宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background Radiation,简称CMB)是宇宙中一种极为重要的现象。我们今天所见的宇宙本来是一片十分热闹、嘈杂的存在,而CMB则是这一切的遗痕,它记录了宇宙在早期的状态,成为宇宙学家们研究我们宇宙的重要证据。
CMB最早是由美国贝尔实验室的天文学家Robert Wilson和Arno Penzias在1964年发现的。他们在一台尚未使用的射电望远镜中发现了一种比预想中强大得多的射电辐射。这种辐射来自于各个方向,且强度大致相同,与其他已知的射电辐射来源不同,因此Wilson和Penzias宣布自己发现了CMB。这一发现得到了年轻的天文学家Robert Dicke的重要印证,他事先已经预测了这种辐射的存在。
CMB是一种光波,它的频率很低,大约在300兆赫兹左右。它产生于大爆炸时期,也就是宇宙大约在138亿年前刚刚形成时。当时,宇宙的温度比现在高了大约1000倍,热量如此巨大,使得宇宙中的原子无法长期存在。宇宙中充斥着大量电子和氢离子,在这样的情况下光无法自由传播,只能与离子频繁碰撞,不停地被散射。然而,随着宇宙的不断膨胀,它的温度降低,电子与氢原子结合,开始形成氢分子。原本散射光线的离子变成了中性原子,于是光能够自由穿越宇宙,形成了CMB。
CMB的性质是一致的,因为它源自于宇宙的早期,这时宇宙其实是一均匀、连续的物质和辐射的混合。CMB的温度是2.725开尔文左右,沿着各个方向都是如此,仅在小数点后六位有所差异。而且,这些小的温度差异被证明是具有多级别的波动形式的,这些波动代表了宇宙在形成时期中密度波的分布。
CMB携带着重要的宇宙学信息,它可以帮助我们了解宇宙在形成时期中的状态,探索宇宙之谜,准确了解宇宙的沿革以及未来的发展方向。现在,科学家采用卫星测量或望远镜观测CMB的小波动,以研究宇宙学问题。例如,CMB测量证实了宇宙中存在大量的暗物质和暗能量,也可以作为精密观测的校准标准,来提高测量精度。
在CMB的发现与测量过程中,也产生了不少奇妙的故事和传说,比如它的探测来自于贝尔实验室的探测,而不是专门为宇宙学设计的探测,以及科学家们如何在微波炉和废弃的卫星技术上实现了突破性的发现。精彩的故事加上重要的科学成果,让CMB成为了宇宙学的重要发现之一,也成为了探索宇宙之谜工作的关键证据。
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