什么是宇宙微波背景辐射?

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芝加哥大学的埃里克·M·莱奇解释道。

宇宙微波背景辐射,简称 CMB,是一种微弱的光辉,它充满了宇宙,几乎以均匀的强度从各个方向落在地球上。它是创世的余热——大爆炸的余辉——像晒了一天太阳的岩石在夜晚重新辐射热量一样,在过去的 140 亿年中穿梭于太空。

自二十世纪早期以来,有两个概念改变了天文学家思考观测宇宙的方式。第一个是宇宙极其巨大;今天可见的宇宙部分是一个半径接近 150 亿光年的球体,而且我们相信,这仅仅是冰山一角。第二个是光以固定的速度传播。这些概念的一个简单结果是,当你观察越来越遥远的物体时,你看到的是越来越久远的时间——有时确实非常久远。例如,当你看到木星在夜空中闪耀时,你看到的是大约一个小时前的情况,而今天望远镜捕捉到的遥远星系的光是在数百万年前发出的。


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CMB 是我们能看到的最古老的光——我们在时间和空间上都能看到的最遥远的地方。这种光在 140 多亿年前就开始了它的旅程,那时地球甚至我们的星系都还不存在。它是宇宙婴儿期的遗迹,那时宇宙不是现在这样寒冷黑暗的地方,而是一场辐射和基本粒子的火暴。我们今天周围熟悉的物体——恒星、行星、星系等等——最终随着宇宙的膨胀和冷却从这些粒子凝聚而成。

这种残留辐射对于宇宙学的研究至关重要,因为它带有那些粒子的化石印记,一种微小强度变化的模式,我们可以从中解读宇宙的重要统计数据,就像从指纹中识别嫌疑人一样。

当这种宇宙背景光在数十亿年前释放出来时,它像恒星表面一样炽热明亮。然而,自那时以来,宇宙的膨胀已将空间拉伸了一千倍。光的波长也随之拉伸到电磁频谱的微波部分,CMB 也冷却到今天的温度,被被称为射电望远镜的精密温度计记录为绝对零度以上约 2.73 度。

答案最初发布于 2003 年 10 月 13 日。

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