黑白电视的雪花看过吗？那你看到了138亿年前的宇宙创生之光！
火星科普2021-08-30 07:13
早些年的时候，电视普遍还是黑白的。在打雷或者设备维修，或者没有节目的频道之时，电视机变得没有信号，这时就会出现黑白色的雪花屏。令人不可思议的是，当我们看到这些雪花屏时，其实就看到了138亿年前的宇宙创生之光，见证了宇宙大爆炸，这到底是怎么回事呢？
长久以来，“宇宙如何创生？”，“时间如何开端？”，这些问题不断困扰着人类。有的人认为，宇宙压根不用创生，它本身就已经存在无限长的时间。还有些人主张，宇宙有一个时间开端。
这些争论直到20世纪初才有了一个较为明确的结果。当时，天文学家哈勃研究了宇宙中星系的光谱，结果有了十分意外的发现，它们大都出现了红移。根据多普勒效应，当光源远离我们而去时，我们接收到的光将会出现频率降低，波长变长，这就是红移现象。红移值越大，意味着远离速度越快。
因此，大部分星系都在远离银河系。只有最近的几个星系出现蓝移，这意味着它们在朝着银河系而来。更让他感到意外的是，如果把星系的红移值与距离画到坐标系中，将会发现两者呈现出线性关系。这意味着星系距离我们越远，退行速度越快，这就是著名的哈勃定律。
哈勃定律表明，宇宙正在膨胀。只有用整个空间结构在不断扩张，才能解释这种奇特的现象。空间膨胀，迫使其中的星系互相远离。星系之间相隔越远，它们之间的空间在单位时间下膨胀越多，所以它们互相远离的速度也会越快，即便它们本身并没有在空间中快速运动。
更进一步，哈勃定律还能得出一个极为重要的推论：宇宙有时间和空间上的开端。因为宇宙在膨胀，现在的宇宙要比过去的宇宙更大。如果回到过去的某个时间点，整个宇宙的空间为零，这样就回溯到了宇宙的开端。
现在的宇宙非常大，包含着大量的天体和能量。当回到时间的最初时刻，这些东西全部聚集在一起，宇宙就是从这样一个时空奇点的大爆炸中诞生。既然宇宙一开始很小，充满那么多的物质和能量，这意味着早期宇宙非常热，温度非常高。即便过去了很长的时间，这些热量也不会完全消散掉，它们一定会残留在如今宇宙的各个角落。
在1965年，彭齐亚斯和威尔逊两位射电天文学家在测试一架射电望远镜时，接收到了无法解释的背景信号。他们想尽各种办法来消除噪音，比如调整望远镜的朝向，仍然会接收到这种神秘的背景信号。
后来天文学家才意识到，这根本不是什么噪音，而是宇宙中最古老的光子，它们是宇宙大爆炸的余辉。根据宇宙大爆炸理论，宇宙在诞生后37.9万年，产生了第一批光子。随着空间膨胀，这些光子的波长被不断拉长，直至现在变成了微波。
微波是肉眼不可见的，只能通过天线来探测。这些古老光子均匀地散播在宇宙中的每个角落，各向同性，所以不管朝着哪个方向看到尽头，最终都会看到它们，这是通过电磁波手段所能探测到的时间极限。
天文学家把这些残留在如今宇宙中的最初光子称为宇宙微波背景辐射，根据测量，其温度只有2.73 K，也就是-270.42 ℃，这完全符合宇宙大爆炸理论的预测。通过精确测量宇宙微波背景辐射，可以算出宇宙目前的年龄为138亿年。
宇宙微波背景辐射的峰值在160.23 GHz，但频率也能低至100 Mhz。老式黑白电视机的调谐器可以接收7至1002Mhz的信号，所以能够接收到宇宙微波背景辐射。显示在雪花屏的宇宙微波背景辐射占比不多，只有1%，但这让我们确实看到了宇宙在138亿年前发出的第一缕光。
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