宇宙微波背景辐射又称3K背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射

宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特徵和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属与微波范围。

预测

1934年，Tolman是第一个研究有关宇宙背景辐射的人。他发现在宇宙中辐射温度的演化里温度会随著时间演化而改变；而光子的频率随时间演化(即宇宙学红移)也会有所不同。但是当两者一起考虑时，也就是讨论光谱时(是频率与温度的函数)两者的变化会抵销掉，也就是黑体辐射的形式会保留下来。

1948年，由旅美的俄国物理学家伽莫夫带领的团队估算出，如果宇宙最初的温度约为十亿度，则会残留有约5~10k 的黑体辐射。然而这个工作并没有引起重视。

1964年，苏联的泽尔多维奇(Zel'dovich)、英国的霍伊尔(Hoyle)、泰勒(Tayler)、美国的皮伯斯(Peebles)等人的研究预言，宇宙应当残留有温度为几开的背景辐射，并且在厘米波段上应该是可以观测到的，从而重新引起了学术界对背景辐射的重视。美国的狄克(Dicke)、劳尔(Roll)、威尔金森(Wilkinson)等人也开始着手制造一种低噪声的天线来探测这种辐射，然而另外两个美国人无意中先于他们发现了背景辐射。

发现

1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯(Penzias)和罗伯特·威尔逊(Wilson)架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回声”卫星的信号。为了检测这台天线的噪音性能，他们将天线对准天空方向进行测量。他们发现，在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在，这个信号既没有周日的变化，也没有季节的变化，因而可以判定与地球的公转和自转无关。

起初他们怀疑这个信号来源于天线系统本身。1965年初，他们对天线进行了彻底检查，清除了天线上的鸽子窝和鸟粪，然而噪声仍然存在。于是他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文正式宣布了这个发现。

紧接着狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文，对这个发现给出了正确的解释：即这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。这个黑体辐射对应到一个3k的温度。之後在观测其他波长的背景辐射推断出温度约为2.7K。

宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。

进一步的研究

后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和详细的研究，发现它在一个相当宽的波段范围内良好地符合黑体辐射谱，并且在整个天空上是高度各相同性的，只是具有一个微小的偶极各相异性：在赤经11.3±0.1 h，赤纬4±2°的地方温度略高，在相反的方向温度略低，人们认为这是由银河系运动带来的多普勒效应所引起的。

COBE的成果

根据1989年11月升空的微波背景探测卫星(COBE，Cosmic Background Explorer)测量到的结果，宇宙微波背景辐射谱非常精确地符合温度为 2.726±0.010K 的黑体辐射谱，证实了银河系相对于背景辐射有一个相对的运动速度，并且还验证，扣除掉这个速度对测量结果带来的影响，以及银河系内物质辐射的干扰，宇宙背景辐射具有高度各向同性，温度涨落的幅度只有大约百万分之五。目前公认的理论认为，这个温度涨落起源于宇宙在形成初期极小尺度上的量子涨落，它随着宇宙的暴涨而放大到宇宙学的尺度上，并且正是由于温度的涨落，造成物质宇宙物质分布的不均匀性，最终得以形成诸如星系团等的一类大尺度结构。

WMAP的发现

2003年，美国发射的威尔金森微波各向异性探测器对宇宙微波背景辐射在不同方向上的涨落的测量表明，宇宙的年龄是137±1亿年，在宇宙的组成成分中，4%是一般物质，23%是暗物质，73%是暗能量。宇宙目前的膨胀速度是71公里每秒每百万秒差距，宇宙空间是近乎于平直的，它经历过暴涨的过程，并且会一直膨胀下去。

宇宙微波背景辐射

宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特徵和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属与微波范围。 预测 1934年，Tolman是第一个研究有关宇宙背景辐射的人。他发现在宇宙中辐射温度的演化里温度会随著时间演化而改变；而光子的频率随时间演化(即宇宙学红移)也会有所不同。但是当两者一起考虑时，也就是讨论光谱时(是频率与温度的函数)两者的变化会抵销掉，也就是黑体辐射的形式会保留下来。 1948年，由旅美的俄国物理学家伽莫夫带领的团队估算出，如果宇宙最初的温度约为十亿度，则会残留有约5~10k 的黑体辐射。然而这个工作并没有引起重视。 1964年，苏联的泽尔多维奇(Zel'dovich)、英国的霍伊尔(Hoyle)、泰勒(Tayler)、美国的皮伯斯(Peebles)等人的研究预言，宇宙应当残留有温度为几开的背景辐射，并且在厘米波段上应该是可以观测到的，从而重新引起了学术界对背景辐射的重视。美国的狄克(Dicke)、劳尔(Roll)、威尔金森(Wilkinson)等人也开始着手制造一种低噪声的天线来探测这种辐射，然而另外两个美国人无意中先于他们发现了背景辐射。 发现 1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺〃彭齐亚斯(Penzias)和罗伯特〃威尔逊(Wilson)架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回

