微波背景辐射.PPT

宇宙微波背景辐射 ——应物82 李凯龙简介 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。 产生于大爆炸后的十万年。 显示了自大爆炸之后，宇宙在不断冷却的事实。 预测 1934年，托尔曼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。 1948年，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。 1964年，苏联的泽尔多维奇、英国的霍伊尔、泰勒、美国的皮伯斯等人的研究预言，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。 发现 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。 进一步的研究 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探索者测量到的结果，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。 这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。 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。