這是宇宙大爆炸的迴音,它記錄了宇宙的前世今生
上次我們談到了哈勃常數,以及觀測如何表明了宇宙正在膨脹。當然,如果宇宙正在膨脹,那過去一定是較小的。我們可以利用這個想法追溯宇宙的歷史直至一點,一個被稱為宇宙大爆炸的致熱緻密火球。目前,精確的宇宙年齡為137.99±0.21億歲。
宇宙正在膨脹的證據並不能證明它始於一場大爆炸。聲稱可觀測宇宙曾經小於一個蘋果是一個非常瘋狂的想法,所以在你認真對待這個想法之前,你會訴諸更多的證據。幸運的是,我們正好有大量的證據。早期的跡象之一就是被稱為宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background)。
宇宙微波背景
當物體變熱,溫度上升至幾百攝氏度後,它們就會發出可見光。在現實生活中,發光的煤、白熾燈泡等可以讓我們注意到這點。事實上,熱物體發出的光遵循一種被稱為黑體譜的特定模式。如果把黑體譜的強度作為其顏色(或波長)的函數,那麼可以看到該函數的形狀依賴於發光物體的溫度。
如果整個宇宙真的是起始於一個致熱緻密狀態,那麼它必定會釋放大量的光。隨著宇宙的膨脹,溫度逐漸冷卻,但我們仍應在各個方向看到一種黑體光譜輻射。事實證明,我們確實看到了。
宇宙微波背景的熱譜圖
在上圖中,我們繪製了從宇宙微波背景觀測到的光譜。然後將它與黑體曲線相對比,可以看到,數據點與曲線完全吻合。因為該數據的誤差棒太小了,所以很難在圖中繪製出來。
當然,這意味著我們可以使用這條曲線來確定宇宙的溫度。從圖中的擬合曲線,可以得到溫度為2.725 K(開爾文K為熱力學單位,與攝氏度的轉換關係為:開氏度 = 攝氏度+273.15),這個就是宇宙大爆炸經歷138億年的冷卻之後的餘溫。
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