宇宙背景輻射是溫度還是電磁波遺留?
網(wǎng)友解答: 全稱應(yīng)該是"宇宙微波背景輻射",我認(rèn)為,它應(yīng)該是既有溫度(很低,只有2.726開爾文,僅僅相當(dāng)于-270°C左右,接近絕對零度-273度了),又是電磁波遺留,或者說是一種極其
全稱應(yīng)該是"宇宙微波背景輻射",我認(rèn)為,它應(yīng)該是既有溫度(很低,只有2.726開爾文,僅僅相當(dāng)于-270°C左右,接近絕對零度-273度了),又是電磁波遺留,或者說是一種極其微弱的"光"。(高中物理:光本來就具有波動性,粒子性的"波粒二態(tài)性",也是一種電磁波)。
宇宙微波背景輻射是約138億年前,宇宙誕生的"大爆炸"的剩余"灰燼,余溫"。請看上,下二長圖:劉慈欣的科幻小說《三體》的描繪。
剛剛前面的一個問題:"膨脹的宇宙還遵守能量守恒定律嗎?"與本問題其實(shí)是緊密相連的,一塊兒答了吧。應(yīng)該是遵守的。宇宙如果不向外膨脹,很可能早已開始坍塌收縮,因?yàn)樘祗w星星之間的吸引力,還有"暗物質(zhì),暗能量"甚至"反物質(zhì)"的存在,會使宇宙回縮??墒翘煳慕绲膶?shí)際觀測結(jié)果證實(shí)了宇宙正在加速對外膨脹之中,這兩種"能量,力"達(dá)到了大致平衡吧,宇宙才比較穩(wěn)定。宇宙膨脹的直接證據(jù),請看實(shí)際報道:2008年建成,2018年完成首輪光譜巡天觀測的中國"郭守敬望遠(yuǎn)鏡"(LAMOST)的觀測結(jié)果:銀河系半徑在幾年里明顯擴(kuò)大了。
2008年3月14日故去的英國物理學(xué)家斯蒂芬?霍金的遺作《時間簡史》,第三章《宇宙膨脹》有詳細(xì)介紹。請看長圖截圖。為了更好地理解"紅移,藍(lán)移,波長",在此加入物理課本的"光譜照片"。圖中波長的單位是nm,即納米??墒墙裉爝€有人質(zhì)疑宇宙膨脹,質(zhì)疑說:光速不是恒定不變的。表面看起來說得有理,可是答者大概不知道,光速可不是僅僅"理論 ,計(jì)算"得出的,而是通過多次,各種方式(激光等等),反復(fù)實(shí)際觀測才計(jì)算得出大約是每秒30萬千米。不但光在真空中(空氣中),而且我們的手機(jī),電視 ,衛(wèi)星等等的無線電(磁)波,基本上都是以光速傳播的。如果光速都變化無常,不確定的話,那么很多工作,生活都會受到不利影響。
網(wǎng)友解答:宇宙有微波背景,這個微波當(dāng)然是電磁波。然后,這個微波是2.7k,這個2.7k就是溫度。那么,宇宙背景輻射是電磁波還是溫度呢?
電磁波的波長與溫度有關(guān)一個常規(guī)物體總是往外輻射電磁波,溫度高的,電磁波光子能量高,也就是波長短。比如燒紅的鋼鐵,它隨著溫度逐漸由暗紅-紅-橙紅-白色刺眼。其實(shí)就是輻射的電磁波波長越來越短,由遠(yuǎn)紅外線逐漸進(jìn)入到可見光的過程。
所以,一個物體發(fā)出的電磁波波長,其實(shí)是和它的溫度相對應(yīng)的。這種一一對應(yīng)的關(guān)系,稱之為色溫。這個原理是紅外夜視儀、非接觸測溫儀的基礎(chǔ)。
太陽表面的溫度是6500k(6500開爾文溫度,開爾文溫度攝氏溫度一樣,只是0點(diǎn)定在-273.15°C,因?yàn)檫@是絕對零度),所以發(fā)出的光線主要是黃綠光,波長5500A°,即550納米。但是我們也可以將這種光線用溫度定義,為6500k。
微波背景輻射是宇宙膨脹,電磁波紅移的結(jié)果宇宙大爆炸之初,宇宙剛剛開始透明(誕生30萬年左右),大量的能量,也就是光子相互穿梭。這是哪個時刻的宇宙背景輻射,這時的光子是高能γ射線。然后宇宙迅空間速膨脹,在空間中穿梭的光子,被動地拉長了波長。這個就是紅移,即光子在光譜中的位置往紅色一端移動。經(jīng)過137億年以后,當(dāng)年的高能γ射線,波長已經(jīng)被一步步拉長到X光-紫外線-可見光-紅外線-遠(yuǎn)紅外線-微波這個位置,下一步還會繼續(xù)拉長,奔著中波-長波而去。
科學(xué)家仔細(xì)測量微波背景輻射,能夠知道宇宙間的溫度差異,進(jìn)而推測宇宙早期的物質(zhì)分布差異。
2.7k是空間膨脹,宇宙溫度降低的結(jié)果根據(jù)理想氣體的熱膨脹定律,體積增長,溫度下降。而孤立的宇宙,其實(shí)也相當(dāng)于理想氣體。
宇宙空間迅速膨脹,體積從一個奇點(diǎn),擴(kuò)張到今天的浩瀚尺度,那么它從極限溫度,即普朗克溫度,一路降低到今天的低溫也就是必然,這個溫度就是2.7k。
2.7k是今天宇宙的溫度,它也是背景微波對應(yīng)的色溫。