大爆炸是从奇点开始,光也是从奇点发出,为何宇宙是黑暗的
在宇宙大爆炸的38万年之内,宇宙还是如此致密、如此炙热,以致于它的能量高于原子的电离能。当时的气体都是等离子体,也就是说电子是以游离的形式存在。这时候,光会和这些电子耦合,不断被吸收并被重新发射出来,光无法透射出来。因此,当时宇宙是不透明的。
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但是,随着宇宙膨胀的继续,宇宙的温度开始降低。当它所对应的能量小于原子的电离能时,电子开始被束缚进原子中,原子的形成就此开始。此时,光的传播不再有阻碍,宇宙大爆炸最初的光芒就传播开了。
当宇宙继续膨胀时,这些光的波长就被持续拉长,到现在就是我们所看到的宇宙微波背景辐射。
宇宙微波背景辐射起初是由伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼所提出的,但是该理论当时也没有得到学术界的重视,因此实验观测被搁置了10年之久。但是实际上,那时候已经有一些观测显示出了宇宙微波背景辐射的迹象。
1945年,美国麻省理工学院的迪克制造了一台波长1.25厘米的射电望远镜,并发现了温度为20k的“天空背景辐射”。但是当时人们不熟悉宇宙大爆炸的相关理论,迪克也就未能把这些发现与宇宙微波背景辐射联系起来。事实上,由于当时射电望远镜精度有限,20k的“天空背景辐射”实际上就是3k的宇宙微波背景辐射。
1963年,彭齐亚斯和威尔逊开始利用6.1米的喇叭状接收系统用于宇宙射电源的绝对测量。他们研制的辐射计装备了低噪声的红宝石激射器,因此灵敏度有了保障。当他们把天线对准没有射电源的天空时,测得的噪音为7.5k。扣除大气贡献的2.3k和地面天线的1k,还剩下4.2k的温度。无论天线指向何处,这个剩余的噪音总是存在。
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后来他们经过更精密的测算,把剩余噪音的温度锁定在3.2k。由此,他们把这发现与宇宙微波背景辐射联系起来。后来,他们因此获得了诺贝尔物理学奖。
【大爆炸是从奇点开始,光也是从奇点发出,为何宇宙是黑暗的】
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1989年,美国宇航局发射了宇宙背景探测器卫星(COBE),并发布了观测到的图像。数据显示,宇宙背景辐射的温度为2.726k,并且与黑体辐射相当吻合。这种辐射高度均匀,各向同性,说明宇宙是均匀的。不过,根据宇宙暴涨理论,这种辐射还应该有一点各向异性。这种各向异性也为两位物理学家赢得了2006年的诺贝尔物理学奖。
后来,欧洲航天局的普朗克探测器发布了更为精确的宇宙微波背景辐射图。这给物理学家带来了希望,他们可以从中发现宇宙的更多奥秘。
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