咋來的呢?
在許多科普介紹當中,都會說老式電視的雪花屏和宇宙微波背景輻射有關,這個宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸的關鍵證據之一。
有的人說這就是宇宙微波背景輻射,有人這說其中有1%來自於宇宙微波背景輻射。事實上,這是錯誤的認知,老式電視機接收不到宇宙微波背景輻射。那具體是咋回事呢?今天,我們就來闢謠一下。
雪花屏到底是咋來的?
要了解這個問題,我們就得先搞懂雪花屏是如何造成的?
我們都知道,傳統的老式電視都有天線裝置,它是用來接收電磁波信號的。我們之所以可以用老式電視看電視節目,主要的原因就是它能夠接收到某個頻段的電磁波信號。但是如果接收到某個頻段的電磁波信號,那老式電視就會出現雪花屏。
那這個雪花屏到底是如何來的呢?
實際上,它來自於我們所處的環境。我們都知道萬物是由粒子構成的,但是粒子並不是整整齊齊地排列在一起,實際上,它們是非常好動的。
從微觀角度來看,粒子運動的劇烈程度和溫度是有關的。科學家發現,粒子整體運動得越劇烈,溫度就越會高。因此,我們可以用分子的平均動能來對溫度進行描述。
不僅如此,科學家還發現,凡是溫度高於絕對零度的物體,都會向外輻射能量。就拿人類說,人的體溫大概是36~37度。因此,人也是會時時刻刻在向外輻射能量的。不過,由於我們可以看到的電磁波是一定頻率範圍內的,這部分也稱為可見光波段。
而人體向外輻射的電磁波是位於紅外光波段,因此,我們看不到人體輻射出來的電磁波。
也就是說,自然界有許許多多的電磁波輻射其實是我們肉眼看不到的,它們廣泛地分布於空間之中,只要是高於絕對零度的環境,就會有它們的身影。而老式電視機可以接收到其中一波分的電磁波,這也就導致了雪花屏的存在。也就是說,雪花屏實際上就是空氣中微觀粒子的不規則運動造成的。
為什麼老式電視機接收不到宇宙微波背景輻射?
要了解這個問題,我們就要搞清楚宇宙微波背景輻射到底是什麼?
按照目前主流的理論,我們知道宇宙誕生於138億年前的一場大爆炸。
宇宙大爆炸早期的溫度極其高,一片混沌,宇宙當中主要都是高能電磁波。隨著宇宙空間的膨脹,溫度開始劇烈的下降。在這個過程中,逐漸形成了如今構成我們這個宇宙的粒子。
到了宇宙大爆炸後的38萬年,宇宙的溫度降到了3000度左右,這時候宇宙開始變得透明,光子開始在宇宙中傳播。這些光子是遍布全天的背景輻射,你可以理解成宇宙大爆炸時留下的餘溫。而此時的宇宙其實還是在膨脹的,也就是說,這個背景輻射還會繼續降溫。一直持續至今,這個溫度下降到了2.72K,只比絕對零度高了2.72度。我們就把這個它稱為宇宙微波背景輻射。
在宇宙大爆炸剛被提出時,科學家就希望通過觀測儀器來探測宇宙微波背景輻射。可是當時的技術根本做不到。一直到1964年左右,有兩位工程師在使用高精度的射電望遠鏡時,就發現在7.35釐米的波段上,有個一直無法消除的噪音。後來,這被證明了就是宇宙微波背景輻射,兩人還因此獲得了諾貝爾物理學獎。
起初,兩位工程師探測到的宇宙微波背景輻射是很粗糙的。後來,大量的科研人員開始從事相關的研究,獲得了更為清晰的宇宙微波背景輻射。
所以,我們會發現,探測宇宙微波背景輻射這件事並不是隨便用一個接收器就能夠實現的。事實上,一般的天線是根本無法接收到宇宙微波背景輻射的。
主要的問題在於溫度,宇宙微波背景輻射的溫度只有2.72K,而儀器如果在常溫的環境下進行觀測,那環境中的粒子熱運動帶來的幹擾要遠遠強於宇宙微波背景輻射,因此接收到的其實都是環境中的幹擾,而不是宇宙微波背景輻射。
如果非要探測宇宙微波背景輻射就需要把儀器放置在低溫的環境下,消除掉環境帶來的幹擾,才能夠探測到宇宙微波背景輻射。所以,雪花屏其實和宇宙微波背景輻射沒有一毛錢關係,它是由環境的分子熱運動造成的。