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老式電視的雪花為什麼能證明宇宙大爆炸?與宇宙微波背景輻射有關

80、90後在小時候, 已經少不了電視機的陪伴。 老式的黑白電視機是主流, 這種電視機通常帶有兩根長長的天線, 可以接收電視節目, 甚至還能接收到領居家播放的碟片。

如果把老式電視機轉到沒有節目的頻道, 或者每週二下午檢修的時候, 就會出現滿屏的黑白雪花, 並且還伴隨著滋啦滋啦的聲響。 這個雪花的來歷並不簡單, 在美國宇航局(NASA)官網上刊載的一篇文章指出, 老式電視機的雪花竟然可以證明138億年前的宇宙大爆炸, 我們小時候都曾見證過。 這究竟是為什麼呢?

關於宇宙大爆炸, 要從愛因斯坦說起。 1915年, 愛因斯坦創立了廣義相對論, 這是比牛頓萬有引力定律適用范圍更加廣泛的引力理論。 根據廣義相對論, 物質和能量會導致平直的時空發生彎曲, 一切事物的運動都會沿著彎曲空間前進, 由此會產生引力效應。

如果把廣義相對論用於描述整個宇宙,

結果就會得出一個令當時科學家出乎意料的結論——宇宙空間要麼正在膨脹, 要麼正在坍縮, 而不會像此前人們所普遍認為的那樣, 宇宙空間是一成不變的。

1929年, 哈勃通過測量銀河外星系的紅移值和距離, 發現宇宙中的星系很少有藍移的,

這意味著很少有星系在靠近銀河系, 絕大部分都在遠離。 不僅如此, 星系的退行速度正比於距離。

哈勃的發現直接證明了宇宙空間正在不斷膨脹。 儘管宇宙中的星系沒有以很快的速度運動, 但由於空間自身結構的擴張, 使其在足夠遠的地方看來, 將會以很快的速度退行。

這就好比一個氣球上的兩個點, 即便它們在氣球上不動, 但隨著氣球的膨脹變大, 它們之間也會互相遠離而去, 並且遠離速度會隨著距離的增加而變快。 只要把氣球表面想像成三維的空間結構, 氣球上的點想像成星系, 即為宇宙的膨脹方式。

哈勃紅移不僅證實宇宙在膨脹, 而且還能得出一個更重要的結論, 宇宙有一個起源。 不斷往回反推時間, 宇宙會變得越來越小。 直到時間的開端, 整個宇宙將會縮小為一個無限小的奇點。 由此可知, 宇宙是從一個奇點中創生的。

既然最初的宇宙非常小, 那麼, 聚集著極高密度的物質和能量的早期宇宙一定非常熱。 即便空間膨脹了非常久, 當年的熱量也不會完全消散掉, 一定還會有殘留的熱量, 均勻地分佈在整個宇宙中, 這被稱為宇宙微波背景輻射。

1965年, 物理學家在檢修一臺接收微波的天線時發現, 無論怎麼處理, 都會有一個奇怪的信號, 它不會隨著時間而發生變化, 也不會隨著天線朝向的變化而改變。 最終證實,這正是理論預言中的宇宙微波背景輻射。

通過NASA普朗克衛星傳回的精確測量資料,宇宙目前的平均溫度僅為2.725 K,即-270.425 ℃,只比宇宙最低溫度絕對零度高出3度不到。基於宇宙微波背景輻射的資料,還能測出宇宙大爆炸的發生時間為138億年前。

138億年前,宇宙從緻密熾熱的奇點中誕生,隨著空間膨脹,宇宙逐漸變冷。38萬年後,宇宙變得足夠冷卻,光子不再被耦合,它們均勻地散播到整個宇宙中。

時至今日,這些宇宙最古老的光子還在宇宙中持續傳播,源源不斷地到達地球,並且被老式電視機的天線接收到,成為雪花的一部分。如果排除掉雪花中的所有干擾,最後無法消除的1%要歸因於宇宙微波背景輻射。從某種意義上來說,我們其實親眼見證過138億年前那場「開天闢地」的宇宙大爆炸。

最終證實,這正是理論預言中的宇宙微波背景輻射。

通過NASA普朗克衛星傳回的精確測量資料,宇宙目前的平均溫度僅為2.725 K,即-270.425 ℃,只比宇宙最低溫度絕對零度高出3度不到。基於宇宙微波背景輻射的資料,還能測出宇宙大爆炸的發生時間為138億年前。

138億年前,宇宙從緻密熾熱的奇點中誕生,隨著空間膨脹,宇宙逐漸變冷。38萬年後,宇宙變得足夠冷卻,光子不再被耦合,它們均勻地散播到整個宇宙中。

時至今日,這些宇宙最古老的光子還在宇宙中持續傳播,源源不斷地到達地球,並且被老式電視機的天線接收到,成為雪花的一部分。如果排除掉雪花中的所有干擾,最後無法消除的1%要歸因於宇宙微波背景輻射。從某種意義上來說,我們其實親眼見證過138億年前那場「開天闢地」的宇宙大爆炸。

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