宇宙微波背景是大爆炸後最初幾年遺留下來的殘餘熱量，這是支援大爆炸理論的重要證據。

圖注：宇宙大爆炸

從理論上講，我們的宇宙始於大爆炸。 整個宇宙都聚集在極小的空間中，爆炸形成了我們現在在周圍看到的宇宙。 支援這一理論的最關鍵的證據之一，是仍然可以在空曠的太空中發現的剩餘輻射：宇宙微波背景。

宇宙微波背景

在夜空中，我們看到的是真實的空間。當我們觀察天空中的恆星和行星時，它們之間似乎有很大的距離，這個距離絕對沒有任何東西，只有黑色的空虛。

圖注：黑色的虛空

我們可以想象，如果我們探測了這種空虛，我們因該會一無所獲，但現實的情況違反我們的直覺。當探測物體之間的空間是否存在輻射時，它會顯示出微弱的微波靜電，我們的眼睛看不見這些微弱的微波。無論我們選擇在何處查詢，此靜態似乎都存在。無論我們排除多少干擾，它都會顯示微波模式，這與我們以前見過的任何干擾不同。

這種靜態微波模式被稱為宇宙微波背景（CMB），通常被認為是大爆炸所產生的剩餘熱量。

大爆炸理論與宇宙微波背景（CMB）

大爆炸理論是一個有關我們宇宙出現和進化的假說。根據這個理論，宇宙的起源可以追溯到過去一個有限的時間，在那裡，整個宇宙被擠進一個令人難以置信的高密度和溫度的空間。它被稱為宇宙的誕生的奇點，因為我們今天所知的宇宙定律隨著空間的膨脹而開始存在。

圖注：宇宙在初始階段非常緻密和炎熱

奇點之後，我們的宇宙經歷了不同的階段。最初，密度非常高，溫度太熱，物質的構建基塊無法形成。例如，在這些早期階段，宇宙的大小大約是今天宇宙大小的一億分之一，溫度比絕對零度高出2.73億度（絕對零度是理論上可能的最低溫度——零開爾文）。當時物質的密度同樣怪誕，與地球表面的空氣密度大致相同。

CMB是輻射，是宇宙嬰兒期巨大熱量的殘餘物。這種熱量沒有讓原子在早期形成，因此它們隨後被分解成光子和電子。因此，宇宙微波背景光子只是從電子中散開，光子漫無目的地遊蕩，因為"光在濃霧中徘徊"。

圖注：CMB 可追溯到大爆炸後的 380，000 年

宇宙降溫到足以使原子形成的程度，但是遊蕩的光子並未與氫原子相互作用，而是開始直線移動。宇宙變得更加透明，最後的光子在這個時候擊中了物質。距大爆炸發生了380,000年，我們知道這一點，因為當我們今天研究CMB時，它的歷史可以追溯到宇宙的不透明性開始輻射之後。

圖注：最後一次散射

這個時代也被稱為"最後的散射"，類似於我們如何透過空氣看到雲層，而不是透過密集的雲層。因此，宇宙學家可以遠遠地看到宇宙的開始，但只能在最後一次散射和宇宙的明顯不透明之後。

CMB被意外發現

1948年，美國宇宙學家拉爾夫·阿爾菲（Ralph Alpherin）首次預測了宇宙微波背景（CMB）。他和同事（羅伯特·赫爾曼（Robert Herman）和喬治·伽莫夫（George Gamow）透過對大爆炸核合成的研究，首次預測宇宙微波背景（CMB）的存在。由於天文學界對宇宙學並不十分感興趣，因此他們的預測當時並沒有獲得太大的關注。

隨後，在1960年代，理論上可以檢測到CMB，但直到1965年才終於“看到”它。阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）在為紐澤西州穆雷山的貝爾電話實驗室建造一個無線電接收機，以進行衛星通訊實驗，他們遇到煩人的輻射干擾。無論他們如何嘗試消除干擾，輻射都不會消失。很快，他們意識到他們所檢測到的是（當時只是理論上的）宇宙背景輻射，並撰寫了一篇論文發表了他們的發現。

圖注：阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）第一次發現宇宙微波背景。

亞諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）於1978年因偶然發現宇宙微波背景（CMB）而獲得了諾貝爾物理學獎。

宇宙微波背景（CMB）實用性

CMB不僅是宇宙大爆炸理論的主要證據，而且還是科學家瞭解宇宙早期狀態的有用工具。 這也歸因於其明顯的普遍性，因為在溫度均勻的所有區域中均能觀察到它，但是當用精密望遠鏡觀察時，它確實顯示出較小的波動。可以研究這些波動來測量理論引數，並瞭解星系和隨後大規模結構的起源。

宇宙微波背景（CMB）還使美國國家宇航局能夠拍攝宇宙的第一張“嬰兒”照。 1989年，美國國家航空航天局（NASA）啟動了宇宙背景探索器（COBE）任務，該任務繪製了第一張基於太空的全尺寸宇宙圖。

圖注：威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）探測到的宇宙微波。

2003年發射的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）於2003年對該地圖作了進一步詳細說明。它不僅給出了更詳細的地圖，而且還估計了宇宙的年齡為137.7億年，並進一步糾正為138億年。它使我們對宇宙的內容有了更清晰的瞭解，它由4％的原子，23％的未知型別的暗物質和73％的神秘暗能量組成。

