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宇宙本底辐射是如何到达地球的?是因为宇宙膨胀的速度比光速还快吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-11-06 21:00:02

首先,宇宙微波背景辐射(CMB)并不是在“爆炸的确切时间”产生的(顺便说一下,爆炸并不是爆炸,只是宇宙早期炎热、稠密的状态)。在宇宙开始38万年之后,当宇宙变得足够冷时,它包含的气体(主要是氢气)重新结合成中性原子,并变得对它自己的白炽光芒透明。

当宇宙达到这种状态时,到处都在产生辐射。当时,它是以可见光的形式存在的。

现在让我快进到今天,宇宙微波背景形成138亿年之后。为了便于讨论,我们假设在138亿年前热离子重组成中性透明气体。(事实上,这是一个缓慢、渐进的过程,但我们还是别这么说了。)

现在你把射电望远镜对准一片空的天空你会发现一些背景辐射。你看到了什么?为什么,你看到的辉光来自一块非常遥远的气体,如此遥远,事实上它的光花了138亿年从那个遥远的点到达你的射电望远镜。在它旅行的过程中,由于宇宙膨胀,光的波长被拉长了一个相当大的倍数,大约1100;最初的可见光现在在电磁波谱中的频率要低得多,可以在微波波段以无线电波的形式探测到。

所以如果一天后你将射电望远镜瞄准同一块天空会发生什么呢?你昨天看到的那一小块发光的气体现在已经不发光了,它现在是透明的。但在它后面还有一个,稍远一点的气体,现在可以看到,它的光经过138亿年多一天才到达你的射电望远镜。

等等。如果你等一年,你会看到更远处的一小块气体发出的光芒,光从那里经过了138亿多年后才到达这里。如果你等上10亿年再看同一个方向,你看到的是来自更遥远的一团气体的辐射,光经过148亿年才到达这里。

你永远不会用完一块块的气体,因为(至少在标准宇宙模型中)宇宙在空间上是无限的。所以,即使几万亿年后,仍然会有非常遥远的气体斑块,而这束光需要几万亿年才能到达。需要注意的是,它很难被探测到因为光的红移会超过1100倍,但它仍然存在。

最后,宇宙膨胀的速度与上述任何一点都没有关系,除了它决定了光的红移量。在任何情况下,说“宇宙膨胀的速度超过了光速”都没有什么意义。是的,在一个无限膨胀的宇宙中你总能找到两个物体它们彼此距离足够远所以它们以任意高的速度相互远离,比光速快得多。物体之间距离越近,彼此远离的速度就越慢。但这既不是宇宙微波背景辐射的原因,也不是宇宙微波背景辐射形成的部分原因。
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