声”卫星的信号。为了检测这台天线的噪音性能，他们将天线对准天空方向进行测量。他们发现，在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在，这个信号既没有周日的变化，也没有季节的变化，因而可以判定与地球的公转和自转无关。 起初他们怀疑这个信号来源于天线系统本身。1965年初，他们对天线进行了彻底检查，清除了天线上的鸽子窝和鸟粪，然而噪声仍然存在。于是他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文正式宣布了这个发现。 紧接着狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文，对这个发现给出了正确的解释：即这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。这个黑体辐射对应到一个 3k的温度。之後在观测其他波长的背景辐射推断出温度约为2.7K。 宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。 进一步的研究 后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和详细 的研究，发现它在一个相当宽的波段范围内良好地符合黑体辐射谱，并且在整个天空上是高度各相同性的，只是具有一个微小的偶极各相异性：在赤经 11.3±0.1 h，赤纬 4±2°的地方温度略高，在相反

揭秘宇宙微波背景辐射的真相

揭秘宇宙微波背景辐射的真相 原创/简浩 发现宇宙微波背景辐射的科学家声称：宇宙大爆炸理论预测，早期宇宙非常热，随着宇宙的扩张，宇宙快速冷却，因此，宇宙微波背景辐射堪称宇宙大爆炸的“余晖”，在宇宙学中被称为“大爆炸”遗留下来的热辐射。 宇宙微波背景辐射的真相果真是宇宙大爆炸“余晖”吗？我认不是大爆炸的“余晖”信号，宇宙微波背景辐射而是一种恒星热辐射的中微子信号，宇宙中充满了无数的大大小小恒星，当然也充满了中微子信号，无时不有，无处不在。 宇宙微波背景辐射为大爆炸“余晖”的由来 1948年美国物理学家学家阿尔弗首先预言了宇宙微波背景辐射的存在，到了1965年，天文学家彭齐亚斯和威尔逊意外地发现宇宙微波背景辐射。彭齐亚斯和威尔逊因此分享了1978年诺贝尔物理学奖。 当年，彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统，在测量银晕气体射电强度时，为了降低噪音，他们俩个甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。于是他们俩个认为，这些来自宇宙波长为7.35厘米的微波噪声，相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，一时轰动了世界的科学圈，于是获得了1978年诺贝尔物理学奖。 在刚刚起步的卫星电视年代，彭齐亚斯和威尔逊认为，电视机屏幕上在没有节目或者信号很差的时候，出现的雪花噪声信号就是来自宇宙微波背景的辐射，杂散噪声电磁信号很强烈，消除不掉。 我认为宇宙微波背景辐射是一种恒星热辐射的中微子信号理由 1.中微子何方“神圣”？中微子是宇宙中最丰富、最神秘、最特殊的一种粒子。中微子只参与弱相互作用而稳定存在，不与其它物质发生反应，具有最强的穿透力，可以轻而易举穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此，检测中微子非常困难。 中微子是宇宙中重要的基本粒子，中微子有4种，电子中微子、μ子中微子（缪中微子）、τ子中微子（陶中微子）、变异惰性中微子。中微子质量非常轻，1998年，物理学家利用日本一个矿内的超级神冈探测器，发现中微子质量小于电子的十亿分之一，它接近光速运动，实验证明，中微子在行进过程中并无能量损耗。 中微子的起源。我认为：中微子是高能光子湮灭后的残留射线粒子，4种中微子是由不同的高能光子湮灭后所产生。中微子起源于恒星核聚变时被挤出的正负电子产生强大的光子，中微子就是光子湮灭时的残留物。宇宙中有无数的恒星，因此，产生的中微子非常巨大。另外，中微子也能够在人造核聚变和核裂变的过程中产生，例如：氢弹、核反应堆、太阳、天然放射性、超新星爆发、宇宙射线等，宇宙中的中微子主要源自核聚变。也就是说，中微子是核聚变、核裂变的副“产品”。你如果不相信，在进行试验氢弹爆炸时，在爆炸的近距离范围内，你就可测量到高能光子湮灭时辐射的中微子信号，将来在“人造太阳”可控核聚变装备周围，你也可探测到高能光子湮灭辐射的中微子信号。 2.不说别的恒星，就说离我们最近的太阳，太阳表面的每平方厘米，每秒钟就能至少辐射6000亿个中微子，太阳的表面积乘以6000亿，可见，辐射的中微子的个数非常巨大。不说别的星系，就说银河系，大概就有4000亿个恒星，而宇宙中大概有一万亿个星系，你看，宇宙中不是充满了中微子吗？成了中微子的海洋。然而，更不可思议的是我们人的身体，每秒钟至少有一亿个中微子从每个人身体中穿过，你未必有感觉，而庞大的地球，每秒钟也有无数的中微子穿过，可见，中微子的能量和数量不同凡响。

