每日聚焦：三体中的3K眼镜，为什么能看到宇宙微波辐射？

2023-04-08 08:13:35 来源：科普中国

苟利军

大家好，我是国家天文台的苟利军。今天我给大家介绍一下三体小说当中的三K眼镜。

(资料图)

在小说当中，戴上眼镜就可以看到宇宙的微波背景辐射。我们先介绍一下宇宙微波背景辐射。它到底是什么？宇宙微波背景辐射是来自于宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，它是我们宇宙大爆炸时候所产生的遗迹。我们知道我们的宇宙产生于138亿年前的一次大爆炸，爆炸之后火球膨胀，然后就慢慢的冷却。在爆炸之后的38万年起，因为温度下降，电子和原子相结合，宇宙在这个时候就变得透明了。而此时的宇宙的平均温度是达到了3000开尔文。而产生的光子就向外辐射之后，宇宙继续膨胀，温度逐渐降低，一直到了我们现在所知道的3开尔文左右。

需要说明的是，开尔文也是一个温度单位，我们日常所用的单位就是摄氏度，这两个单位之间有一种线性转化的这种关系，相差273.15，也就是我们经常说的0摄氏度，也就是结冰的时候，如果用开尔文为单位的话那就是273.15开尔文。而且我们现在的理解，开尔文的零度就是绝对零度，在这个时候，所有物体，包括原子分子的运动都会停止。所以我们可以看到宇宙从早期的温度很高，逐渐的降低到现在的2.73开尔文。当然我们也可以用相应的波长来表示，只是物理学家会觉得温度更为方便而已。

宇宙微波背景辐射相关的研究曾经获得过两次诺奖。20世纪60年代初的时候，美国科学家彭吉亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度号角式接收天线系统。在1964年的时候，他们为了降低噪声，甚至清除了天线上的鸟粪，但是依然有消除不掉的厘米波背景噪声，他们认为这些来自于宇宙的波长，为7.35厘米的微波，相当于3.5开尔文。在1965年的时候，他们又修正为三开尔文，并将这一发现了公诸于世。为此，他们获得了1978年的诺贝尔物理学奖。而之后美国的卫星对微波背景辐射做了一个精确的测量，2006年的时候获得了诺奖。

我们知道宇宙微波背景辐射的温度大约是2.73开尔文，微波也就是我们经常所说的无线电波波段，所以我们的肉眼是直接看不到的。我们现在必须要通过合适的探测器来探测它。在三体小说当中，观众在夜里戴上这种眼镜，就能够亲眼看到宇宙的散开背景辐射，也能够看到宇宙闪烁。其实到目前为止，我们还都没有实现这样的技术，不过文中描写的只是一种想象而已。因为在这个频段上我们还是有一些其他的信号，比如说我们最早发现宇宙微波背景辐射时，这种辐射仅仅是相当于噪音所发现的。所以即使我们戴上这样的眼镜，我们也是很难直接看到宇宙的微波背景辐射信号。

关于三K眼镜先就和大家聊这些，有机会再和大家聊一些其他相关的科学知识。

本文为科普中国·星空计划扶持作品作者：苟利军

审核：韩文标

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