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宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

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CDer:000088239
发表于 2020-1-13 03:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

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任何具有内能(温度高于绝对零度或0k)的物体都会以电磁波(光)的形式辐射出该能量。该辐射中波长的理论分布代表“黑体”辐射,用一个叫做普朗克定律的方程进行数学描述。绘制强度与波长之间的关系曲线,得到的曲线峰值取决于温度,温度越高,其峰值波长越短。普朗克方程式的结果也被称为维恩定律。同时,随着温度的升高,所有波长的强度都在增加。

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图解:普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱

你能够看到这种行为,正如一根铁棒从室温加热一样。一开始,所有的辐射都在红外区域,该区域的波长太长,人类看不到。随着棒子的温度升高,当发射的波长减小到可见范围内时,它就会发出红色。接下来,随着峰值强度移动到更短的波长,你会看到橙色,然后是黄色,然后是白色。通过分析波长的光谱,可以计算出温度。天文物体的温度可以用这种技术来测定。例如,黑洞附近的极端温度在极短的X射线区域达到峰值。像我们的太阳这样的恒星发射主要在可见区域,而像行星这样的较冷的天体则发射不可见的红外线辐射。

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图解:大麦哲伦云面前的黑洞(中心)的模拟视图。请注意引力透镜效应,从而产生两个放大,以星云最高处扭曲的视野。银河系星盘出现在顶部,扭曲成一个弧形。

大爆炸的极高温度释放出强烈的、非常短的波长辐射,但是随后宇宙的冷却已经将这些波长转移到了微波区域。(这也可以解释为随着宇宙的膨胀产生的波长的伸展。)因为微波的波长甚至比不可见的红外辐射还要长,所以可以用射电望远镜在光谱的无线电区域观测到它们。现在可以看到来自宇宙各个方向的大爆炸的残余“背景辐射”。如果你绘制出不同波长的辐射强度,它与温度在2k和3k之间的曲线相吻合。

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图解:哈勃超深空场描绘了远古时代的星系图景,根据大爆炸理论,它们处于一个更年轻、更致密且更炽热的宇宙。

回答者:保罗沃尔斯基,物理学士,兼职物理讲师

简单的答案是,实验人员测量宇宙微波背景光子的波长(正如你可能根据名字猜测的那样,它们往往具有微波波长)。这可以通过关系转换为光子能量:

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要在2.7千米的温度下找到黑体光谱中的峰值,你会发现峰值波长是

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而这个峰值波长恰好是实验人员在宇宙背景辐射的光子光谱中所观察到的。

因此,并不是所有的光子都处于2.7k的温度,而是它们看起来就像是由一个自身温度为2.7k的黑体发射的。


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图解:威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)拍摄到宇宙在大爆炸发生后宇宙微波背景的影像

相关知识-宇宙背景辐射

宇宙背景辐射是来自大爆炸的电磁辐射。这种辐射的起源取决于被观测到的光谱区域。其中一个组成部分是宇宙微波背景。这个成分是红移光子,早在宇宙的辐射第一次变得显而易见时他们就已经开始了自由流动。它的发现和对其性质的详细观测被认为是大爆炸的主要证实之一。宇宙背景辐射的发现(偶然在1965年)表明,早期的宇宙被一个辐射场所支配,一个温度和压力极高的场。


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图解:由FIRAS仪器对COBE观测的宇宙微波背景辐射光谱,为最精确测量的黑体辐射光谱性质,即使将图像放大,误差范围也极小,无法由理论曲线中分辨观测数据。

苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应显示了辐射宇宙背景辐射与“电子”云相互作用的现象,扭曲了辐射的光谱

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图解:由宇宙背景探测者、WMAP和普郎克卫星的结果比较宇宙微波背景 - 2013年3月21日。

红外线、X射线等也有背景辐射,成因不同,有时可以解析成个别的来源。看到宇宙红外线背景和x射线背景。还可以看到宇宙中微子背景和银河系外背景光。
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CDer:001116553
发表于 2020-1-13 12:55 超大游击队员 | 显示全部楼层
宇宙的终极归宿是冷寂,所有空间都能量达到均衡,人类的未来是什么?文物古迹保护的价值是什么?老樵的石头最后归谁所有?
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CDer:000010305
发表于 2020-1-13 17:20 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

zttzyy 发表于 2020-1-13 12:55
宇宙的终极归宿是冷寂,所有空间都能量达到均衡,人类的未来是什么?文物古迹保护的价值是什么?老樵的石头 ...

问得好。。。。
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CDer:000088239
 楼主| 发表于 2020-1-13 18:05 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

zttzyy 发表于 2020-1-13 12:55
宇宙的终极归宿是冷寂,所有空间都能量达到均衡,人类的未来是什么?文物古迹保护的价值是什么?老樵的石头 ...

在哪个之前 总得看的什么呢吧

待着不动  也只能被别人活活砍死
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CDer:000349025
发表于 2020-1-15 01:07 超大游击队员 | 显示全部楼层
zttzyy 发表于 2020-1-13 12:55
宇宙的终极归宿是冷寂,所有空间都能量达到均衡,人类的未来是什么?文物古迹保护的价值是什么?老樵的石头 ...

你这个可以归为哲学范围了。就好像人总要死。那活着是为了什么。
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CDer:001100278
发表于 2020-1-15 12:54 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

bjnr 发表于 2020-1-13 18:05
在哪个之前 总得看的什么呢吧

待着不动  也只能被别人活活砍死

这个时间点可能是几万亿,几千亿年后吧,咱们是管不着了
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CDer:001089626
发表于 2020-1-15 15:15 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

普罗米秀撕 发表于 2020-1-15 12:54
这个时间点可能是几万亿,几千亿年后吧,咱们是管不着了

看得见吧?凡是跟我们有逻辑联系的东西就有信息的交换啊!哈哈。
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CDer:000088239
 楼主| 发表于 2020-1-15 16:16 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

普罗米秀撕 发表于 2020-1-15 12:54
这个时间点可能是几万亿,几千亿年后吧,咱们是管不着了

所以啊 要对得起自己作为一个肉人这几十年时间  

多干点实事  利他就是利己
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CDer:000088239
 楼主| 发表于 2020-1-15 16:16 | 显示全部楼层

RE: 宇宙微波背景的温度是3K,那这是什么意思?

pyxman 发表于 2020-1-15 15:15
看得见吧?凡是跟我们有逻辑联系的东西就有信息的交换啊!哈哈。

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