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41040102,理论背景是什么意思

来源:整理 时间:2022-04-08 20:01:17 编辑:教育知识 手机版

但是如果我们观察微波波段呢?我们看到的不是宇宙丰富的结构,而是和星系,黑洞,气体,尘埃类似的东西,我们看到的是下图的景象。这是由1989年COBE卫星观测的早期宇宙微波图像!微波天空向我们展示了空间各个方向上相同的温度2.725开尔文,这是大爆炸留下的遗迹,当时的宇宙年龄只有现在的0.0027% !从这个角度看,如果把宇宙精确地缩小到一年,那么现在是12月31日晚上11点59分,微波辐射就是宇宙在1月1日凌晨12点14分的样子!也就是来自宇宙大爆炸后38万年的时候,中性原子形成的那一刻,宇宙发出的第一道光,穿越重重障碍,带着大爆炸早期的信息,经历了138亿年的旅程来到了我们现在的地球!上图是2009年发射的普朗克巡天卫星拍摄的宇宙微波背景的波动图,或者说是天空不同区域的温差,精度达到了微开尔文。

图中蓝色和红色区域代表了高温和低温,温度之相差了几百微开尔文。这种微小的差异是我们诞生的必要条件。最冷的区域(最蓝的区域)实际上向我们展示了138.2亿年前的空间区域,那里的物质比平均水平略微稠密一点,因此,光子在传播的过程中因为引力的作用会发生红移,损失的能量更多,而最红的(最热的)区域就是物质密度最小的区域。

这就是我们用微波波长观察宇宙时所看到的:宇宙微波背景(CMB)。有哪些科学理论证明?微波辐射中包含了哪些科学宇宙微波背景实际上延伸到了远红外和无线电光谱中!2.725 K这个数字对应于CMB的辐射峰值的光子能量。CMB的光子来自于宇宙早期炽热的等离子浓汤,年轻宇宙中的物质、辐射和其他粒子不断的碰撞、交换能量并使其升温。

这就产生了一种非常特殊的辐射光谱,称为黑体光谱。宇宙中的每一个光子都随着空间的膨胀而冷却,波长被拉长!背景辐射在微波中会达到峰值,微波辐射也延伸到了红外波段,特别是波长超过300微米的红外波段,一直到无线电波段,所以说你家里的老式电视机是可以接收到大爆炸的余晖的!宇宙微波背景是一个超过10万光年厚的“表面”!我们都知道宇宙经历了一个不透明时期,在这个时期宇宙中的光子会与自由电子和质子,发生十分频繁的碰撞,光子不能自由的传播!但是宇宙冷却到中性原子形成的时候,绝大多数光子就可以自由的翱翔了,会在接下来的138亿年里自由的传播,直到这些光子被膨胀的宇宙拉长到微波段,然后撞上我们的探测器,我们才发现这就是大爆炸的余晖。

但是宇宙并不是一下子就会冷却,原子核和电子也不是一下就能变成中性原子;这个过程需要足够的时间让宇宙慢慢的冷却下来,这个过程就持续了数十万年,这就是为什么CMB有时被称为“最后散射的表面”。今天在宇宙微波背景中看到的冷热点与现在宇宙中的所有结构完全无关!因为最后一个散射面厚度约为117,000光年,这意味着随着时间的推移,宇宙的物质结构会发生变化!事实上,从现在开始的117,000年后,我们看到的微波辐射冷热点分布也会和现在的不同。

而我们在宇宙中看到的大尺度结构是由一个巨大的宇宙网络演化而来的,这个网络由最初的“种子”波动组成,遍布整个宇宙。我们现在看到的结构与几十亿年前的宇宙微波背景辐射有关,但是和我们今天看到的宇宙微波背景辐射无关!随着时间的推移CMB只会在细节和分布上有所不同;无论我们什么时候看波动的频谱是不会发生变化的。

宇宙中引力束缚结构的大小有一个下限!由于早期宇宙中光子的存在,那是的辐射压力很大,最初的密度较高的区域,不管是大区域还是小区域,都开始试图在引力的作用下塌缩,但是光子的辐射压力会将这些结构冲散。这些过程会使大小区域中的波动逐渐减小,使物质分布更加均匀,但有略微的不完美,也给宇宙留下了物质结构形成的种子,也阻碍了更大尺度和微小尺度上结构的形成!所以在宇宙的束缚结构中所能存在的最低质量大约是几十万太阳质量。

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