2018星海求知_天文学的奥秘期末考试题答案

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一、 单选题（题数：30，共 30.0 分）
1
开普勒探测器主要观测的是下列哪一块天空区域?( )（ ）
? A、
天鹅座与天鹰座之间的区域
? ? B、
天蝎座与天鹰座之间的区域
? ? C、
牛郎、天津四以及织女包围起来的三角区域
? ? D、
天蝎座与天琴座之间的区域
?
正确答案： C 2
引起潮涨潮落最主要的天体是( )。（ ）
? A、
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太阳
? ? B、
水星
? ? C、
月亮
? ? D、
金星
?
正确答案： C 3
下列哪个星系是棒旋星系?( )（ ）
? A、
室女座 M87,E1 型
? ? B、
玉夫座 NGC300,Sa 型
?
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? C、
长蛇座 M83,Sa 型
? ? D、
时钟座 NGC1512,SBa 型
?
正确答案： D 我的答案：D 4
球状星团与疏散星团的不同之处不包括()。（ ）
? A、
形态
? ? B、
在星系中的分布空间
? ? C、
恒星成员的普遍年龄
? ? D、
所属的恒星集合的等级
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专业资料 ?
正确答案： D 5
关于“凌日”,下列说法错误的是( )。（ ）
? A、
在太阳系八大行星中,只有金星和水星才有可能发生凌日
? ? B、
水星凌日是可以用肉眼观测到的
? ? C、
水星凌日的周期是 100 年出现 13 次
? ? D、
金星凌日的周期是 100 多年出现 2 次
?
正确答案： B 6
以下关于哈勃关系的陈述,不正确的是()。（ ）
? A、
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3K背景辐射

3K背景辐射 3K宇宙背景辐射是60年代天文学上四大发现之一。发现者是美国的射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊，他俩因此而荣获1978年度的诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖的决定中指出：“彭齐亚斯和威尔逊的发现是一项带有根本意义的发现：它使我们能够获得很久以前，在宇宙的创生时期所发生的宇宙过程的信息。” 彭齐亚斯和威尔逊是在研究天电对通讯的干扰中得到这个发现的。1964年，他们在美国贝尔电话实验室安装一架卫星通讯用的喇叭形天线。这架天线有很强的方向性，即喇叭口对向天空某方向时，从地面及空中别的方向来的无线电干扰极其微小。他们利用这架天线去测量天空中各种原因造成的噪声。 这艰说的噪声，不是日常生活中的环境噪声(其人小用分贝表示)，而是指电子仪器中的不规则的干扰信号。这信号的大小用温度来表示．因为电路中的不规则信号，是电子的热运动造成的。温度越高，电子的热运动越剧烈，仪器的噪声也就越大。有时对于不是热运动造成的噪声的强弱，也用温度来表示。 彭齐亚斯与威尔逊经过一年多的观测，发现当喇叭形天线指向天空的各个方向时，天空中都有一种噪声，其温度相当于3.5K。也就是说，这种从空中各个方向来的噪声是各向同性的。他们认为这不可能是从某一个辐射源发射来的。但究竟是怎么产生的，一时弄不明白。 恰在此时，他们从一位朋友那里得知，美国普林斯顿大学有一个研究小组，领导人为迪克教授，也在作这方面的研究，迪克等人预言，宇

宙空间中有3K左右的背景辐射存在。为了寻找这种信号，他们在1964年底设计了一架望远镜，其结构跟彭齐亚斯的几乎一样。这架仪器还没有开始工作，他们就听到彭齐亚斯和威尔逊的研究成果。他们要寻找的正是彭齐亚斯和威尔逊已测到的。于是他们双方进行了互访，进行了科研合作，后来普林斯顿的小组完成了他们自己的测量，证实了彭齐亚斯和威尔逊的观测和研究结果。 迪克等人是怎么做出那个预言的?原来，他们根据的是“大爆炸宇宙学”假说。大爆炸宇宙学是40年代美国的伽莫夫等人提出的。他们从星系的运动来考虑宇宙o演化问题。观测表明，所有的星系都在不断地互棚麻了F。如果设想将这些星系反方向运动，追溯过去，就会看到很早以前，它们是挤在一起的。那是一种高温、离密度状态。这种状态就叫做“原始火球”。原始火球在一次大爆炸后分裂，物质不断地向四面八方膨胀。随着膨胀，温度越来越障低，冷却到一定程度时，物质凝聚为恒星和星系。 在大爆炸时，温度是极高的，后米温度慢慢地降低，经过约150亿年的降温，到现在，在宇宙空间中还残留着3K左右的辐射。这种辐射应该是热辐射。 彭齐亚斯和威尔逊最早的测量是用4080兆赫，即7.35厘米波长。随后，各国科学家在75厘米到0.3厘米的微波波段上进行了一系列的测量。所有的测量都接近于3K。这是比较准确的数值，完全符合于大爆炸宇宙学所推测的结果。 3K左右的微波辐射，在天空的各个方向上都存在，所以也叫做背景

