Warum können die 3K-Brillen im Dreikörperproblem kosmische Mikrowellenstrahlung sehen?

Gou Lijun

Hallo zusammen, ich bin Gou Lijun vom National Astronomical Observatory. Heute stelle ich euch die ThreeK-Brille aus dem Roman „Drei Körper“ vor.

Im Roman kann man die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des Universums durch das Tragen einer Brille sehen. Lassen Sie uns zunächst die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung vorstellen. Was genau ist es? Die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ist die isotrope Mikrowellenstrahlung aus dem Hintergrund des Universums. Es ist ein Relikt des Urknalls unseres Universums. Wir wissen, dass unser Universum vor 13,8 Milliarden Jahren durch einen Urknall entstanden ist. Nach der Explosion dehnte sich der Feuerball aus und kühlte anschließend langsam ab. 380.000 Jahre nach der Explosion sank die Temperatur und Elektronen und Atome verbanden sich, und das Universum wurde durchsichtig. Zu diesem Zeitpunkt erreichte die Durchschnittstemperatur des Universums 3000 Kelvin. Nachdem die Photonen nach außen abgestrahlt worden waren, dehnte sich das Universum weiter aus und die Temperatur sank allmählich auf etwa 3 Kelvin, wie wir sie heute kennen.

Es ist zu beachten, dass Kelvin auch eine Temperatureinheit ist. Die Einheit, die wir im täglichen Leben verwenden, ist Celsius. Zwischen den beiden Einheiten besteht eine lineare Umrechnungsbeziehung. Die Differenz beträgt 273,15, also 0 Grad Celsius, also den Gefrierpunkt. Wenn Kelvin als Einheit verwendet wird, sind es 273,15 Kelvin. Und nach unserem derzeitigen Verständnis ist der Nullgrad von Kelvin der absolute Nullpunkt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bewegung aller Objekte, einschließlich Atome und Moleküle, gestoppt. Wir können also erkennen, dass die Temperatur des Universums von einer sehr hohen Temperatur in der Anfangszeit allmählich auf die aktuellen 2,73 Kelvin gesunken ist. Natürlich können wir es auch mit der entsprechenden Wellenlänge ausdrücken, aber für Physiker ist die Temperatur praktischer.

Für die Forschung zur kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung wurden zwei Nobelpreise verliehen. In den frühen 1960er Jahren entwickelten die amerikanischen Wissenschaftler Pengias und Wilson ein hochempfindliches Horn-Empfangsantennensystem, um die Satellitenkommunikation zu verbessern. Um den Lärm zu reduzieren, reinigte man 1964 sogar die Antenne von Vogelkot, doch ein Hintergrundrauschen im Zentimeterwellenbereich ließ sich nicht beseitigen. Sie glaubten, dass diese aus dem Universum kamen und eine Wellenlänge von 7,35 cm Mikrowellen hatten, was 3,5 Kelvin entspricht. Im Jahr 1965 korrigierten sie den Wert auf drei Kelvin und verkündeten ihre Entdeckung der Welt. Hierfür erhielten sie 1978 den Nobelpreis für Physik. Später führte der US-Satellit eine präzise Messung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung durch und erhielt dafür 2006 den Nobelpreis.

Wir wissen, dass die Temperatur der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung etwa 2,73 Kelvin beträgt. Mikrowellen sind das, was wir oft als Radiowellenband bezeichnen, wir können sie also mit bloßem Auge nicht direkt sehen. Jetzt müssen wir es mit den richtigen Detektoren aufspüren. Im Roman „Die drei Sonnen“ trägt das Publikum nachts diese Brille und kann die diffuse Hintergrundstrahlung des Universums und das kosmische Flackern mit eigenen Augen sehen. Tatsächlich haben wir eine solche Technologie noch nicht realisiert, aber was im Artikel beschrieben wird, ist nur eine Vorstellung. Denn wir haben noch einige andere Signale in diesem Frequenzband. Als wir beispielsweise die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung entdeckten, war diese Strahlung lediglich Rauschen. Selbst wenn wir eine solche Brille tragen, ist es für uns schwierig, das Signal der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung direkt zu sehen.

Das ist alles, was ich im Moment zu 3K-Brillen zu sagen habe. Ich werde mit Ihnen über andere damit zusammenhängende wissenschaftliche Erkenntnisse sprechen, wenn ich die Gelegenheit dazu habe.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt wird. Autor: Gou Lijun

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