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普朗克 當(dāng)我們說宇宙背景輻射的溫度是3K時，意味著什么？

任何有內(nèi)能的物體（溫度不是絕對零度，或者0 K）都會通過電磁波（光）的形式向外輻射能量。黑體輻射能量隨波長的分布可以用普朗克(Planck)輻射函數(shù)表示。將輻射強度隨波長的變化繪制到圖上，我們可以發(fā)現(xiàn)，最強輻射的波長與溫度有關(guān)，溫度越高，最強輻射的波長越短。從普朗克方程所得的這一規(guī)律稱作維恩（Wien）位移定律。此外，隨著溫度的升高，所有波長的輻射強度都會增加。
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這樣的現(xiàn)象你可以從加熱一根鐵棒的過程中感受到。一開始，鐵棒的所有輻射都處于紅外波段（一種波長太長，以至于人類無法看到的光）內(nèi)。隨著鐵棒的溫度升高，它發(fā)出的電磁波的波長進(jìn)入到可見光范圍，鐵棒開始慢慢變紅。隨后，最強輻射的波長越來越短，你可以依次看到鐵棒從橘黃色變成黃色，最后變成白色。故而通過分析波長光譜，可以計算物體的溫度。黑洞附近溫度極高，最強輻射的波長極短，屬于X射線的范圍內(nèi)。像我們的太陽這樣的恒星，輻射的能量主要在可見光區(qū)域，而像行星這樣溫度較低的物體則發(fā)射不可見的紅外輻射。
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圖解：普朗克定律描述的黑體輻射在不同溫度下的頻譜
宇宙大爆炸產(chǎn)生的極端高溫釋放了強烈的、波長非常短的輻射，之后隨著宇宙的冷卻，這些極端的輻射變成了微波（這也可以解釋為，隨著宇宙的膨脹，輻射的波長不斷伸長）。微波的波長甚至比不可見的紅外線都要長，位于射電望遠(yuǎn)鏡的觀測波段范圍內(nèi)，這使得它們可以被射電望遠(yuǎn)鏡捕捉到。現(xiàn)在，宇宙大爆炸遺留下來的“背景輻射”可以從各個方向觀測到，將觀測到的宇宙背景輻射的輻射強度隨波長的變化繪制成圖，你會發(fā)現(xiàn)，它與溫度在2K到3K之間時的黑體輻射曲線相匹配。
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簡單的回答是，這是實驗者在測量宇宙微波背景光子的波長(通過名字不難猜到，測量的輻射多位于微波波段)。通過以下式子，可以通過輻射的波長計算得到光子能量：E=hc/ λ。
補充信息：
E為光子能量
為波長
c為光速，c=3.0×〖10〗^8 m/s
【 普朗克|當(dāng)我們說宇宙背景輻射的溫度是3K時，意味著什么？】h為普朗克常數(shù)，h=6.63×〖10〗^(-34) Js
根據(jù)以下式子將波爾茲曼（Boltzmann）常數(shù)k代入，可以通過光子能量算得輻射體的熱力學(xué)溫度。
k=1.38×〖10〗^(-23) J/K=8.62×〖10〗^(-5) eV/K
因此，當(dāng)宇宙學(xué)家談?wù)摴庾拥摹皽囟取睍r，他們基本上是在描述該溫度下光子攜帶的效能量。
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談及溫度這個關(guān)鍵的變量，必須強調(diào)的一點是，并非每個來自宇宙背景的光子的溫度都是2.7K。事實上來自宇宙背景的粒子的能量（或者溫度）涵蓋了非常大的取值范圍，然而，根據(jù)維恩位移定律，宇宙背景的輻射波譜正是2.7K的黑體的輻射能量的光譜：λ_max=2.90×〖10〗^(-3) T（m/K）
2.7K的黑體的輻射峰值所在的波長為：λ_max=7.92×〖10〗^(-3) m。
這正是實驗人員觀察到的宇宙背景輻射波長。
但這并不是說來自宇宙背景的光子的溫度都是2.7K的，而是它們整體看上去好像是一個2.7K的黑體發(fā)射出來的光子。
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宇宙背景輻射是一個來自宇宙大爆炸的電磁輻射，它來自于我們所觀察到的光譜區(qū)域，宇宙微波背景是其成分之一。宇宙微波背景是紅移的光子，從宇宙剛剛開始變得稀薄、輻射能量的時候就在宇宙中自由地散播了。宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)和對其性質(zhì)的詳細(xì)研究被認(rèn)為是大爆炸的主要例證。宇宙背景輻射的發(fā)現(xiàn)表明（1965年偶然發(fā)現(xiàn)的），早期宇宙是一個極高溫度和壓力的輻射場。
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蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)（Sunyaev-Zel'dovich effect）是指宇宙背景輻射與“電子云”相互作用，扭曲輻射的光譜的現(xiàn)象。
在紅外波段、X射線波段同樣也存在宇宙背景輻射，它們形成的原因各不相同，有時候可以分解成獨立的輻射源。點擊可以查看宇宙紅外線背景輻射、宇宙X射線背景輻射、宇宙中微子背景及河外背景光等信息。
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. Brent Nelson- physlink

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