《三体》里提到的宇宙微波背景辐射，到底是什么？来自137亿年前

最近，电视剧《三体》热播，引起了许多人的关注。凭借着小说的名气和电视剧的口碑，越来越多人开始关注它。

《三体》有很多经典语录，其中一句是：“整个宇宙将为你闪烁。”这里提到的闪烁，不是肉眼看到的宇宙在闪烁，而是宇宙微波背景辐射的闪烁。那么，究竟什么是宇宙微波背景辐射呢？它对于我们了解宇宙到底有多重要呢？

这件事还要从大约137亿年前说起，也就是宇宙大爆炸的那一刻。

根据现在的理论，我们的宇宙诞生于一次大爆炸。宇宙所有的能量，在当时都存在于一个没有体积的奇点之内。由于未知的原因，奇点发生了爆炸，释放了全部的能量，这就是宇宙的诞生。

在宇宙大爆炸的一瞬间，宇宙的温度达到了1.4亿亿亿亿摄氏度，这个温度又被称为普朗克温度。在膨胀的过程中，宇宙的温度也在下降，不过，这个降温的过程是很漫长的。

所谓的温度，只是我们在宏观世界感受到的一种现象，其本质是微观粒子的运动速度。在温度过高的时候，整个宇宙甚至连原子都没有，因为质子和电子的运动速度实在太快了，根本没有办法结合在一起。在那个时候，整个宇宙都被密集的、高温的亚原子粒子组成的等离子体迷雾所占据。在这样的环境下，光子无法自由传播，因此宇宙是朦胧的。

一直等到温度下降到足够低时，质子和电子才有可能结合。它们结合而成的原子不会因为汤姆孙散射的原理导致热辐射的散射，于是光子终于能够自由传播，这就是我们这个宇宙的第一道光。

说起来你可能不信，这道光经过137亿年的岁月，仍然在宇宙中传播，因此又被称为宇宙大爆炸的余晖。它能留到今天的原因很简单，因为这些光子并没有消失。

不过，它也不是毫无变化，随着宇宙的膨胀，这些光产生了多普勒效应，波长被拉得很长。根据天文学家的计算，它们已经被拉到微波的波段，因此这种现象被命名为宇宙微波背景辐射。

很多人认为，宇宙大爆炸理论纯粹是科学家胡猜的，其实不然。宇宙大爆炸的理论不仅是从宇宙膨胀的状态倒推出来的，还有像CMB这样的现象也可以作为宇宙大爆炸的证据。因此，自从被提出以来，CMB就成为了许多天文学家想要观测的重要对象。

天文学家从20世纪40年代就开始寻找CMB，花了差不多二十年的时间，但一直没有收获。

一直到了二十世纪六十年代，美国科学家阿诺·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。当他们进行调试的时候，发现得到的信号中始终有噪音在干扰。

两个人首先对天线的问题进行了排查，甚至还清除了天线上的鸟粪，结果发现，波长约为7.35厘米的微波噪声始终存在。他们最终得出结论，这种噪声并非是设备的问题，而是真真实实存在于宇宙之中的。

事实证明，他们发现的现象，正是天文学家寻找已久的宇宙微波背景辐射。他们分析后发现，微波噪声相当于3.5K，后来又订正为3.0K，因此CMB又被称为3K背景辐射。

该发现成为了二十世纪六十年代天文学四大发现之一，这两位科学家最终在1978年凭借本次发现获得了诺贝尔物理学奖。而提出CMB的预言的物理学家詹姆斯·皮布尔斯，一直到2019年才获得诺贝尔奖。

别说影响天线，CMB甚至能影响到我们的生活。三十岁以上的人应该还记得，以前的电视都是大脑壳的形状，并且播放的时候经常有雪花斑点。说起来你可能不信，这种雪花就和CMB有关。

可以说，CMB的发现再一次证明了宇宙大爆炸理论的正确性。不仅如此，它作为宇宙大爆炸的余晖，携带着大量的信息。因此天文学家一直对它进行详细的研究，试图了解我们宇宙的过去和未来。

我们知道，光子的能量和波长成反比。也就是说，当宇宙只有今天一半大的时候，光子的波长就是现在的一半，能量则是现在的2倍。137亿年前刚刚形成时，它曾经是高能的X光，如今也变成了低能量的微波。

按照这个理论进行推测，当宇宙只有今天0.092%的尺寸时，它的温度就是今天的1089倍左右，也就是3000K。这就是大爆炸后38万年，亦即宇宙微波背景辐射产生时的状态。超过这个温度，原子就会变成等离子态，导致光无法在宇宙中传播。

根据目前天文学家的理论，宇宙具有各向同性。也就是说，如果我们将尺度放到足够大的程度，那么朝任何方向看到的宇宙都是一样的。这是宇宙的一个特性，而不是说我们地球就位于宇宙的中心。

按照这个理论，CMB也应该具有各向同性。观测结果表明，CMB确实基本上符合各向同性，不过在基本均匀的基础上，也存在着大约5%的涨落。至于CMB的不均匀性，天文学家有不同的理论比如重子声波振荡等。

如果CMB真的像《三体》里说的，发生了如此巨大的波动，那真的就是颠覆整个宇宙的事件了，难怪剧中的研究人员会如此震惊。

到了今天，CMB已经成为了天文学家研究宇宙的最重要工具之一，可以帮助我们了解宇宙的温度、宇宙的膨胀速度等等。因此，世界各国也建造了不同的探测器，用以了解CMB，比如美国宇航局的宇宙背景探测者、威尔金森微波各向异性探测器以及欧洲航天局的普朗克卫星等。

随着人类对CMB的观测和了解越来越多，宇宙的历史也将越来越清晰地展现在我们面前。