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從一百三十七億年前來的訊號－  宇宙微波背景輻射 Cosmic Microwave Background Anisotropies 宇宙微波背景輻射 宇宙深處: 時空遊 微波背景輻射(Cosmic Microwave Background) 微波背景輻射的異向性 (Anisotropies) 早期宇宙的物理狀態 在中大相關的研究 宇宙微波背景輻射 1. 為甚麼有宇宙背景輻射? 2. 為甚麼是微波? 3. 為甚麼只看到一個特定温度(2.7 K)的輻射? 4. 為甚麼宇宙微波背景輻射那麼均勻? 5. 為甚麼宇宙微波背景輻射不均勻? 6. 宇宙微波背景輻射帶有甚麼資料? Penzias and Wilson (Nobel Prize 1978) 1. 為甚麼有宇宙背景輻射？ 電磁波 (electromagnetic waves) 黑體輻射 (Blackbody radiation) 電漿(plasma) 原子(atom)由核子(nucleus)及電子組成 高溫(幾千度) →電子能量夠高 →逃離核子約束= 離子化(ionized) →正離子(ions)、電子electrons 混合體 = 電漿或等離子體 (plasma 物質第四態) 恆星物質大部份為電漿態 光與電漿相互作用很强 →電漿不透明 光與物質脱耦 (Photon Decoupling) Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 1/4/02 發射, 於 L2 點 (離地球1.5x106 km) 12/02 開始收集數據 解像度 0.3o ; 靈敏度 ~ 20 ?K 6. CMBA帶有甚麼資料？ 黑體輻射 T = 2.725 K →宇宙早期温度高 (T ~ 3,000 K, t ~ 400,000年) →大爆炸證據 背景輻射異向性 → 總物質密度，電子密度(=質子密度) ，時空幾何，光子電子比例，宇宙膨脹速率，黑暗能量，… 我們的相關研究工作 在中大相關的研究 1.「常數」是否真的變？ (e, h ,G, c, me, …) 2. 廣義相對論是否有修正？ 3. 修正CMBA理論 宇宙微波背景輻射 宇宙深處: 時空遊 微波背景輻射(Cosmic Microwave Background) 微波背景輻射的異向性 (Anisotropies) 早期宇宙的物理狀態 在中大相關的研究 從一百三十七億年前來的訊號－  宇宙微波背景輻射 Cosmic Microwave Background Anisotropies /~mwhite/whatarecmb.html / / 朱明中 香港中文大學物理系 mcchu@.hk /nobel_prizes/physics/laureates/2006/index.html .hk/gee/mctalks/mctalks.html * 朱明中 香港中文大學物理系 mcchu@.hk /nobel_prizes/physics/laureates/2006/index.html .hk/gee/mctalks/mctalks.html /~mwhite/whatarecmb.html / / 你看得多遠？ Keck Telescopes 10m x 2 看得愈遠，望得愈早，因光速有限 x t Starry starry night … x = ct 4x105 km, ~ 1.3s 1.5x108 km, ~ 500s 100 light years, ~ 100 years Whirlpool Galaxy ~ 37x106 l.y.s Coma Cluster后髮座星系團~ 2.8x108 l.y.s Photo credit: O. Lopez-Cruz (INAOEP et al., AURA, NOAO, NSF 最遠星系 ~ 1.3x1010 l.y.s 黑暗時期 (dark ages) →幾億年 原始火球照亮早期宇宙 看得愈遠，看到愈早的事物 原始火球 T ~ 3000 K, t ~ 400,00年 約1% 雪花由宇宙微波背景輻射引起 既然宇宙膨脹了過千倍，早期密度及温度必然很高 → 熱輻射 (Gamow 1948) 大爆炸理論 (Big Bang) /m_uni.html