​一篇文章看懂宇宙背景辐射！不然真的看不懂《三体》！

一篇文章看懂宇宙背景辐射！不然真的看不懂《三体》！

相信知识的力量，我是山人阿努，咱们今天来聊宇宙背景辐射！最近三体中有句话火了，那就是“今晚整个宇宙将为你闪烁！”那么宇宙怎么可能会为了某个人而闪烁呢？根本不可能啊对吧，但是等你看完这个视频你就会发现，其实有可能！这就跟我们今天要聊的宇宙背景辐射有关！

宇宙背景辐射

那么什么是宇宙背景辐射呢？其实就是这张图，这张图是宇宙诞生后38万年的时候的样子，而且这是一张照片，当然不是拿相机拍的，而是卫星天线拍的。

最初的时候是1964年，由美国贝尔实验室的科学家彭齐亚斯和威尔逊拍摄到的。一开始他俩是为了改进卫星通讯，建立了一个高灵敏度的接收天线系统，就是这个长得跟大喇叭似的东西，后来在调试的时候，就发现无论如何都有一种背景噪声，无论天线朝向哪个方向，甚至清理了天线上的鸟粪，重新组装了天线之后这种背景噪声还是存在。

当时，有一伙天文学家一直在寻找宇宙大爆炸理论中所预言的宇宙背景辐射，一直没找到，结果这俩人发现这个背景噪声的事儿，很快就被这帮天文学家知道了，于是就把当时捕捉到的这些背景噪声合成了图片，最终被定义为宇宙背景辐射，又叫宇宙微波背景辐射，后来1978年的诺贝尔物理学奖就颁给了这两个人！你说气人不？本来想改进一下卫星通讯，清理了一下鸟粪，结果顺便拿了个诺贝尔奖，找谁说理去？

宇宙大爆炸

可能说到这里，大家还是不明白为什么这些背景噪音就变成了这样一张照片呢？这样一张照片为什么就是宇宙38万年时候的样子呢？这还的从宇宙大爆炸说起。

刚才我们说了，其实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸理论的一个预言，其实是物理学中有很多预言，以后我们再慢慢讲。这个预言是一个乌克兰裔美国人提出的，他的名字叫乔治·伽莫夫。

乔治·伽莫夫

1948年的时候，宇宙大爆炸模型并不被物理学界所接受，别的人不说，爱因斯坦就不接受这个理论，但是这个伽莫夫是最忠实的支持者，他当时就提出说宇宙大爆炸模型一定是正确的，而且大爆炸有残余的辐射遗留下来，大约只有绝对温度几度，这个绝对温度就是指的热力学温度，绝对0度我们都知道是零下273.15度，也就是0 K，K就是绝对温度的单位开尔文。那么后来宇宙背景辐射被发现之后，证明他是对的，其实1978年发诺贝尔奖的时候应该有他的，但是当时他已经去世了。

如果说到这里你还是不理解的话，我们就详细说说宇宙大爆炸是怎么回事儿！宇宙大爆炸的这个过程是这样的，很神奇，大概是138亿年前，在一个不知道是什么地方的地方，有一个不知道是什么东西的东西，突然鼓出来一个小球，黑色的小球，这个小球大概直径一厘米，这就是最初的宇宙。

这个小球儿里边儿啊，没有物质，只有能量，里边特别的热，有多热呢，叫做绝对热，绝对零度是零下273.15度啊，这个叫绝对热度，就是理论上宇宙能够达到最高的温度，大概呢，是1.4乘以10的32次方度，多热不知道，但是这个温度下就不可能存在物质，所有的物质都会变成能量，尽管这个小球温度很高，但是从外面看上去它就是黑色，因为它不发光。当然这个小球的外面是什么，就不知道了，那就属于是宇宙的外面了，宇宙外面是什么咱就先不去研究了，也研究不明白，所以才说他是在一个不知道什么地方的地方。

但是就是这个地方，我刚才说的这个小球从无到有一下弹出来了，这个弹开的速度有多快啊，就10的负43次方秒，这一时期被称为普朗克时期，这也是宇宙大爆炸的第一个阶段，尽管这个时候他只弹开了很小的一段距离，但是这个弹开的速度是远远超过光速的，大概是光速的100亿兆倍，这个速度大家可能无法想象他有多快啊，如果宇宙就按照这个速度膨胀下去的话，形成我们现在这个宇宙只用万分之一秒。

那么接下来第二个阶段叫做宇宙暴胀期，都不能叫膨胀了，叫暴胀！时间是10的负43次方秒到10的负36次方秒！

这个暴涨期也是推算出来，而且是根据海森堡的不确定性原理推算出来的，有理有据，但就是观测不到，因为他是黑的，他没有发过光啊，而且这个宇宙暴胀期能够解释现在宇宙大爆炸模型的一个矛盾点，一个非常诡异的地方。就是宇宙如果是一开始直接爆开的话，就不会是现在这个样子，就是我们目前观测到宇宙啊，到处都是平均的，到处都是一样的，没有区别，虽然我们这有个星球，这有个星系，但在一开始的话，宇宙各个地方应该都是一样的，这就不像爆炸，爆炸的话，一炸开的时候肯定有大石块儿，有小石块儿，到处乱飞嘛，他这一爆就很平均的，平均到什么程度呢？就不仅看上去物质是那么的平均分散，而且整个宇宙中可以适用同样的物理法则。

而且咱们这个宇宙是同样维度的，如果他爆的不均匀，就应该有的地方三维，有的地方二维，有的地方四维的，但是现在宇宙我们观测范围之内呢，都是一样的，也正因为宇宙如此的平均，如此的平坦，爱因斯坦最初相信宇宙是静止，他都不相信宇宙是爆炸产生的，直到哈勃通过望远镜看出来了，咱们宇宙在膨胀，这时候才认可了宇宙大爆炸模型啊。