3K微波背景辐射,原是宇宙引力波能的热辐射

3K微波背景辐射，原是宇宙引力波能的热辐射 作者：江苏·扬州市亿顺科技有限公司耿玉顺 今年，是美国科学家彭齐亚斯和威尔逊发现3K宇宙微波背景辐射50周年，在此作者首先向前辈深表敬意！ 一．背景 自3K微波背景辐射发现以来，美国宇航局（NASA）于1989年发射的"COBE探测器"，先后发回了海量观测数据，验证了整个宇宙中都存在着各向均匀的2.7Κ微波背景幅射的事实，其是现代科学发展史上的一个重要里程碑。 但目前人们对宇宙微波背景辐射的本质及来源，众说纷纷，最出名的要数宇宙大爆炸论的作者。其认为当宇宙创生之初必会产生大量辐射，并转化成物质，在宇宙背景下，至今还应有一些热辐射遗迹残存，充斥了整个宇宙空间。如能观察到这种辐射，其波长红移约是现今的微波段，温度冷却到约5K左右。现彭齐亚斯和威尔逊发现的3K宇宙微波背景辐射，验证了宇宙大爆炸理论的正确性。 事实果真如此吗？非也！ 二．3K微波背景辐射，原是宇宙引力波能的热辐射。 据作者近30年来的研究发现，万有引力及其初速度，并非天体之间运动的“永动机”，也非牛顿晚年身处教堂研究所言的“上帝”推动，而是物质的微观电子之间的电荷相互作用构成的一种宏观作用力，由此揭示了万有引力本质，并求得万有引力常数8 = ? G，（量纲：厘米3∕克·秒2，与目前精确实验值G误差仅为1.8‰）；及相.6- 10 685476 互关联的引力波长λ≈0.53cm，并由此得到引力波能的热辐射T≈2.71Κ。由此证明，彭齐亚斯和威尔逊发现的3K宇宙微波背景辐射，原是宇宙引力波能量的热辐射。 三．宇宙来源奇点大爆炸正确吗？非也！ 宇宙大爆炸论，是当今流行的研究宇宙起源和演化的一种学术理论，其得到以下所谓的四个“科学”验证。 1．宇宙大爆炸后的余热——3Κ微波背景幅射。 2．哈勃星系红移退行速度及宇宙膨胀理论。 3．宇宙中的氦丰度相同。

宇宙微波背景辐射研究

宇宙微波背景辐射研究 学生姓名：学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导老师：刘墨林职称：副教授 摘要：宇宙微波背景辐射的研究是宇宙学中非常重要的部分，从20世纪30年代，人类就开始了对宇宙微波背景辐射的探索。宇宙微波背景辐射论证了大爆炸宇宙学的正确性，是人类探索宇宙奥秘的重要手段和途径。它具有各向异性和偏振的特点。科学家们已经取得了非常显著的研究成果。在今后的研究中，宇宙微波背景辐射的研究将仍是重要内容。 关键词：宇宙微波背景辐射；宇宙大爆炸；各向异性；偏振 Research of the cosmic microwave background radiation Abstract:The research of the cosmic microwave background radiation is a very important part, from the 1930s, humans began the exploration of the cosmic microwave background radiation. The cosmic microwave background radiation demonstrate the correctness of the big bang cosmology, is an important means and ways to explore the mysteries of the universe humans. It has anisotropy and polarization characteristics. Scientists have made a very significant research results. In future studies, the researchers cosmic microwave background radiation will remain an important part. Key words:the cosmic microwave background radiation;the big bang; the anisotropy; the polarization 1 引言 广袤无垠的宇宙神秘而充满诱惑，从千百年前流传下来的唯美传说“嫦娥奔

宇宙背景辐射

宇宙背景辐射 定义：来自无明显分立源天区的各向同性电磁辐射。在不同波段，辐射有不同的起源，并可具有非宇宙学起源。 宇宙微波背景辐射 宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁 辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇 宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年。大爆炸宇宙学说认为，发 生大爆炸时，宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，到现在（约150亿 年后）大约还残留着3K左右的热辐射。 概念 宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称 为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964 宇宙微波背景辐射 年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 特征 微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大