隨著對CMB的進一步分析和研究，它肯定會繼續揭示我們對宇宙所鍾愛的更多問題！

在過去，以腳踏車‍♀️為主要交通工具的年代，氣筒是必不可少的輔助工具。如果我們壓縮空氣，不僅氣筒內空氣的密度會增加，其中的溫度也會上升。這是因為，對空氣的壓縮（打氣）會對筒內氣體做功，使筒內氣體分子的平均動能增大。

根據熱力學的能量公式，溫度的本質是關於離散的粒子平均動能的度量。因此，只要有溫度，就說明存在著由離散的粒子構成的物理背景即存在著物理空間，如水或空氣。而溫度的高低會受到粒子密度的影響。

1965年，美國科學家‍在除錯天文望遠鏡時，意外地發現存在著無法消除的無線電噪聲。當我們開啟電視，在沒有節目時，電視螢幕上出現的“雪花”，這就是無線電噪聲。

此時，另一組美國科學家根據星系的普遍紅移，推斷我們的宇宙始終處於膨脹的狀態。

於是，由不可再分的最小粒子即量子構成的物理背景——量子空間，會隨著宇宙的膨脹而越來越稀疏。

於是，早期具有高能的量子就會隨著宇宙的膨脹而降低能量，從而導致作為宇宙背景的量子空間的溫度大幅度下降。經過約140億年的膨脹，量子空間殘存的餘溫應該很低，約為絕對溫度5度左右。

這一科學的預言，與新發現的無線電本底噪聲相吻合。由此可以得出，我們的宇宙存在著約絕對溫度2.7k的背景溫度，該溫度被稱為宇宙的微波背景輻射溫度。

由於宇宙的微波背景輻射溫度在宇宙的各處都是一致的，其浮動的幅度不超過十萬分之一。由此說明，在我們的宇宙中，確實存在著由最小粒子構成的量子空間。而且，如此低溫，證明了宇宙的長期膨脹。其現有的體積遠大於宇宙膨脹之初的體積。

總之，宇宙微波背景輻射溫度的被發現，進一步證明了宇宙的膨脹。如果我們回放宇宙的演化過程，就會很自然地得出宇宙起源於炙熱奇點的大爆炸。

由此，也說明宇宙的膨脹，僅只是其中無數個最小粒子之間的距離在不斷地加大。作為物質的基本粒子，只是宇宙快速膨脹的產物，而不是宇宙膨脹的主體。

宇宙微波背景輻射是大爆炸學說有力的證據之一。

根據大爆炸理論的推測和計算，大爆炸所產生的餘溫會一直延續到100多億年後的今天，也就是說大爆炸時會產生相當高的輻射溫度，但隨著空間的膨脹，這個溫度在不斷的下降，而在100多億年後，會下降到只有幾K的水平。

這是大爆炸理論提出的，而直到20世紀60年代，人們終於在對宇宙的觀測中發現了這種背景噪音。當人們排出了各種天體所產生的噪音後，發現這種輻射溫度在3K的背景溫度，這是均勻存在於宇宙空間的，無論你向任何方向觀看，都會探測到相同的輻射溫度。

今天我們可以精確測量這個數值為2.72548±0.00057K，這就是大爆炸過後約138年時殘留下來的溫度，這個觀測數值與大爆炸理論的預言高度吻合，因此也證明了這個理論的正確性。

而目前宇宙依然在膨脹之中，而這個背景輻射溫度也會繼續降低下去，大約數百億到1千億年後，這個輻射的波長會繼續被拉長，輻射溫度接近0K，那時如果有生命體的話，可能就很難推斷出宇宙的起源了。因為那時空間更大，天體間的距離也更遠，可以觀測的資料也會減少。

遇事不決，量子力學，量子君來回答這個問題。

簡單說，宇宙微波背景輻射的發現，成了宇宙大爆炸學說的有力證據。

宇宙大爆炸

在上世紀30年代，科學家們認為宇宙形成之初，所有物質應該出在高密度的狀態。隨後伽莫夫提出，宇宙誕生時是高溫高密度，宇宙形成的初期稱為“宇宙大爆炸”，這種高溫狀態必然會產生輻射。隨著宇宙的不斷膨脹，宇宙內部溫度降低，輻射的能量也不斷減少。

什麼是宇宙微波背景輻射？

1964年，美國貝爾研究所的兩名射電天文學家，在測定銀河系氣體射電強度時有了一個偶然的發現，他們發現無論如何調整測量儀器，總是有一部分未知的噪聲出現。這表明這部分噪音存在於宇宙的各個方向，這就是是宇宙形成初期所發出的輻射，所以被稱為宇宙微波背景輻射，這項發現獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。

在地球上測定宇宙微波背景輻射，會受到大氣層的干擾，這對精確測定造成了困難。1989年，人類發射的COBE衛星，在太空中測定結果確認是宇宙背景輻射的存在，並精確其溫度為絕對溫度2.725K，該項工作獲得2016年諾貝爾物理學獎。

隨後發射的WMAP衛星繪製了更為精確的宇宙全景微波輻射影象，測量宇宙的年齡，給我們描繪出宇宙初期形態，並在2003年釋出宇宙的組成為：約70%的暗能量，25%的暗物質和5%的普通物質，提供更精密的資料來支撐著宇宙大爆炸理論。

宇宙到底是如何產生的，我們也沒法回到130多億年前，去觀察當時到底發生了什麼。現在更是無法在地球上模擬這個實驗，宇宙微波背景輻射就是宇宙初期留下的歷史遺蹟，讓人類可以猜想宇宙誕生的奧秘。