那么为了解释大爆炸和宇宙现在平均平坦的这样一个矛盾啊，于是人们猜想在最开始有一个宇宙暴涨期，就是啪一下弹起了这么一个空间，在这个空间里面所有东西一下变的很均匀了，然后再爆开，就是有一个缓冲期，有这个时期了，那物质平均爆开了，那就很正常了，是这样的理解。

那么暴涨期结束之后，就是10的负36次方秒之后，就进入了第三个阶段，就是基本粒子的诞生，这个阶段宇宙还在膨胀，只是膨胀速度突然减慢了，减慢的原因呢，现在认为就是因为体积膨胀，温度下降，所以呢速度就减慢了，那么这个慢慢的膨胀，直到宇宙诞生后百万分之一秒，也就是10的负36次方秒到百万分之一秒，这期间宇宙内的能量呢，就开始慢慢凝结成物质了。

最初凝结成的物质呢，就是我们知道的基本粒子，比如说夸克、电子啊，光子啊，希格斯粒子啊，波色子啊等等这些东西，同时呢，还出现了重力啊，强力啊，弱力啊，电磁力这些力，而在这个过程中凝结成了这些物质粒子啊，都是成对出现的，就是一个正物质，一个反物质。正物质和这个反物质一碰到一起了，就变成能量，然后能量又凝结成物质，所以就是物质能量不断的反复出现又消失的这么一个过程，但是最终不知道什么原因，只有一部分正物质留下了，反物质消失了。

按理来说就是成对出现的，然后这一对儿一碰到就会消失，就是说他从一个无产生的能量，然后这个能量不管你怎么合成，到最后还会变成无才对，而不应该生成我们现在这个宇宙。但是就不知道什么原因，反物质少了，正物质多了，所以才有了现在的宇宙。

那么下一个阶段，当宇宙诞生一秒之后，宇宙中的夸克呢开始凝结成质子和中子，这时候宇宙的直径有4亿公里，大概就相当于火星的公转轨道。那么当宇宙诞生一分钟之后，宇宙的直径就一光年了，你说他的速度得有多快啊，这个膨胀的速度虽然已经减慢了，但也比光速快很多，正常光要走一年才那么大，他一分钟就到那个大小了，那么一光年大小的宇宙当中呢，中子和质子就结合成了原子核，这一过程呢就被称为大爆炸核合成。

但这个时候的原子核还抓不住电子，因为温度太高了，这时候的温度应该是超过100亿度，也就是说在这个时候呢，还没有形成真正完整的原子，只有原子核、有电子，那么我就说了，这个宇宙的直径都有一光年了，这个时候的宇宙也是黑色的，光线照不出来，没有光。

那么接下来宇宙膨胀的速度越来越慢，进入一个漫长的降温过程之中，一直降到平均温度只有3000度的时候，发生了一个非常重要的事情，就是原子核呢，第一次抓住了电子，就是说温度降下来之后，电子跑的就没那么快了，然后这个正负电荷电磁力的作用呢，就超过了他的动能，就他那个速度的力量，然后就抓住了电子，这个过程被称为“复合”！谁如果想跟前任复合的话，可以跟他讲讲原子核抓住电子的故事。

那么原子核抓住电子之后，光子就不再受到电子的阻碍，就能射出宇宙，在此之前光子一直不断的被等离子体散射，其实电子啊，就像一道屏障一样，挡住了所有的光，光照不出来，但是电子第一次被原子核抓住之后，光子就得到了解放，光子不会被原子核抓住，它没有电嘛，所以他就照出来了，这一事件称为光子退耦，而这个呢，就是我们所谓的宇宙最初的一闪，整个宇宙就突然变得透明了！

这个时间点在什么时候呢？是在宇宙诞生后38万年，也就是说宇宙从诞生后一分钟，一直到剩下的38万年，都在慢慢的降温。直到第一个原子核抓住了电子之后，宇宙中的光子照出来了，宇宙才这一闪，所以我们真正肉眼可见的宇宙大爆炸是在宇宙诞生38万年的那一瞬间。这就是宇宙背景辐射的来源，这个宇宙背景辐射就是最开始的那个小球38万年后的样子。

那么这些光子出来之后，就带着宇宙诞生38万年那一瞬间的信息一直在宇宙中穿行，直到被彭齐亚斯和威尔逊的接收天线系统接收到，这些光子就像是宇宙大爆炸的遗产一样，所以又被称为遗留辐射！那么既然宇宙是在不断膨胀的，那么这些光子就会越来越暗，波长越来越长，能量越来越低，根据理论，当今的宇宙背景辐射应该相当于3K的黑体辐射！3K不用解释了吧，就是绝对温度3度，就相当于零下270度，那么黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射，在特定温度及特定波长放射最大量的辐射。所以宇宙背景辐射也被称为宇宙微波背景辐射！

好，那么我们再回到最开始的问题，宇宙真的会闪烁吗？宇宙要想闪烁，就需要宇宙背景辐射整体的波动，振幅在百分之一到百分之五之间，通过波动曲线表现出来，通过波动的长短可以用摩斯电码翻译出来，组成一组倒计时数字，甚至可以用3K眼镜直接观测，要让宇宙背景辐射产生这种波动的话，除非直接改变全宇宙的物理参数才有可能，当然这肯定是办不到的，三体中是通过智子二维展开包裹住地球，透明化后调节宇宙背景辐射的波段变化，制造一种宇宙真的在闪烁的假象，就像是一块大屏幕一样在那里播放宇宙的闪烁！你看明白了吗？