簡說宇宙背景輻射

2021-02-22 紀叔碎碎念

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今天的話題是關於宇宙背景輻射

《三體》廣播劇的第一季第三集中,汪淼來到了中科院國家天文觀測中心的射電天文觀測基地,要去觀測宇宙背景輻射的整體波動,振幅在百分之一至百分之五之間。而接待他的沙瑞山則說他是開玩笑,說就算過了一百萬年後,也未必能測出這種幅度的變化。

那麼,他們談論的宇宙背景輻射到底是什麼東西?為什麼這種東西變化幅度會很慢?

我們可以先從字面的角度理解宇宙背景輻射。把整個詞分成三部分:宇宙,就是全宇宙範圍內;背景,就是某個場景下作為襯託但無處不在的事物,比如電影中的背景音樂,照片中的背景畫面等等;而輻射,就是電磁波。

所以,整個詞理解起來就是,宇宙中作為襯託但無處不在的電磁波。

什麼是宇宙背景輻射

如果想深入一點兒理解這個概念,就必須先談宇宙大爆炸理論(其實我更覺得叫宇宙大膨脹理論更貼切)。大爆炸理論說,宇宙最初是個質量無限大,體積無限小的點。這個點非常驕傲,所以就膨脹了。

開始膨脹的時候,宇宙產生了一些最原始的電磁波。隨著膨脹,這些電磁波就像蘭州拉麵一樣被抻開了。

宇宙因為膨脹,越來越大,而原始的電磁波那就麼多,就像蘭州拉麵一樣,越抻越細。宇宙的年齡是137億年左右,可想而知,一個被拉了137億年的拉麵,得細到什麼程度!這也是為什麼直到1964年,宇宙背景輻射才被美國貝爾實驗室的工程師偶然間觀測到的原因。

不過有一點很重要,雖然細,但是拉麵分布的很均勻,無處不在。

說到這裡,大家應該有點感覺了。宇宙背景輻射,就是宇宙最初的時候的一團面,隨著宇宙的膨脹,被抻了137億年,變得很細而不容易看到。

為什麼背景輻射的變化很慢

其實很多人從前面的描述已經能看得出來了,背景輻射變化很慢的原因是宇宙的膨脹時間很長,人類所在的時間尺度太小。

三體中,汪淼想要1%-5%的波動,如果換算成137億年的宇宙年齡(我們簡單點,就按100億年算),就是1億年-5億年的時間。

你想,在短短的一晚上,就想產生必須經歷上億年時間才能有的變化,這肯定是不可能的。所以,觀測中心的沙瑞山說汪淼開玩笑,也是情理之中的。

當然了,後來因為三體的質子搗亂,所以汪淼還是看到了背景輻射的變化,就是另外一回事了。

今天就說到這裡。每次五分鐘,分享樂無窮。歡迎聆聽,下次再見。

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