宇宙背景辐射 于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3%。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。 起因 1948年, 美国科学家阿尔弗(Ralph Alpher)和赫尔曼(Robert Herman)预言，宇宙大爆炸产生的残系辐 宇宙背景辐射 射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开，或者说5K(绝对零度等于摄氏零下273.15度，即-273℃)。但是他们的预言并未引起人们的普遍重视。 发展 但是多年以后，即1965年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)却十分意外地发现了这种宇宙辐射场，当时他们正在为跟踪一颗卫星而校准一具很灵敏的无线电天线。与此同时，在附近的普林斯顿大学，由罗伯特·迪克 (Robert Dicke)领导的一个科学家小组已独立地重新发现了阿尔弗和赫尔 曼早先作过的预言，并着手设计一台探测器以供搜索大爆炸的残留辐射。 他们听说了贝尔实验室这台接收器中存在着无法阐明的噪声，并立即将它 解释为源自大爆炸的残余辐射。它相当于在电磁波谱的微波部分波长为 7．35厘米的某种无线电波信号；如果假设它是热辐射，那么它所具有的能 量就相应于2.7K的温度--这与阿尔弗和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。 它被称为"宇宙微波背景辐射"。宇宙微波背景辐射的存在，给大爆炸理论以 有力的支持。 最新进展 2010年12月有英国天文学家发表论文称，他们发现了我们所在宇宙很久之前曾受到其他平行宇宙“挤压”的证据。 英国伦敦大学物理与天文学学院的史蒂夫·菲尼和他的研究团队在研究了宇宙微波背景辐射图后得出了这一惊人结论。研究团队称，他们在图中发现了四个由“宇宙摩擦”形成的圆形图案，这表明我们的宇宙可能至少四次

《宇宙微波背景分析》

〈七〉宇宙微波背景分析1965年，美国物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊检测到宇宙微波背景辐射，一种普遍存在于宇宙空间中的流动的电磁场，它正好是2.7K温度的物体的特征辐射波谱，具有均匀的各向同性，后来的观测证明，它沿各个方向的强度差异只有十万分之一。 许多物理学家认为微波背景辐射是大爆炸早期的辐射遗留到现在经过冷却和红移而形成的，但是如果我们认为宇宙中只有我们附近所有的这么一个有限的物质体系，那么此种观点是让人难以理解的，因为电磁辐射是宇宙中运动得最快的物体。 正如前面所述，宇宙空间体系是一个天然的无限的存在，它的虚空本性和连续性使它的任何运动变化不产生任何意义，因而不论物质体系使它产生了何种运动变化，等于没使它发生变化，因此我们可以如此判定：宇宙物质体系的存在不能对宇宙空间体系产生任何形式的影响和改变。而且我们建立的所有坐标系都是物质的，以物质体系为参照物并且以规律性的物体的运动为反映手段，因而任何空间方向坐标首先反映的是物质体系的广延性，而时间，则是物质运动的存在形式，因而大爆炸和宇宙膨胀中的时空发展，本质上是宇宙物质体系的运动发展，它以空间体系的存在为背景，却不受它的影响。 在此种条件下，我们可以预计，宇宙大爆炸早期产生的辐射相当一部分已经远远的逸出了所有的星体构成的总星系之外，因为微波的运动速度光速比其它星体的运动速度快得多，而留在总星系之内并为我们观测到的那一部分，则必定是在运动过程中受到星体的阻挡和反射产生了运动方向的改变而留下来的，否则它们必定早已逃逸到总星系之外了。如果宇宙微波背景辐射就是这一部分因星体的反射而遗留下来的宇宙早期的辐射，那么它如此均匀的各向同性是让人难以理解的，毕竟，在只有一百多亿光年的宇宙尺度上，物质的分布在各个方向上不太可能如此的均匀，更不太可能在宇宙中的任意一个点的任意不同方向上都看起来如此的相同。 即使我们退一步，假设宇宙空间也是有限的，那也难以理解如此均匀的各向同性的微波背景辐射是宇宙早期大爆炸的辐射演化而来的。打个比喻说，太阳向四周辐射的光是沿各个方向几乎均匀分布的，向哪一个方向运动的都有，但是因为地球公转轨道的半径比太阳的半径大得多，因而到达地球的光的运动方向就几乎是平行的了。类似的，即使宇宙早期的辐射是均匀的各向同性的，但是因为那时候的宇宙物质体系的尺度比较小，而现在的尺度则大得多，因而那时候的辐射如果遗留到现在，到达同一地点的辐射应该是几乎完全平行的，即使经过了其它物质体系的反射，也不应该表现出如此均匀的各向同性，在大爆炸理论中，我们的宇宙物质体系的空间方向尺度如此之大，而时间历史却如此之短，还不允许包括电磁波在内的所有信息从一个非常遥远的区域运动到另一个区域，也不允许电磁波经历无限多次反射因而变得非常均匀，因为那需要运动无限长的距离，需要无限长的时间。 但是如果我们认为微波背景辐射是无限的宇宙物质体系的产物，无限的宇宙物质体系的辐射在无限长的时间的对流中产生了如此均匀的电磁场，那看起来就很好理解。 为什么辐射正好是2.7K？可能是宇宙的平均温度，它可能和整个宇宙的平均物质密度（能量密度）及辐射规律有关。 微波背景辐射被认为是宇宙发展的一个丰富的熵源，这个熵源可能是由无限的宇宙物质体系产生的。

