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宇宙的最黑暗时代,人类认知的空白,宇宙历史的断代史

时间:2020-03-21 12:23:16 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

(《[宇宙诞生日记》)有很多内容。我们将以系列形式介绍它。这是第二阶段。长度很长。如果你不能一次读完,建议你先把它收集起来,然后再读。感谢您阅读本文!)

“起初,上帝创造了天地地球是空的,混沌的,深渊是黑暗的,上帝的灵在水上运行。上帝说,“让光存在吧。”所以有光”

这是《圣经》中创世纪的开始。虽然它来自神学,但它仍能启发科学。至少神学和科学在这一点上达成了共识:光是宇宙中最重要的“元素”。

寻找最早的光长期以来,科学家们一直致力于寻找宇宙中的第一束光,即“上帝创造的最早的光”通过哈勃望远镜,我们已经看到了133亿光年以外的星系,也就是133亿年前的星系,这是我们所见过的最遥远和最早的星系。距离133亿光年的

是如何产生的?事实上,我们在“科学有意义”系列的专栏中介绍了它,今天,它又是天体的红移。简而言之,这就是多普勒效应从天体传输到地球的光本质上是电磁波。因为波源离我们很远,波长会更长,产生红移光谱。通过红移值z(计算如下,其中λ是观察到的波长,λ0是原始波长;f是观察到的频率,f0是原始频率),可以推导出这些天体的距离。

很容易知道,当z=0,λ=λ0时,也就是说,这个点位于我们脚下,所以离我们的距离也是0,说白了,地球,或者太阳系(甚至银河系)根据这一红移,科学家计算出该星系的距离为133亿光年。

根据科学家目前的研究,根据普朗克卫星校正,宇宙的年龄被认为是138.2亿年。也就是说,在这个星系出现之前,宇宙也经历了5.2亿年左右

那么,我们能继续发展望远镜观测技术,继续观测很久以前的宇宙吗?

很难也许吧,但这是有限度的。换句话说,无论我们使用多大的望远镜,只要不是革命性的技术升级,我们都无法看到当时的宇宙。

这是当然的,距离越远,看起来就越困难。此外,由于宇宙正在膨胀,这也增加了观察的难度,它的亮度将按照(1+z) 2的规律衰减对于哈勃太空望远镜来说,对红移为7的物体的观测已经基本达到了极限。这个距离的物体大约是宇宙诞生后的5.2亿年。

是相当奇怪的,虽然我们目前不能观察到红移为7的宇宙,但我们仍然可以观察到红移为1100的宇宙。虽然红移的差异似乎被夸大了,但时间间隔也很好。1100的红移发生在大爆炸后大约38万年这是由于宇宙微波背景辐射的贡献,它使我们能够看到最原始的宇宙。

因此,我们在这个中间宇宙阶段看不到任何东西,也就是说,在大爆炸后380,000到520百万年(也就是说,z在7和1100之间)

是宇宙的黑暗时代

宇宙的黑暗时代

正如我们前面说过的,当宇宙刚刚形成时,天太热了,到处都是“热锅上的光子”,他们根本感觉不到轻松。随着宇宙的膨胀和温度的降低,它们最终会“平静下来”重子开始结合,形成氢原子(约占92%),剩下的是氦,只有非常少量的氘和锂,没有更重的元素

当所有的原子结合在一起时,宇宙突然变得“愚蠢”:我生命中还想要什么?粒子都是诚实的,我应该平静地度过我的晚年吗?

我们知道原子作为一个整体是不带电荷的,电子安全地围绕着原子核。在氢原子的周围,仍然有氢原子,氢原子和无数的氢原子是一样的(当然这不一定是严格的,但很容易理解)每个人都很稳定,“井水不犯井水”

,正如我们所说,原子既不带电也不发光,什么也不做,吸收也不发射谱线。在这种情况下,整个宇宙陷入了沉默。正是因为这个原因,我们在这个时期看不到任何来自宇宙的光。更不用说可见光了,甚至红外线、微波和其他电磁辐射都无法探测到。

比包大人还要黑

也许宇宙不想虚度一生,证明它不是一个肤浅的宇宙

但是,每个人都是黑人,都是真正的黑人

黑暗中的黄昏

是所谓的“银总是会花,原子总是会发光”,这些氢原子毕竟还是给我们留下了线索黑发的宇宙终于褪去发际线,露出一点“光”...

,从原子结构开始我们知道氢原子的本质是电子和质子质子和电子本身不断旋转,称为自旋。它们的自旋有两个方向(我们使用正和负表达式),所以它们的相对状态有两种,要么是同一个方向,要么是相反的方向。

在宇宙的黑暗时代,一半的氢原子是同方向的质子-电子组合,另一半是相反方向的质子-电子组合。然而,这两种粒子似乎喜欢“互相争斗”。在前一种情况下,电子会在很长一段时间内翻转(实际上是一种跃迁),变成与质子自旋方向相反的状态。在这个过程中,能量将被释放,光子将被释放。这个光子的波长是21厘米,所以它叫做21厘米线,也叫做氢线。对科学家来说,

是“不幸中的幸事”,给那个黑暗时代带来一丝曙光。因为这种波长的光(尽管由于宇宙膨胀引起的多普勒效应,氢线波长的一部分被拉至2米)属于微波范围,它可以很好地进入地球大气层并被我们探测到。

跃迁的概率实际上很小,只有每秒2.9× 10 15。转换后,每个电子翻转平均需要1100万年。幸运的是,宇宙中原子的时间和数量仅仅相当于15的幂吗?因此,仍然有足够的观察对象让我们了解黑暗时代。

优秀观察点

然而,这条氢线不太容易观察首先,我们必须有足够强大的设备。尽管人类已经建造了大量的望远镜,事实上每个望远镜都使用不同的原理来观察宇宙。为了观察宇宙的黑暗时期,我们必须有收集微波的望远镜。其次,我们还需要屏蔽各种因素造成的干扰,如地球磁场,这样我们就可以清楚地看到这些谱线。最适合

的地方是在月亮的背面。由于背对地球,月球的背面几乎完全被它巨大的身体保护着,避免了地球磁场的干扰。因此,月球背面一直是天文学家梦寐以求的观察地点。

巧合的是,月球背面有一个探测器——嫦娥4号然而,负责探索黑暗时代的并不是它本身,而是它的伙伴,中继星喜鹊桥。在

喜鹊桥上有两颗小型实验卫星,可以从宇宙深处收集微弱的信号。与此同时,嫦娥四号还搭载了一个接收器,与喜鹊桥相配合,获得了观测宇宙黑暗时代的干扰效果。中国科学院空间科学与应用研究中心主任吴季表示,中国将在月球轨道部署一个“卫星编队”,以充分探索宇宙的黑暗时代。除了我们国家,美国自然也有这个决心早些时候,他们开始考虑在月球背面建立一个大型观测系统,称为“黑暗时代月球干涉仪”(Dali)——一个跨度为48公里、由数十万根天线组成的巨大望远镜。然而,目前,该计划尚未正式开始实施

现在我们知道宇宙并没有一直保持沉默尽管在黑暗中度过了数亿年,宇宙仍在慢慢苏醒并点亮。那么,宇宙是如何“复活”的呢?在第三期《宇宙诞生杂志》中,我们将为每个人回答这个问题。如果你感兴趣,请点击关注,在第一时间阅读下一篇文章,你还可以获得更多有趣的知识,谢谢你的支持!

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