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如果宇宙有深度,为什么宇宙微波背景图是平的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-08-18 10:03:54

从某种意义上说,你没有错:这涉及到一个表面。它甚至还有个名字,叫做最后散射面。

让我解释一下。早期的宇宙充满了热的、稠密的、电离的气体。气体被电离的事实很重要。带电粒子组成的气体,即等离子体,对光是不透明的。所以即使它很热,因此发出白炽灯,那光也不能飞很远而不被重新吸收。在无限的宇宙中,这种情况到处都在发生:大量的气体向四面八方发射光,这些光很快被附近大量的气体捕获。

但是随着宇宙的膨胀,它冷却了。冷却的结果是,电子和原子核开始重新结合成电中性的原子。中性气体(主要是氢,一些氦,以及痕量的其他物质)是透明的。所以在某一时刻宇宙在辐射中变得透明。这种热气体发出的光不再被附近的离子散射,因为现在已经没有离子了,只有中性原子。所以在宇宙演化的这个阶段,宇宙中到处都是气体,向各个方向发射光,而这些光现在不受阻碍地闪耀着。

这就是140亿年后的我们。我们望着四面八方深邃的天空。我们看到附近的恒星。我们也看到遥远的星系,光可能是数十亿年前发射的。在这些星系后面,我们看到了炽热的气体。现在我们不把它看作可见光:由于膨胀(以及相关的多普勒红移)和引力的共同作用,我们看到光的波长移动了大约1100倍,从可见光范围一直到微波频率。所以我们“看到”这种光是用天线,而不是望远镜。但它确实存在。无论我们往哪个方向看,我们都能看到140亿年前由那个方向的气体发出的光,距离这里的“光传播距离”是140亿光年(在一个膨胀的宇宙中,有许多不同的距离测量方法)。

这就是我们今天看到的。如果我们明天朝同一个方向看,我们今天看到的光已经是完全透明的了,不再发光。但在这一体积的气体后面还有另一体积的气体,距离这里140亿光年加1光天。昨天,这体积的气体仍然被我们当时看到的不太透明的体积所遮蔽。现在我们可以看到这个新的体积的气体,在它对辐射变得透明的那一刻,释放出最后一点可见辐射。

在所有可能的天空方向上都是一样的。

本质上,我们看到的是一个半径为140亿光年的表面(当然是误差;我们现在不知道宇宙的确切年龄。明天,我们将看到一个半径为140亿光年加1光天的表面。但在过去,现在,或未来的任何时间点,我们能看到这个表面,最后散射的表面,这是我们能看到的最早的东西在这个宇宙中利用电磁辐射。

我们看到的光总是代表同一时间的同一时刻。但是随着时间的流逝,它来自于离我们越来越远的地方。

不,这并不意味着宇宙是一个表面。比最后散射表面更近的点在那里,但这些点不再发出白炽灯。(但它们最终会因恒星和星系而发光。)分父远去是我们看不见的,被不透明的气体所隐藏。所以我们讨论的表面不是宇宙,而是宇宙的横截面我们可以通过宇宙微波背景辐射在任何特定时刻看到的横截面。
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