2、宇宙背景辐射

2、宇宙背景辐射(cosmic background radiation) 定义：来自无明显分立源天区的各向同性电磁辐射。在不同波段，辐射有不同的起源，并可具有非宇宙学起源。 所属学科：天文学（一级学科）；星系和宇宙（二级学科） 百科名片:宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年.大爆炸宇宙学说认为，当宇宙发生大爆炸时，开始时宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。 概念:宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 特征：微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3％。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。

(宇宙完全科普——内篇)宇宙微波背景辐射中的时间流——20160613

读前须知： 整个系列总共有三篇文章，请先看法篇，再看外篇，再看内篇。 这是中英文版，每一段都采用中文+英文。之所以在每一段中都把两种语言放在一起，是为了更方便准确地理解文字的内容。比如有些句子表述较长，又比如有些概念容易混淆，在中文不好准确地理解时，可以参照英文来进一步的理解。请自动忽视作者词对词拼凑式的蹩脚英文，每一段的英文都得由作者本人翻译，才会尽可能地符合文章的原意。 参考动画视频：https://www.wendangku.net/doc/3713690506.html,/v_show/id_XMTU4NjI0OTgxMg==.html?from=y1.7-1.2 这是修订版，原文中的古代华夏文明的部分整合到视频中了。 （宇宙完全科普——内篇）宇宙微波背景辐射中的时间流 作者：黄威 点O以速度V朝着点m运动。在点O的观察中，点m中是以反向V朝着点O运动。 由此类推，点O以速度V朝着物体M运动。在点O的观察中，物体M中所有的点都是以反向V朝着点O运动。接下来提出一个时间流的概念，时间流是一种时间在各项维度中的叠加表示。 When point O move to point m by speed V, in observation of point O, it observe point m move to point O by speed V in reverse. In same reason, when point O move to object M, in observation of point O, it observe all points of object M move to point O by speed V in reverse.

宇宙的起源与演化

宇宙的起源与演化 摘要：宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的起源和演化以及利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。随着新兴高科技迅速发展,给与宇宙学相关的各种观测和实验注入了新的活力。什么是宇宙?宇宙是如何起源的?早期宇宙是什么样子的?宇宙是怎样发展演化的?宇宙的基本组成又有那些?本文简单介绍了人类对宇宙的起源与演化发展的认识过程,宇宙的基本组成以及当今热门的大爆炸理论。 一、人类认识宇宙的过程 从古至今，人类一直在探索着存在和生命的意义，可是由于缺乏足够的观测数据，以及怀着以人为本的观念，在古代，无论是东方还是西方，人类都错误的把地球当做是宇宙的中心，他们观察到的实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映，以此基础上建立起来的宇宙理论体系，都没超出太阳系的范围，恒星也只不过是个一成不变的布景或陪衬。这一由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来地心说体系一直维持了2000多年，只到哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出了日心说，认为地球并不位于宇宙中心，从而把宇宙的中心从地球挪向了太阳。在此后的18、19世纪，太阳系天文学发展到鼎盛时期，人类发现了太阳系中的所有行星。与此同时，人类的视野也逐渐从太阳系扩展到银河系这个广阔的恒星世界。 进入二十世纪，由于物理基础理论的进一步发展和完善，以及制造水平的提高，宇宙学开始迅速发展，通过观察和演算，人们进一步的了解和认识宇宙。1917年爱因斯坦将广义相对论理论应用到整个宇宙，发表了标志着物理宇宙学建立的论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考察》，但是从广义相对论出发建立的宇宙模型不是静态的，这和当时相信静态宇宙的主流观点并不符合，因此爱因斯坦在场方程中加入了一个宇宙学常数来进行修正。得到一个静态的宇宙。1924年，哈勃发现了仙女座大星云中的造父变星，根据周期—光度关系推算出它远在银河系之外，是尺度同银河系相当的巨大恒星系统。这一发现将人类认识的宇宙范围从恒星组成的银河系扩展到由众多星系组成的更广阔的世界。1929年，哈勃又通过观测发现了红移定律，得出河外星系视向退行速度与距离成正比v=Hd，即哈勃定律，又称哈勃效应，H是哈勃常数。从此宇宙演化的观念开始进入人类的意识，也就是说宇宙不可能是一直处于稳定的状态。可以说哈勃的发现是现代宇宙论诞生的开端。第二次世界大战以后，宇宙膨胀的观点引出了两种互相对立的理论：一种理论是由勒梅特提出，乔治·伽莫夫支持和完善的大爆炸理论。另一种理论则是英国天文学家弗雷德·霍伊尔等人提出的稳恒态宇宙模型。在稳恒态宇宙模型里，新物质在星系远离留下的空间中不断产生，从而宇宙在任何时候看上去都基本不变化。具有讽刺意味的是，大爆炸理论的名称却是来自霍伊尔提到勒梅特的理论时所用的称呼，之后的许多年，这两种理论并立，但是随后的一系列观测证据使天平逐渐向大爆炸理论倾斜。 二、基于大爆炸理论的宇宙起源与演化 目前为科学界所普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于距今约137亿年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景辐射被认为是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“大爆炸”之后的宇宙温度极高，之后30多万年，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低，宇宙微波背景辐射正是在此期间产生的，并且是可以观测的。1964年，两位无线电工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在使用贝尔实验室的一台微波接收器进行诊断性测量时，意外发现了宇宙微波背景辐射的存在，这种辐射被观测到是各向同性的，并且对应的黑体辐射温度为3K。宇宙微波背景辐射的发现和确认使绝大多数物理学家都相信：大爆炸是能描述

