揭秘宇宙微波背景辐射：从偶然发现到宇宙起源的关键线索

揭秘宇宙微波背景辐射：从偶然发现到宇宙起源的关键线索

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科学网

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来源

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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/11/534253.shtm

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https://nao.cas.cn/news/ky/202410/t20241028_7409478.html

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https://pansci.asia/archives/347219

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https://enjoyphysics.cn/Article3336

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https://physics.nju.edu.cn/xwdt/xwdtyjcgbdzdhdhj/20250121/i308434.html

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https://www.shanghai.gov.cn/nw4411/20240520/d5ebb13155234ce78537e02a994e59f4.html

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https://www.editverse.com/zh-CN/%E5%AE%87%E5%AE%99%E5%BE%AE%E6%B3%A2%E8%83%8C%E6%99%AF/

宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background，简称CMB）是宇宙中最古老的光，它携带着宇宙诞生初期的信息，为人类揭示宇宙起源之谜提供了关键线索。这种神秘的辐射最早是在1965年被美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现的，这一发现不仅为他们赢得了1978年的诺贝尔物理学奖，更为宇宙大爆炸理论提供了直接证据。

1963年，彭齐亚斯和威尔逊在贝尔电话实验室工作时，将一台卫星通讯接收设备改造成射电望远镜，用于射电天文学研究。这台望远镜由一个6米宽的喇叭形反射天线和辐射计组成，灵敏度极高。在调试过程中，他们发现了一个无法解释的3.5K的多余温度信号，这个信号均匀地来自天空各个方向，且不受季节变化影响。

起初，他们以为这是设备故障或外界干扰所致，甚至怀疑是栖息在天线上的鸽子的粪便造成的。经过一年的排查和清洗，这个神秘信号依然存在。与此同时，普林斯顿大学的迪克小组也在寻找宇宙背景辐射，双方交流后确认，这个多余的温度信号正是他们要寻找的宇宙微波背景辐射。

CMB是一种黑体辐射，其温度约为2.725开尔文，辐射谱与3000K时的黑体辐射光谱相似。这种辐射在宇宙年龄约38万年时发生光子去耦，当时宇宙温度约为3000K。随着宇宙的膨胀，辐射的波长被拉长，能量降低，温度也随之下降。目前观测到的CMB温度约为2.725K，这与宇宙年龄约138亿年的估计相吻合。

CMB的发现支持了宇宙膨胀理论。根据大爆炸理论，宇宙从一个极高温度和密度的状态开始膨胀、冷却。CMB正是大爆炸后遗留的热辐射，其红移现象表明宇宙正在膨胀。通过分析CMB的细微温度变化，科学家能够了解宇宙早期的结构和发展过程。

CMB的发现为大爆炸理论提供了直接证据。大爆炸理论认为，宇宙从一个极高温度和密度的状态开始膨胀、冷却并形成现有结构。CMB的存在不仅证实了这一理论，还帮助科学家了解早期宇宙状态。通过分析CMB的细微温度变化，科学家能够了解宇宙早期的结构和发展过程。

近年来，中国科学家在CMB研究领域取得了重要进展。安徽大学与中科大合作团队提出了一种新的统计学方法，用于检验银河系热尘埃辐射模型的可靠性。研究发现，主流的单成分灰体谱模型在545GHz以上的频段与真实数据大体相符，但在探测原初引力波信号的关键区域与数据明显不符。这一发现为进一步改进模型提供了方向。

此外，国家天文台在哈勃常数危机研究方面也取得重要进展。研究团队基于DESI观测数据，对哈勃常数H0和声波视界rd进行限制，发现标准宇宙学模型仍面临挑战，暗示可能存在超出标准模型的新物理。

宇宙微波背景辐射的发现是20世纪最重要的科学发现之一，它不仅为大爆炸理论提供了直接证据，还开启了现代宇宙学的新篇章。通过持续的观测和研究，人类对宇宙起源和演化的理解将更加深入。CMB的研究仍在继续，未来可能会带来更多令人惊喜的发现。