宇宙背景辐射是温度还是电磁波遗留?

网友解答: 全称应该是"宇宙微波背景辐射",我认为,它应该是既有温度(很低,只有2.726开尔文,仅仅相当于-270°C左右,接近绝对零度-273度了),又是电磁波遗留,或者说是一种极其

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全称应该是"宇宙微波背景辐射",我认为,它应该是既有温度(很低,只有2.726开尔文,仅仅相当于-270°C左右,接近绝对零度-273度了),又是电磁波遗留,或者说是一种极其微弱的"光"。(高中物理:光本来就具有波动性,粒子性的"波粒二态性",也是一种电磁波)。

宇宙微波背景辐射是约138亿年前,宇宙诞生的"大爆炸"的剩余"灰烬,余温"。请看上,下二长图:刘慈欣的科幻小说《三体》的描绘。

刚刚前面的一个问题:"膨胀的宇宙还遵守能量守恒定律吗?"与本问题其实是紧密相连的,一块儿答了吧。应该是遵守的。宇宙如果不向外膨胀,很可能早已开始坍塌收缩,因为天体星星之间的吸引力,还有"暗物质,暗能量"甚至"反物质"的存在,会使宇宙回缩。可是天文界的实际观测结果证实了宇宙正在加速对外膨胀之中,这两种"能量,力"达到了大致平衡吧,宇宙才比较稳定。宇宙膨胀的直接证据,请看实际报道:2008年建成,2018年完成首轮光谱巡天观测的中国"郭守敬望远镜"(LAMOST)的观测结果:银河系半径在几年里明显扩大了。

2008年3月14日故去的英国物理学家斯蒂芬•霍金的遗作《时间简史》,第三章《宇宙膨胀》有详细介绍。请看长图截图。为了更好地理解"红移,蓝移,波长",在此加入物理课本的"光谱照片"。图中波长的单位是nm,即纳米。可是今天还有人质疑宇宙膨胀,质疑说:光速不是恒定不变的。表面看起来说得有理,可是答者大概不知道,光速可不是仅仅"理论 ,计算"得出的,而是通过多次,各种方式(激光等等),反复实际观测才计算得出大约是每秒30万千米。不但光在真空中(空气中),而且我们的手机,电视 ,卫星等等的无线电(磁)波,基本上都是以光速传播的。如果光速都变化无常,不确定的话,那么很多工作,生活都会受到不利影响。

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宇宙有微波背景,这个微波当然是电磁波。然后,这个微波是2.7k,这个2.7k就是温度。那么,宇宙背景辐射是电磁波还是温度呢?

电磁波的波长与温度有关

一个常规物体总是往外辐射电磁波,温度高的,电磁波光子能量高,也就是波长短。比如烧红的钢铁,它随着温度逐渐由暗红-红-橙红-白色刺眼。其实就是辐射的电磁波波长越来越短,由远红外线逐渐进入到可见光的过程。

所以,一个物体发出的电磁波波长,其实是和它的温度相对应的。这种一一对应的关系,称之为色温。这个原理是红外夜视仪、非接触测温仪的基础。

太阳表面的温度是6500k(6500开尔文温度,开尔文温度摄氏温度一样,只是0点定在-273.15°C,因为这是绝对零度),所以发出的光线主要是黄绿光,波长5500A°,即550纳米。但是我们也可以将这种光线用温度定义,为6500k。

微波背景辐射是宇宙膨胀,电磁波红移的结果

宇宙大爆炸之初,宇宙刚刚开始透明(诞生30万年左右),大量的能量,也就是光子相互穿梭。这是哪个时刻的宇宙背景辐射,这时的光子是高能γ射线。然后宇宙迅空间速膨胀,在空间中穿梭的光子,被动地拉长了波长。这个就是红移,即光子在光谱中的位置往红色一端移动。经过137亿年以后,当年的高能γ射线,波长已经被一步步拉长到X光-紫外线-可见光-红外线-远红外线-微波这个位置,下一步还会继续拉长,奔着中波-长波而去。

科学家仔细测量微波背景辐射,能够知道宇宙间的温度差异,进而推测宇宙早期的物质分布差异。

2.7k是空间膨胀,宇宙温度降低的结果

根据理想气体的热膨胀定律,体积增长,温度下降。而孤立的宇宙,其实也相当于理想气体。

宇宙空间迅速膨胀,体积从一个奇点,扩张到今天的浩瀚尺度,那么它从极限温度,即普朗克温度,一路降低到今天的低温也就是必然,这个温度就是2.7k。

2.7k是今天宇宙的温度,它也是背景微波对应的色温。

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