宇宙微波背景,回望嬰兒時期的宇宙

2021-01-18 三體迷

宇宙的起源是一個令人最為著迷的問題，自古以來被廣泛地探討於科學、哲學和宗教之中。在科學界，目前主流的觀點認為宇宙起源於約138億年前的一次大爆炸。大爆炸理論經歷了科學家數十年的研究，並得到了大量的觀測支持，宇宙微波背景（CMB）就是其中的典型。

眾所周知，光速是有限的，這會造成一個有趣的事實——我們看到的一切都是歷史。比如，仰望星空，我們看到的很多星星實際上是它們數百年前的樣子。因為這些恆星發出的星光需要經過數百年才能傳播到地球。

這些光就好比化石，記錄了宇宙過去的情況，從而為我們提供了一條了解宇宙歷史的絕佳途徑。而宇宙微波背景正是宇宙中最古老的光，展現的是宇宙誕生之後僅38萬年的樣子。它很好地解釋了宇宙早期發展所遺留下來的輻射，有力地支持了大爆炸理論。

早在上個世紀40年代，科學家就對宇宙微波背景作出了預言。喬治·伽莫夫就曾在1948年的一篇關於熱大爆炸模型的論文中指出，早期大爆炸的輻射仍殘留至今。只不過由於宇宙的膨脹，其溫度只比絕對零度稍高一些，輻射理應處於微波波段。

直到1964年，宇宙微波背景才被美國的文學家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜偶然發現。當時他們架設了一臺喇叭形狀的天線，在檢測這臺天線的噪音性能時發現了一個幾乎各向同性的詭異信號。起初，他們認為問題出在了天線本身，甚至一度歸咎於在天線搭窩的鴿子。後來才知道，這竟然是一個驚天大發現。他們測出宇宙微波背景的溫度約為3K，因此宇宙微波背景輻射也稱為3K背景輻射。

這一次的無心插柳，確立了大爆炸理論的主流地位，也讓阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜共同榮獲了1978年的諾貝爾物理學獎。

進入上個世紀九十年代後，科技的進步使得人類對宇宙微波背景的觀測開始不斷取得突破。從宇宙背景探測者（COBE）到威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）再到普朗克衛星（Planck ），科學家們獲得越來越精確的數據。

雖然宇宙背景探測者於1992年繪製出的首張宇宙微波背景的圖像模糊不清，但依舊震撼一時，科學家激動地將其稱為「上帝的臉」。顯然，這是一張蒙著一層面紗的臉。不過，之後的威爾金森微波各向異性探測器和普朗克衛星慢慢地揭開了這層面紗。

對於我們普通吃瓜群眾來說，看宇宙微波背景的圖像就宛如狗看花布，不外乎就是一堆隨機分布的斑斑點點。然而，這卻足以讓一大批科學家激動得流淚。

如果說當今的宇宙是一位80歲的老人，那麼宇宙微波背景的圖像展現的就是宇宙誕生不到1天的樣子。而這些斑斑點點則顯示出了宇宙誕生之初微小的溫度漲落，對應著局部密度的細微差異，代表著未來所有的結構，可謂恆星與星系的種子。也就是說，現在我們所在的銀河系曾經就是其中的波瀾之一。