微波背景辐射

微波背景辐射 大爆炸宇宙学模型告诉我们,大约137亿年前,大爆炸发生的那一刻,宇宙处于一个极致密、极高温的状态。之后宇宙逐渐膨胀、冷却演化至今。在这个过程中,宇宙经历了原初轻元素合成、光子退耦和中性原子形成、第一代恒星形成等几个重要的时期。 宇宙微波背景辐射产生于大爆炸发生之后大约35万年。那时宇宙的温度非常高,宇宙气体处于高度热平衡,发出的辐射光子带有很明显的特征,高度符合普朗克的黑体谱。之后随着宇宙的持续膨胀,它的温度逐渐降低至今天的2.7 K。这就是宇宙微波背景辐射。 早在20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)就发现了宇宙微波背景辐射的存在,并因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。他们用地面天线只在一个波长( ～7 cm )上进行了测量, 并没有真正得到整个黑体谱. 随后, 有许多人在不同的波长上进行了测量, 支持了黑体谱. 但是, 由于大气条件的限制, 地面设备难于获得高能段(短波段)的数据。 1974年,马瑟提出了宇宙微波背景探测卫星(Cosmic Background Explorer,COBE)计划,并和斯穆特展开了合作。在COBE项目中,马瑟负责总体协调,斯穆特则主要负责测量宇宙微波背景辐射的各向异性。参与项目的研究队伍非常庞大,共有1 000人之多。由于种种原因,这颗卫星直到1989年才得以升空。三年后,研究成果首次公布。整个项目花费约2亿到3亿美元。然而在投入运行后不久,COBE就记录了宇宙微波背景辐射谱,它非常精确地符合温度为2.728±0.004 K的黑体辐射谱。这是首次精确测定的宇宙微波背景辐射的黑体谱。彭齐亚斯和威尔逊观测到的微波背景辐射空间分布的高度各向同性是这种辐射的主要特征。故而COBE的这一发现比彭齐亚斯和威尔逊的工作更令人信服,确切地证实了大爆炸宇宙学模型。他们因此而获得了2006年诺贝尔物理学奖。 COBE还有更为重要的发现。宇宙微波背景辐射在大致上应该是均匀的,但是在这种单调的背景中也应该存在微小的变化,其幅度大约只有十万分之一,科学家称之为各向异性。目前公认的理论认为,这个温度涨落起源于早期宇宙的暴涨过程(Inflation)的量子涨落,正是这一原初涨落造成了宇宙物质分布的不均匀性,最终得以形成诸如星系团等的宇宙结构。 2003年以来威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,简称WMAP)对宇宙微波背景辐射的精确测量，于2006年初公布，由于WMAP的高灵敏度和高分辨率，它的高质量数据使几十个宇宙学参数可以定量地计算出来，也使宇宙学内原本存在明显分歧的不同领域得以协调，使宇宙学发展成为精确宇宙学与和谐宇宙学。这正是WMAP 的重大贡献,证明了COBE发现的意义。 此外，1998年通过超新星发现宇宙在加速膨胀,揭示了暗能量的存在;2000年Boomerang 和MAXIMA气球实验对宇宙微波背景辐射温度功率谱第一峰位置的测量揭示宇宙是平坦的;2002年DASI第一次发现宇宙微波背景辐射的极化;2003年以来斯隆数字巡天(SDSS)大尺度结构的观测等更坚实有力地支持了大爆炸宇宙学模型。 参考文献 [1]F riedman R M.The Po litics of Excellence(中译本:权谋-诺贝尔科学奖的幕后.杨建军译.上海科技教育出版社,2005) [2]G am ow G.Phys.Rev.,1946,70:572 [3]PenziasA A,W ilson RW.ApJ,1965,142:419 [4]Dicke R H,Peeb lesP J E,Roll P G et a l.A pJ,1965,142:414 [5]h ttp://arcad https://www.wendangku.net/doc/3713690506.html,/cm b_in tensity.h tm l [6]M ather J C et a l.ApJ,1990,354:L37 [7]B ennett C L.Natu re,2006,440:1126;http://m https://www.wendangku.net/doc/3713690506.html,/m_mm/m r_details.h tm l

