光为什么可以在宇宙中传播上百亿年还不消失和减速?

在宇宙诞生后的第一批基本粒子产生时,光子就出现了,但是在宇宙大爆炸的早期,这些光子跑出不远就会被另外一些自由的基本粒子如自由电子所吸收,因此那时的光都无法存留太长时间。

直到宇宙诞生后约38万年后,宇宙随着膨胀温度下降到约3000K左右,

自由电子开始被原子核俘获成为中性原子,宇宙一下子变得透明起来,此时被辐射出的光子将在空旷的宇宙空间中自由传播,这就是我们今天所探测到的宇宙微波背景辐射


光为什么可以在宇宙中传播上百亿年还不消失和减速?

【宇宙微波背景辐射全景图】


这些光子从138亿年前宇宙大爆炸后38万年传播至今,已经跑了138亿年了,但它们依然在传播,这些为什么呢?很简单的一个原因就是他们没有遇上能吸收它们的物质,一旦它们碰上宇宙空间里能吸收其对应波长的物质,这些光子就会吸收而停止传播,又或者转变为更低能量(频率)的光子。比如产生上图中的那些光子就是被人类的射电望远镜捕获的,它们的历时138亿年的旅程就随着被捕获而终结了……


光为什么可以在宇宙中传播上百亿年还不消失和减速?

【绘制宇宙微波背景辐射全景图的普朗克卫星】 ‍


这些被捕获的光子经历宇宙138亿年的膨胀,波长已经从约1微米波长的可见光附近被拉长到数厘米波长的不可见的微波波段,波长增加了4个数量级以上!


光为什么可以在宇宙中传播上百亿年还不消失和减速?

【宇宙膨胀导致波长变大】

想当年背景辐射可是肉眼可见的,但它们虽然因空间膨胀而导致能量下降频率变低波长变长,但是它们却从未停止脚步,它们以不变的光速在宇宙里跋涉了138亿年,直到有一天被宇宙里的可见物质吸收为止,如果没被吸收,它们将继续传播直到宇宙的终结……


光为什么可以在宇宙中传播上百亿年还不消失和减速?

【宇宙的现在和未来】


也许有一天随着宇宙的膨胀,宇宙中传播的光子波长拉大到无法被任何物质吸收,这样没有任何设备能够发现它们,结局就会如上图中右边一般漆黑……想想都觉得绝望……


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