好奇的孩子：宇宙微波背景辐射怎样工作的？

By Christopher Pattison 

2022/8/15

Science & Astronomy

 “什么是宇宙微波背景辐射？它在大爆炸之后发生吗？”——司里哈里（Sreehari），九岁，印度喀拉拉邦

宇宙微波背景（简称CMB）是光：我们能在整个宇宙中看到的最古老、最遥远的光。 (Image credit: Yaroslav Vitkovskiy/Shutterstock)

本文最初发表于会话（The Conversation）。）该出版物将文章贡献给了空间网站的专家之声：编辑意见和洞察。

什么是宇宙微波背景辐射？它是在大爆炸之后发生的吗？– Sreehari，九岁，印度喀拉拉邦

宇宙微波背景（简称CMB）是光：我们在整个宇宙中能以看到的最古老、最遥远的光。它来自大爆炸后不久------这被考虑为是这个宇宙的开始。

然而，它不是由你或我能够用肉眼来看到的光组成的。我们能看到的光的类型被称为可见光，但存在其他类型的光。微波是一种光，我们用来检查骨折的X射线也是是，以及让我们在车里听音乐的无线电波也是。

起初，宇宙微波背景是非常高能的X射线光。随着时间，它已经失去了能量，变成了低能量的微波。

宇宙微波背景是来自这个宇宙开始的光。在这个时间点上，宇宙是非常热和密的，充满了叫电子和质子的粒子。这些粒子有一个电荷，当光线到达其中一个粒子时，电荷会将光发送进另一个方向中。这停止了光旅行很远。

来自普朗克望远镜的宇宙微波背景图像。颜色显示宇宙微波背景不同斑点的温度. (Image credit: ESA and the Planck Collaboration, CC BY-SA)

冷却下来

然而随着时间，宇宙膨胀了并冷却下来。最终，一旦宇宙变得足够冷，电子和质子开始结合在一起并形成氢的原子。这些原子没有电荷，因此它们不以电子和质子靠它们自己做的一样影响光。光可以穿过它们并穿过宇宙，就好像它是完全空的一样。

好奇的孩子是会话（The Conversation）的一个系列，让孩子们有机会让专家回答他们关于世界的问题。如果您有一个问题需要专家回答，请发送至 curiouskids@theconversation.com 并确保包含提问者的名字、年龄和城镇或城市。我们不能回答所有问题，但我们会尽力而为。

宇宙到处都以相同的速度冷却，因此这个过程在任何地方都同时发生。突然，光在同时可以非常远和非常快旅行整个宇宙。这个光今天仍在旅行，它现在作为宇宙微波背景到达地球上的我们。

宇宙微波背景光总是在宇宙中着，但在第一个原子形成之前毕竟不能旅行远。事实上，我们知道它被在大爆炸后380000年释放。这听起来像一个大爆炸和宇宙微波背景释放之间的很长一段时间一样，但由于宇宙已有近140亿岁老，这发生在当宇宙非常年轻时。

宇宙微波背景告诉我们很多关于很久以前宇宙像是什么样子的重要信息。按照大爆炸理论，早期的宇宙是非常热并充满了辐射。随着宇宙的膨胀和冷却下来，这种辐射最终会被释放。这正是我们现在看到为宇宙微波背景的。它甚至有由大爆炸理论预测的温度，这就是为什么我们能说宇宙微波背景是大爆炸理论是正确的证据。

意外的发现

    宇宙微波背景被意外的发现。美国的两位科学家罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）和阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）正在使用微波望远镜并保持了看无论他们指向天线的哪个地方会看到相同的额外信号。他们认为这个额外的信号可能被一个望远镜故障造成------ 甚至被天线上的鸽子粪便造成。

位于新泽西州霍尔姆德尔的贝尔电话实验室的15米霍尔姆德尔喇叭天线被射电天文学家罗伯特威尔逊和阿诺彭齐亚斯用来发现CMB。. (Image credit: NASA via Wikimedia Commons)

最终，他们意识到他们是从来探测到宇宙微波背景的第一批人，大爆炸理论已经预测了宇宙微波背景将存在。他们因他们的发现而获得了诺贝尔奖。

从那时起，我们已将许多望远镜发送到太空中来获得宇宙微波背景的更好图像。观察宇宙中最古老的光能帮助我们理解我们今天看到的一切是怎样形成的。

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