宇宙微波背景辐射（大爆炸的残留辉光）如何继续照亮我们宇宙的诞生

BICEP2结果的宣布，显示了重力波可能出现在早期宇宙中的第一个证据，激发了科学家和其他所有人对宇宙学的兴趣。引力波可以以某种方式极化KMFI（大爆炸的残余辉光），而极化信号是位于南极的BICEP2探测到的。但是最新的数据来自普朗克望远镜，据他们判断，BICEP2的大多数结果不是由引力波解释的，而是由观察到KMFI的附近尘埃解释的。

我们需要等待来自BICEP2和普朗克的联合工作以及其他实验的其他数据，以便确定考虑了引力波的宇宙尘埃的比例。一件事很清楚：科学博客和新闻站点将跟踪新发现。本文是为了帮助有关KMFI宇宙学的新研究的未来文章的作者从KMFI的基础知识，它的形成方式和所能告诉我们的内容入手。本文的主题是KMFI的强度（我们将其称为温度），在下一篇文章中，我将更多地讨论极化。

故事

1964年，KMFI的第一个发现是偶然发生的。阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在贝尔实验室进行了一项实验，并使用气球作为反射器在两点之间传输微波通信。为此，他们需要确定是否有任何背景噪声会影响其测量。他们处理了几乎所有的噪声，除了一件事：2.73 K的均匀微波辐射，后来证明，在大爆炸之后38万年出现了。

自从发现（科学家于1978年获得诺贝尔物理学奖）以来，在地球和太空中进行的多次实验以越来越高的精度测量KMFI。1992年，Cosmic Background Explorer（CoBE）实验首次观察到辐射中的不规则现象-温度变化小，比2.73 K的平均背景温度小100,000倍。然后，Wilkinson微波各向异性探测器（WMAP）扩展了我们对不规则现象的认识在2003年和2013年，普朗克给出了迄今为止最准确的测量结果。新的实验不仅提高了温度测量的准确性，而且减小了误差的角度尺寸。

什么是KMFI？

在KMFI形成之前，宇宙的常见成分是光（光子），氢和氦原子核以及自由电子。（是的，仍然有中微子和暗物质，但又有一次）。由于自由电子带负电，因此它们在所谓的汤姆森散射中与光子相互作用。如果光子和电子相交，它们会像台球一样相互反弹。当时，光子具有很高的能量，并且宇宙的平均温度超过3000 K.该温度使电子保持自由状态，因为光子的能量超过了原子的电离能：将电子从原子中敲除所需的能量。与其保持附着在氢和氦的带正电原子核上，电子几乎立即被光子击倒。

这两种效应，即参与原子电离的光子，以及与电子相互作用的光子，都会导致重要的后果。相互作用的高频率意味着光子在再次与电子碰撞并改变方向之前不会飞得很远。想象一下，当前方车辆的大灯不可见时，由于水分子会散射光，因此在浓雾中行驶。在KMFI出现之前，宇宙就是这种情况-光被自由电子的雾完全吸收（他们经常谈论不透明的宇宙）。不透明度和Thomson散射的结合也使KMFI在所有方向上的温度均匀。

还已知在KMFI的均匀温度区域中应该有小的波动，因为相互作用的高频率表明无论物质存在于何处都存在光子。您可能已经听说过KMPI为我们提供了有关宇宙中暗物质含量的信息，或者KMPI的寒冷和炎热的地方或多或少地对应于密集区域-这就是原因。暗物质不会与普通物质发生相互作用，因此它能够聚集在密集的团块中，而光子则被自由电子的雾所阻挡。暗物质团的引力吸引了原子核和电子，以及光子。

我们在KMFI上观察到的光子温度波动直接告诉我们该物质位于130亿年前的位置。（而且如果您对宇宙学家能够记录KMFI的印象不满意，请知道观察到的温度波动比2.73 K小100,000倍-这些是微开尔文！）

同时，空间在扩大，光子波也在扩大。光子能量与其波长有关，长度越长，能量越少。最后，膨胀使光子拉伸，使它们的能量降到电离能以下。此时，电子与原子核结合并获得中性的氢和氦（以及其他一些东西），而光子则可能不受阻碍地传播。

中性原子形成的时刻称为重组，通常被称为将宇宙转变为透明原子。逃离了电子雾限制之外的光子可以朝最终到达地球和我们的KMFI传感器的方向传播！光子散射与中性原子形成之间的短暂时刻称为最后一次散射的表面。KMFI向我们展示了他。由于到目前为止，宇宙都是不透明的，所以我们实际上将看不到任何东西。

那么这些卡呢？

从KMFI分布图中提取信息的最佳方法是计算能谱，您可能在科普文章中遇到了其中之一。冷热区域之间的联系可能会令人困惑，但实际上，一切都很简单。

为了理解这种联系，我们转向一个简单的波形。您可以找到或绘制的任何非周期平滑波都有一个重要的数学特性：可以写成具有特定频率和振幅的许多不同周期波的总和。可以在真实空间中描述波，即在x和y轴上构建波。但这也可以通过谐波函数来描述，即建立对每个频率的振幅求和的频率依赖性。 gif显示了波之间的关系，如何将其划分为不同频率的总和以及它们与谐波函数的关系。对于接受过数学教育的人们，我们可以简单地说这就是傅立叶变换。

如果代替表面上的波，而是表示表面上的波，则将是KMPI-位于最后散射表面上的热点（峰）和冷点（谷）的图案。您可以将它们编写为不同模式的总和，而不是KMFI的温度波动的单个图像，每个模式都对应于特定模式或多极点。

KMFI的功率谱图显示了每种模式的强度，将它们相加后即可重现KMFI的图像。

宇宙学中功率谱的独到见解是，我们可以根据对宇宙的想法来预测其形式。宇宙学的标准模型称为LambdaCDM，即Lambda（暗能量）冷暗物质，对于大多数多极而言，它与KMFI的温度谱显着匹配。在最小的多极子中，有一些奇数，这里有很多奇数。

到目前为止，仅讨论了所观察到的KMFI的温度，但是光子也具有极化作用。由于光是电磁波，因此它具有相对于基本坐标系的强度和方向。定向的方向是偏振，这是黑眼镜挡住眩光的原因。它们滤除朝向同一方向的光波，通常是从平面反射回来的。KMFI的极化（有两种类型，E模式和B模式）以与温度波动相同的方式分解为功率谱。

这些光谱为我们早期的宇宙增加了更多的信息，也许他们甚至可以找到史前引力波存在的证据。但是可以吗？科学家正试图解决普朗克与BICEP2之间的这种冲突！

遗物辐射，第1部分：大爆炸的证据

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故事

什么是KMFI？

那么这些卡呢？

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