为什么能断定微波背景辐射来自宇宙大爆炸

大爆炸理论断言，在宇宙诞生初期，宇宙中的光辐射具有一种特定的能量分布，称为“黑体辐射”。黑体辐射是物质吸收和产生电磁辐射的理想情况。如果某种物质能够吸收照射在它上面的全部辐射，而不产生透射和反射，就被称为黑体。例如，在常温下黑炭、煤烟等物质能吸收几乎全部可见光，因此呈现黑色，可以近似地看作理想黑体。黑体不仅吸收光子，本身也可以辐射各种不同能量的光子，其辐射的光子能量分布与黑体的温度有关。德国科学家普朗克在假定辐射具有量子性的情况下，从理论上推导出了理想黑体产生的辐射能谱。宇宙诞生初期的辐射就应是极高温时的黑体辐射。

最后散射面示意图

大爆炸后，宇宙不断膨胀冷却，但宇宙早期黑体辐射的能量分布模式却保留了下来，在今天依然是黑体辐射能谱，只是辐射能谱的特征从高温黑体谱变成了低温黑体谱，最大亮度处的波长移到了微波波段。1989年发射升空的COBE卫星通过远红外线游离光谱仪（FIRAS）的实验，精确测定了宇宙微波背景辐射的能谱，证实其确实是非常理想的黑体谱。如果宇宙微波背景辐射不是来自宇宙大爆炸，而是（比如说）由于大量恒星产生的辐射被尘埃吸收后再以微波的形式辐射出来，那么它就不可能如此精确地呈现出黑体辐射谱。因此可以断定微波背景辐射来自宇宙大爆炸，这也是宇宙大爆炸的又一个证据。由于这一成就，FIRAS的负责人约翰·马瑟荣获2006年度诺贝尔物理学奖。（陈学雷）

不同温度的黑体谱

COBE卫星测量的宇宙微波背景辐射能谱

【微博士】最后散射面

仰望多云的天空，你看到的是什么？是离你最近的那层云。在这层云之上的光线是无法直接到达地面的，必须经过与云层中粒子的多次碰撞（散射），才能进入眼睛。所以这层云的底部可以称为“最后散射面”。宇宙也有一个“最后散射面”，形成于大爆炸之后约38万年。在这个最后散射面之前的宇宙中，可与光子发生碰撞的粒子密度很高，光子无法自由穿行。到了最后散射面，宇宙中与光子发生碰撞的粒子密度陡然下降，宇宙变得透明，光子就可以直接被我们看到了。后来，这些光子就形成了宇宙的微波背景辐射。

【微问题】微波背景辐射能用家用电器接收到吗？

【关键词】微波背景辐射　黑体辐射谱　最后散射面