目前，宇宙微波背景仍吸引著大量科學家的研究。近幾年，有些科學家甚至提出，普朗克衛星拍攝的宇宙微波背景圖中存在一個神秘亮斑，這可能是平行宇宙存在的證據。

總之，這裡還有大量的奧秘等著被揭開。

作者系網易新聞&網易號「各有態度」籤約作者

相關焦點

  • 透露宇宙秘密的微波背景輻射
    彭齊亞斯和威爾遜也因發現了宇宙微波背景輻射而獲得1978年的諾貝爾物理學獎。宇宙微波背景輻射是宇宙中最古老的光。按照宇宙大爆炸理論，約140億年前（關於宇宙年齡，還有不同的說法），宇宙形成之初，緻密物質像籠子一樣禁錮了所有輻射，隨著這些物質密度的下降，微波背景輻射才得以掙脫束縛。
  • 什麼是宇宙微波背景?它與宇宙大爆炸有何關係?
    宇宙微波背景是大爆炸後最初幾年遺留下來的殘餘熱量，這是支持大爆炸理論的重要證據。從理論上講，我們的宇宙始於大爆炸。 整個宇宙都聚集在極小的空間中，爆炸形成了我們現在在周圍看到的宇宙。 支持這一理論的最關鍵的證據之一，是仍然可以在空曠的太空中發現的剩餘輻射：宇宙微波背景。
  • 宇宙微波背景中發現神秘亮點:或存在平行宇宙
    歐洲航天局普朗克太空望遠鏡已對天空的宇宙微波背景進行了測繪，旨在探測研究宇宙早期狀況。歐洲航天局普朗克太空望遠鏡已對天空的宇宙微波背景進行了測繪，旨在探測研究宇宙早期狀況。科學家表示，已經觀測到來自最遠空間範圍的神秘亮光，這意味著我們的宇宙結構正受到另一個完全不同的宇宙的幹擾。歐洲航天局普朗克太空望遠鏡收集到來自宇宙微波背景的數據，美國加州理工學院科學家蘭加-拉姆-查瑞博士對這些數據進行了仔細檢驗。在大爆炸後殘留下來的光斑中，查瑞博士發現，一些微波光點比理論上要亮很多。對於這一結果，查瑞博士解釋說，大約在138億年前我們的宇宙與另一宇宙相互影響，產生了這些光信號。
  • 微波背景輻射和宇宙的命運
    ESA / Herschel / SPIRE/HerMEs但我們的宇宙並非是從巨大的團塊-空洞結構開始演化的。如果觀察宇宙的「嬰兒照」——宇宙微波背景，就會發現年輕宇宙各處的密度在所有尺度上都是相同的。在這裡，「相同」是指宇宙在所有方向上的溫度都是3個開爾文。更精確地說，這個數字是2.725。這說明，宇宙曾經是相當統一的。
  • 宇宙微波背景輻射是怎麼來的
    宇宙微波背景輻射是怎麼來的比如，2.6K的宇宙微波背景輻射是怎樣來的？我們知道這是宇宙大爆炸的殘餘輻射，在宇宙大爆炸的某個階段，也就是可以產生光子的階段，那時的光子自然應該是最為強大的伽馬射線。伽馬射線在引力作用下，會逐漸紅移或藍移。
  • 宇宙大爆炸的回音——宇宙微波背景輻射
    在近代天文學上，宇宙微波背景輻射的發現可謂是具有重要的意義，它給了宇宙大爆炸的一個強有力的證據，並且和類星體，脈衝星以及星際有機分子一同稱為20世紀60年代天文學的「四大發現」。宇宙微波背景輻射宇宙微波背景輻射所具有的最大特徵是具有黑體輻射譜，在0.3-75釐米波段，可以在地面上直接測到。那麼什麼是黑體？在任何條件下，對任何波長的外來輻射完全吸收而無任何反射的物體，即吸收比為1的物體稱為黑體。
  • 宇宙微波背景(CMB)並不是宇宙的盡頭,而是我們所看到的極限
    當你眺望遙遠的宇宙時，你也在回望時間，這要歸功於光的速度，儘管光的速度很快，但終究有限。因此，我們的儀器觀測到的第一縷光，就我們宇宙而言，這就是大爆炸遺留下來的餘輝：宇宙微波背景（CMB）。但宇宙是無限的，沒有理由相信我們看到的宇宙微波背景是宇宙的邊緣或邊界。那麼，宇宙微波背景究竟在哪裡呢？
  • 宇宙微波背景輻射,揭秘宇宙的起源和宇宙的終極未來!
    到了20世紀，科學家們開始明白宇宙究竟有多大（甚至可能無止境）。在向外看的過程中，在更深入的時間裡，宇宙學家們發現了一些真正令人驚異的事情。例如，在1960年代，天文學家開始意識到在任何方向都可以探測到的微波背景輻射。被稱為宇宙微波背景(CMB)，這種輻射的存在幫助我們了解宇宙是如何開始的。
  • 科學網—宇宙微波背景輻射中發現圓環結構
  • 宇宙微波背景輻射的發現在近代天文學具有非常重要的意義