宇宙微波背景辐射

宇宙微波背景輻射（又稱3K背景輻射）是一種充滿整個宇宙的電磁輻射。特徵和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同。頻率屬於微波範圍。 1934年，Tolman發現在宇宙中輻射溫度的演化裡溫度會隨著時間演化而改變；而光子的頻率隨時間演化（即宇宙學紅移）也會有所不同。但是當兩者一起考慮時，也就是討論光譜時（是頻率與溫度的函數）兩者的變化會抵銷掉，也就是黑體輻射 的形式會保留下來。 1948年，美國物理學家伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼估算出，如果宇宙最初的溫度約為十億度，則會殘留有約5~10k 的黑體輻射。然而這個工作並沒有引起重視。1964年，蘇聯的澤爾多維奇、英國的霍伊爾、泰勒(Tayler)、美國的皮伯斯(Peebles)等人的研究預言，宇宙應當殘留有溫度為幾K的背景輻射，並且在厘米波段上應該是可以觀測到的，從而重新引起了學術界對背景輻射的重視。美國的狄克（Dicke）、勞爾（Roll）、威爾金森（Wilkinson）等人也開始著手製造一種低噪聲的天線來探測這種輻射，然而另外兩個美國人無意中先於他們發現了背景輻射。

本圖並列了研究本現象不同時期的設備與成果。由上往下依序是彭齊亞斯和威爾遜時期，COBE 時期、WMAP時期和COBRAS/SAMBA時期。 1964年，美國貝爾實驗室的工程師阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜架設了一台喇叭形狀的天線，用以接受「回聲」衛星的信號。為了檢測這台天線的噪音性能，他們將天線對準天空方向進行測量。他們發現，在波長為7.35cm的地方一直有一個各向同性的訊號存在，這個信號既沒有周日的變化，也沒有季節的變化，因而可以判 定與地球的公轉和自轉無關。 起初他們懷疑這個信號來源於天線系統本身。1965年初，他們對天線進行了徹底檢查，清除了天線上的鴿子窩和鳥糞，然而噪聲仍然存在。於是他們在《天體物理學報》上以《在4080兆赫上額外天線溫度的測量》為題發表論文正式宣布了這個發現。不久狄克、皮伯斯、勞爾和威爾金森在同一雜誌上以《宇宙黑體輻射》為標題發表了一篇論文，對這個發現給出了正確的解釋，即：這個額外的輻射就是宇宙微 波背景輻射。 宇宙背景輻射的發現在近代天文學上具有非常重要的意義，它給了大爆炸理論一個有力的證據，並且與類星體、脈衝星、星際有機分子一道，並稱為20世紀60年代天文學「四大發現」。彭齊亞斯和威爾遜也因發現了宇宙微波背景輻射而獲得1978 年的諾貝爾物理學獎。 後來人們在不同波段上對微波背景輻射做了大量的測量和詳細的研究，發現它在一個相當寬的波段範圍內良好地符合黑體輻射譜，對應溫度大約為2.7K（近似為3K），並且在整個天空上是高度各向同性的，只是具有一個微小的偶極各向異性：在赤經

说宇宙背景辐射

说宇宙背景辐射 为什么说宇宙背景辐射的发现，为观测宇宙开辟了一个新领域？ 2018-05-13 15:23宇宙/大爆炸/辐射 1964年5月13日，美国天文学家彭齐亚斯和威尔逊在7.35厘米的波长上测到宇宙空间的各向同性辐射。这个现象后来被命名为宇宙背景辐射。那么，什么是宇宙背景辐射呢？ 1964年，美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊，在调试他们那巨大的喇叭形天线时，出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声。在天空中的任何方向上都能接收到这种噪声，各个方向上信号的强度都一样，而且历时数月而无变化。 这种噪声的波长在微波波段，对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波。他们分析后认为，这种噪声肯定不是来自人造卫星，也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源，因为在转动天线时，噪声强度始终不变。经过进一步测量和计算，得出辐射温度是2.7K，一般称之为3K宇宙微波背景辐射。 宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。 微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3%。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，存在过相互的联系。 文章中： 各向同性指物体的物理、化学性质不会因方向不同而有变化的特性，物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同。物理性质不随量度方向变化的特性，物体不同方向所测得的性能，显示出同样的数值。 宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。说明整个宇宙都是电磁粒子和电磁体物质。 辐射是指能量以电磁波或粒子的形式向外扩散，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。 宇宙的电磁力是波动的。宇宙的温度都是高于绝对温度零度，所以电磁粒子都会运动或者波动产生电磁波。 空气、物体都有吸收电磁波的性能，一些宇宙波会被空气吸收转换成为热能，没有吸收或者衰减没有为零的宇宙波就能传到地面上。 宇宙中充满了电磁粒子，那么所有的物质、物体都是电磁粒子组成的，电磁粒子在电磁场中受所有的力是电磁力，电磁力分为引力和斥力两种。一些地方引