宇宙诞生于6543.8+038亿年前。为什么还能看到微波辐射？

宇宙诞生至今已有6543.8+038亿年。在我们的哈勃体积中，仍然可以看到大爆炸留下的微波辐射，非常均匀。如果地球不是宇宙的中心，为什么？宇宙的其他地方会看到同样的微波背景吗？随着宇宙的膨胀，未来微波背景会消失吗？今天就来说说这些问题吧！

首先，让我们回忆一下宇宙的历史。

人类探测到了宇宙的微波背景，这是一件了不起的事情。这个故事开始于宇宙大爆炸，或者说，宇宙大爆炸！

大爆炸是指宇宙在大约6543.8+038亿年前首次出现膨胀状态的时间，其中所有的能量都是空间本身固有的，在膨胀结束时，这种真空能量转化为物质、反物质和辐射。我们可以把宇宙的膨胀状态想象成一个不稳定的量子场，就像山顶上的一个球，然后滚下山坡，进入山谷。

当球在山顶时，宇宙中只有真空能量，空间本身呈指数膨胀。当球滚进山谷时，膨胀的状态结束，开始来回振荡，空间能量开始转化为物质、反物质和辐射:这个过程叫做再加热。我们所说的“热爆炸”就这样诞生了。一小部分真空能量被永久锁定在太空中，这就是所谓的暗能量。

暴胀结束后，宇宙继续膨胀，但由于宇宙充满了物质、反物质和辐射，无法长时间保持非常大的膨胀速度。广义相对论中，膨胀率与宇宙的能量密度有关，即单位体积有多少能量。

如果宇宙中的能量只是空间本身固有的能量，随着宇宙的膨胀，只是制造了更多的虚无空间，而能量密度不变。但现在宇宙中存在物质，它会随着宇宙的膨胀而稀释(变得不那么致密)。除了物质，还有辐射。在辐射的情况下，光的波长也会随着空间的碰撞而延长，辐射的能量取决于它的波长，这就是为什么宇宙不仅密度会降低，而且随着时间的推移会变冷。

当空间碰撞物质密度减小(L)时，空间碰撞的辐射密度不仅减小，而且波长变长(R)。

随着宇宙的膨胀和冷却，从热的、稠密的、均匀的、快速的膨胀状态到冷的、稀疏的、块状的、缓慢的膨胀状态，在这个过程中发生了大量的重要事件:

在宇宙的最高能量下，自然界的基本对称性被打破，使得物质多于反物质，产生了粒子静止质量这样的东西。宇宙继续冷却，因此光子能量减少，物质/反物质对的自发形成停止。多余的反物质湮灭，剩下物质，它与光子的比例是:每654.38+0.4亿个光子对应654.38+0个物质粒子。相互作用的强度和速度显著下降，足以使中微子停止与宇宙中的其他一切物质相互作用。光子的温度下降到足以使第一个稳定的原子核形成而不会立即爆炸。温度进一步下降，从而可以稳定地形成中性原子。之后，过密区域发展成为恒星、星系和星系团，形成了我们今天看到的宇宙，由于不断膨胀，光子能量持续下降。微波辐射的起源

倒数第二步(中性原子的形成)是宇宙微波背景(CMB)的起源。在此之前，所有的原子都是电离的，这意味着它们只是带正电荷的原子核和自由电子，沐浴在光子的海洋中。但是光子和电子的散射截面非常大，这意味着它们可以在很大范围内频繁反弹。光子无法穿透这些带电粒子。

只有当宇宙冷却到中性，光子不再遇到自由电子，而是开始遇到中性稳定的原子。因为中性原子只吸收某些频率的光子，而现有的大多数光子都不在这些频率，所以这些原子对宇宙中的所有光子都是透明的！

CMB发射前的电离等离子体(L)，然后跃迁到中性宇宙(R)，宇宙开始对光子透明。

因为宇宙从一开始到我们诞生，膨胀冷却的时间太长了，这些最终自由传播的辐射光子在哪里？它们不会就这么消失了，所以我们意识到一个事实，在我们周围的区域，大爆炸产生的所有光已经从我们身边经过了654.38+038亿年。

而所有的恒星、星系、大型结构、气体云和空间都在数千、数百万、数十亿甚至数百亿光年之外，它们的CMB光很久以前就从我们面前穿过了。

为什么还能看到均匀的微波背景？

以地球为中心的对数宇宙观。

现在回到原来的问题，还是可以看到CMB的。在我们看来，它(今天)相当于一个大约453亿光年外的表面。

我们仍然可以看到宇宙微波背景辐射，温度在各个方向均匀波动的事实告诉我们一个非常重要的事实:从我们的角度来看，大爆炸是在半径至少为453亿光年的空间区域的任何地方同时发生的。也就是说，我们哈勃体积内的任何地方都经历过大爆炸的状态。

宇宙微波背景辐射不仅各个方向都可见，而且各个方向的温度都相同，这个事实告诉我们，在一个膨胀的宇宙中，可观测的宇宙体积一定至少增加了10-29米(不到质子体积的一万亿)。

我们今天看到的宇宙部分，一开始可能比10-29米的尺度要小，但暴胀后初始小空间的膨胀可能远大于10的22倍；这个没有上限。换句话说，真实的宇宙在膨胀后可能是无限的。

当我们观察宇宙的微波背景时，它的均匀性不同于它的小尺度，小振幅波动和宇宙的任何区域看起来没有任何不同。(宇宙不呈现闭合曲率)。只有从这一点出发，我们才能得出这样的结论:从我们的角度来看，大爆炸必定同时发生在一个大区域的任何地方。这样一来，无论多久，以我们地球为中心的哈勃体积，都会一直沐浴在宇宙大爆炸的低温辐射中。

如果我们把它与我们可观测的宇宙联系起来，暴胀理论给了我们一个暴胀持续时间和范围的下限。宇宙微波背景之所以还存在，是因为大爆炸发生在宇宙暴胀末期，发生在一个非常大的区域，这个区域至少和我们观测到的宇宙微波背景一样大。而且很有可能这个真实区域要大得多，以至于宇宙中任何地方的观测者看到的CMB都大致相同。未来我们还会继续看到它(虽然红移远了一点，但能量不会消失)直到任何遥远的未来，只不过微波辐射会与无线电波段发生碰撞。