『三体問題』の 3K メガネはなぜ宇宙のマイクロ波放射を見ることができるのでしょうか?

ゴウ・リジュン

みなさんこんにちは。国立天文台の郭立軍です。今日は三体に登場するThreeKメガネを紹介します。

小説では、メガネをかけると宇宙のマイクロ波背景放射を見ることができます。まず宇宙マイクロ波背景放射について紹介しましょう。それは正確には何ですか?宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙の背景から放射される等方性のマイクロ波放射です。それは私たちの宇宙のビッグバンによって生み出された遺物です。私たちの宇宙は138億年前にビッグバンによって創造されたことが分かっています。爆発後、火の玉は膨張し、その後ゆっくりと冷えていった。爆発から38万年後、温度が下がり、電子と原子が結合し、宇宙は透明になりました。このとき、宇宙の平均温度は3000ケルビンに達しました。光子が外側に放射された後、宇宙は膨張を続け、温度は徐々に今日知られている約 3 ケルビンまで低下しました。

ケルビンも温度の単位であることに注意してください。私たちが日常生活で使う単位は摂氏です。 2 つの単位の間には線形変換関係があります。その差は 273.15 で、これはよく 0 度 (氷点下) と呼ばれる温度です。単位としてケルビンを使用した場合、273.15 ケルビンになります。そして、現在の理解では、ケルビンのゼロ度は絶対ゼロです。このとき、原子や分子を含むすべての物体の動きが停止します。したがって、宇宙の温度は初期の非常に高い温度から現在の 2.73 ケルビンまで徐々に低下してきたことがわかります。もちろん、対応する波長を使用して表現することもできますが、物理学者にとっては温度の方が便利だと考えています。

宇宙マイクロ波背景放射に関する研究は2つのノーベル賞を受賞しました。 1960 年代初頭、アメリカの科学者ペンギアスとウィルソンは、衛星通信を改善するために高感度ホーン型受信アンテナ システムを開発しました。 1964年には、ノイズを減らすためにアンテナについた鳥の糞まで掃除しましたが、それでもセンチメートル波のバックグラウンドノイズは除去できませんでした。彼らは、これらが 3.5 ケルビンに相当する 7.35 cm のマイクロ波の波長で宇宙から来たと信じていました。 1965年に彼らはそれを3ケルビンに修正し、その発見を世界に発表した。この功績により、彼らは1978年にノーベル物理学賞を受賞しました。その後、アメリカの衛星がマイクロ波背景放射の正確な測定を行い、2006年にノーベル賞を受賞しました。

宇宙マイクロ波背景放射の温度は約 2.73 ケルビンであることがわかっています。マイクロ波は電波帯と呼ばれることが多いため、肉眼で直接見ることはできません。今、私たちは適切な検出器でそれを検出しなければなりません。小説『三体』では、観客は夜間にこのメガネをかけ、宇宙の拡散背景放射と宇宙のちらつきを自分の目で見ることができます。実際には、そのような技術はまだ実現されておらず、記事に記載されていることは単なる想像にすぎません。この周波数帯域にはまだ他の信号が残っているからです。たとえば、宇宙マイクロ波背景放射が初めて発見されたとき、この放射は単なるノイズに等しいものでした。そのため、たとえそのようなメガネをかけていても、宇宙マイクロ波背景放射信号を直接見ることは困難です。

3K メガネについて私が言いたいことは今のところこれだけです。機会があれば、他の関連する科学的知識についてもお話しします。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。著者: ゴウ・リージュン

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