前沿:宇宙學及其他
宇宙微波背景(cosmic microwave background)
把一具靈敏的無線電天線對準天空中任何一塊空曠處,遠離星辰與星系,你仍會捕捉到微弱的微波嘶嘶聲,來自每一個方向、強度幾乎完全相同。這就是宇宙微波背景,宇宙中最古老的光,在宇宙才幾十萬歲時被釋放出來。它是嬰兒宇宙的一張照片,1965 年的發現把大霹靂從一項臆測變成了宇宙學的標準模型。
在最初的 38 萬年裡,宇宙是一團由自由電子與原子核組成、不透光的電漿;光被電子散射,無法走遠。當膨脹把電漿冷卻到約 3000 K,電子與質子結合成中性原子,這一事件稱為復合,霧霾頓時散去:光子自由流動,並自此一路飛行至今。這些光子就是宇宙微波背景。宇宙膨脹已把它們的波長拉長約 1100 倍,於是曾在 3000 K 的電漿如今顯現為一個近乎完美、T = 2.725 K 的黑體,峰值落在微波波段,以驚人的精確度服從普朗克輻射定律。
宇宙微波背景異常均勻,但那些偏離均勻的微小起伏——約十萬分之一的溫度漣漪——才是寶藏。它們是後來一切結構的種子,其統計圖樣編碼了宇宙的幾何與組成:漣漪的間距揭示空間是平坦的,而它們的振幅釘住了普通物質、暗物質與暗能量的份量。一個常見的困惑:宇宙微波背景並非來自某個特殊之處。它包圍著我們,因為發出它的電漿充滿了整個空間;我們看到的,是其光此刻才抵達我們的那一層殼。
此刻打在你身上的光子中,約每十億個就有一個是宇宙微波背景光子,從復合時期紅移而來;空間中每立方公分約有 400 個。舊式類比電視在頻道之間的雪花雜訊,其中就有一份來自這束殘餘輻射的微弱貢獻。
宇宙微波背景:宇宙 38 萬歲時的一張 2.725 K 黑體快照。
宇宙微波背景標記的是最後散射面,而非大霹靂本身;它的年代約在起始之後 38 萬年,而非 t = 0。它的黑體譜是自然界中測得過最完美的。
又称
另见