    圖解：嬰兒星系 「穩恆態模型」的預測和天文觀測出現了矛盾，「大爆炸模型」也有一個非常重要的預測，那就是「宇宙微波背景輻射」伽莫夫、阿爾福和赫爾曼在1948年預言了「宇宙微波背景輻射場」的存在，他們提到早期的宇宙溫度極高，整個宇宙都在發光，在宇宙經歷膨脹並冷卻的今天，遠古宇宙發出光的遺蹟依然充滿了整個宇宙空間，他們還估算出如果宇宙最初的溫度為10億度，那麼當前的宇宙就會殘留5~10開爾文，均勻分布於宇宙的「黑體輻射」，他們的估算已經非常準確了，現在的測量結果是「宇宙微波背景輻射」的溫度是2.725開爾文，但在上個世紀
  • 對宇宙微波背景,進行的新研究:再次證實宇宙的年齡為138億歲!
    來自文理學院物理和天文學系的石溪團隊由Sehgal教授領導，在分析宇宙微波背景(CMB)，即宇宙大爆炸的餘輝方面發揮了至關重要的作用。研究的合著者塞加爾教授說：在石溪大學領導的研究中，我們正在將宇宙的『嬰兒照片』恢復到原來狀態，消除扭曲圖像的時間和空間損耗。
  • 什麼是「嬰兒宇宙」?「嬰兒宇宙」真的可以更容易的誕生生命嗎?
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  • 宇宙微波背景會消失嗎？
    我們從宇宙中直接探測到的最早的信號來自宇宙大爆炸後不久：那時宇宙只有38萬年的歷史。今天被稱為宇宙微波背景，它也被稱為「原始火球」或大爆炸的餘輝。這是一個驚人的預言，可以追溯到20世紀40年代的喬治·加莫，當它在20世紀60年代被直接探測到時，它震驚了天文學界。
  • 宇宙微波背景輻射 :人類所能看到的最早的宇宙圖像之一
    因此宇宙微波背景輻射堪稱宇宙大爆炸的「餘暉」。實際上，我們都見過宇宙微波背景輻射！在衛星電視年代，電視機屏幕上在沒有節目或者信號很差的時候，出現的雪花噪聲就有微波背景輻射的成分！它是真正的無處不在。 宇宙演化示意圖。最左邊就是微波背景輻射。來自WMAP衛星官網。
  • 美天文學家證實宇宙微波背景輻射的偏振性
    東方網9月20日消息：據新華網報道，美國芝加哥大學的天體物理學家１９日宣布，他們測量到了宇宙微波背景輻射所存在的微小偏振，有關結果不僅首次為微波背景輻射的偏振性提供了證據，也再次確認了現有宇宙理論模型的合理性。
  • 宇宙微波背景輻射，憑什麼讓科學家拿了兩次諾貝爾獎？
    對宇宙微波背景輻射的觀測結果，讓科學家獲得了兩次諾貝爾獎；物理學家泰森說過：正因為有了「宇宙背景輻射」，天文學才成為真正的科學。就憑以上這兩點，不管是文科生還是理科生，我們就沒有理由不去了解它。這些光的輻射現在已變成了微波，因此我們給它取了這個名字「宇宙微波背景輻射」。如今我們已知宇宙微波背景輻射的溫度是3k。反推回去，消除宇宙膨脹的因素，當時宇宙的溫度就是這個溫度的1000倍，也就是3000k(2727℃)。通過光譜的紅移程度，可算出這個宇宙微波背景輻射的「最後散射點」（撞擊到曾經阻礙它的最後一個電子之處）的時間，是宇宙大爆炸之後的38萬年。
  • 「宇宙微波背景輻射」的發現在近代天文學具有非常重要的意義
    從星系的角度來看，「穩恆態模型」預測各種不同的星系在宇宙中是均勻分布的，這也就是說「嬰兒星系」將遍布整個宇宙，而上個世紀40年代~60年代科學家使用射電望遠鏡對宇宙中的射電源進行了一項普查，結果發現「射電星系」在宇宙中並不是均勻分布的，而是距離越遠分布越密集。
  • 宇宙微波背景下測量微小的變化,將有助於發現宇宙起源的重大發現
    在宇宙微波背景下測量微小的變化，將有助於發現宇宙起源的重大發現。有可能對近140億年前發生的事情有詳細的了解嗎？值得注意的是，答案可能來自於對宇宙微波輻射的新測量，這種輻射如今瀰漫在所有的空間中，但在宇宙形成後不久就會釋放出來。
  • 微波背景輻射是如何實現「精密宇宙觀測的」
    人類首次發現宇宙微波背景輻射是在1964年。美國貝爾電話實驗室的兩位科學家阿羅·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜為此獲得1978年諾貝爾物理學獎。他們起初曾將這種輻射誤為是自己的接收機上不相關的噪聲(實際上，宇宙微波背景是每當我們的電視機正常傳輸中斷時接收到的那種「雪花」噪聲的一部分)。
  • 宇宙微波背景輻射:創世的第一縷曙光
    光子退耦時從混沌中走出來的光子，就帶著創世的信息，一直穿行在宇宙中，直到撞上人類的探測器。這種輻射就是「宇宙背景輻射」，就像大爆炸的遺產，所以又被稱為或者「遺留輻射」。宇宙的膨脹會使這些光子越來越暗，波長越來越長，能量越來越低，根據理論，當今的宇宙背景輻射應當相當於3K的黑體輻射，又叫「微波背景輻射」。