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为什么早期的宇宙是不透明的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-05-30 09:26:47

为什么早期的宇宙是不透明的?简单的答案是:由于康普顿散射。

详细说明一下:热大爆炸理论的一个关键特征是,在早期,宇宙比现在更热,密度更大,而且后来膨胀和冷却。我们有大量的观测证据可以证明这一点,包括宇宙微波背景辐射的存在(和完美黑体光谱)。

为什么早期的宇宙是不透明的?

如果你回到足够久远的时间,你会发现物质非常热,以至于物质中不存在任何结构(它们还没有形成)。没有星系、恒星、行星或人类。事实上,当时的温度高到连稳定的原子都不存在。整个宇宙是由基本带电粒子组成的汤。当一种粒子气体热到足以使电子与原子核分开存在(因此一切都是带电的)时,我们说这种气体是电离的,我们称这种电离气体为等离子体。所以整个宇宙是一个热等离子体,因为它很热,它在发光,这意味着它在发射光子,这些光子与带电的物质粒子混合在一起。这是带电粒子的一个基本属性,它们与光子相互作用,碰撞并交换能量和动量。特别是,光子通过康普顿散射机制与等离子体中的自由电子相互作用特别强烈,其中光子与自由电子碰撞,一些能量和动量被转移。结果,电子和光子都改变了方向。

现在回想一下,早期宇宙的等离子体不仅温度高,而且密度大,也就是说,任意给定数量的空间中都有大量的粒子。这意味着光子在遇到自由电子和散射之前所能移动的平均距离(称为平均自由路径)非常短。因此,康普顿散射一直在发生。如果你坐在这个原始等离子体的中间,它就像坐在浓雾的中间。你不可能从任何方向看很远的地方,因为一个来自很远的光子在到达你的眼睛之前会散射很多很多次。所以所有到达你眼睛的光子最后都会从某个非常近的点散射。这就是为什么你只能看到直接在你面前的东西,这就是为什么据说早期的宇宙对光子是不透明的。
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