2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果——宇宙微波背景辐射与宇宙学
人教版高中物理(选修3-5)能量量子化同步练习题(含答案)
课时作业6 能量量子化1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。
答案：C2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( )A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C 错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。
答案：B3．关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是( )A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的解析：根据普朗克能量子假说知，A错误，B、C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D错误。
答案：B、C4．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( ) A．红光B．橙光C．黄光D．绿光解析：在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量ε＝hν可知红光光子能量最小。
答案：A5．某种光的光子能量为E，这种光在某一种介质中传播时的波长为λ，则这种介质的折射率为( )A.λE hB.λE chC.ch λED.h λE解析：这种光的频率为ν＝E h，则这种光在介质中的传播速度为v ＝νλ＝λE h。
2007年江苏高考物理试题及答案
2007高等学校全国统一考试物理试题（江苏卷）一、单项选择题：本题共6小题，每小题3分，共计18分。
每小题只有一个选项符合题意。
1、分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。
据此可判断下列说法中错误的是A ．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性B ．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C ．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D ．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素2、2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过（钙48）轰击（锎249）发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素，实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x ，再连续经过3次α衰变后，变成质量为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x 是A ．中子B ．质子C ．电子D ．α粒子3、光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是A ．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B ．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C ．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰D ．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到秋色条纹4、μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogen muon atom ），它在原子核物理的研究中有重要作用。
图为μ氢原子的能级示意图。
假定光子能量为E 的一束光照射容器中大量处于n ＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、和γ6的光，且频率依次增大，则E 等于 A ．h （γ3－γ1 ） B ．h （γ5＋γ6）C ．h γ3D ．h γ45种波在和3d A ．任一时刻，如果质点B 向上运动，则质点C 一定向下运动B ．任一时刻，如果质点B 速度为零，则质点C 的速度也为零－2529.6 －632.4 －281.1 －158.1 －101.2 0 1 2 3 4 5 ∞ n E /eVC ．如果波是向右传播的，则波的周期可能为76Δt D ．如果波是向左传播的，则波的周期可能为136Δt6、如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m 和2m 的四个木块，其中两个质量为m 的木块间用一不可伸长的轻绳相连，木块间的最大静摩擦力是μmg 。
百年诺贝尔物理学奖及其对现代科技的影响
诺贝尔物理学奖及其对现代科技的影响摘要：诺贝尔奖是根据瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱所设立的奖项，包括的奖项有和平奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、物理学奖，旨在奖励那些曾赋予人类最大利益的人。
诺贝尔物理学奖从1901年开始颁发至今已有百余年的历史，目前它已成为国际上最具影响力及权威性的科学奖项。
本文简要介绍了诺贝尔的生平及诺贝尔奖的由来，着重论述了诺贝尔物理学奖对现代科技的影响，由诺贝尔物理学奖的颁发预测了21世纪物理学的发展趋势，揭示了诺贝尔物理学奖颁发的启示。
关键词: 诺贝尔物理学奖现代科技发展趋势启示第一章诺贝尔生平及诺贝尔奖概述1.1 诺贝尔生平阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔（Alfred Bernhard Nobel），是19世纪著名的化学家，1833年10月21日出生于瑞典首都斯德哥尔摩。
就在诺贝尔出生前一年，一场火烧毁了他的家，全家只好靠借债度日，父亲为了躲债，单身离家出走，幸好由母亲把家务全部担当下来。
诺贝尔凄苦的童年生活使他身体虚弱、性格内向。
诺贝尔8岁上学，仅读了一年就辍学了，这是他一生唯一的一次接受学校教育。
诺贝尔父亲是一位很有才干的机械师，后来他父亲发明的机械在俄国受到欢迎，家境开始好转，在1842年，诺贝尔9岁时全家迁居俄国彼德堡。
由于语言不通，诺贝尔和两个哥哥都进不了当地的学校，只得请家庭教师教他们学习外语和自然科学。
由于诺贝尔的勤奋学习，他的学识不亚于他的两个哥哥，深得教师和父亲的喜爱。
过了不久，诺贝尔的哥哥要回瑞典，诺贝尔也只好停止学业，他就到父亲开办的工厂当助手。
诺贝尔把工厂当大学，努力学习生产理论和生产技能。
为了扩大诺贝尔的视野，使他能学到先进的科学知识和技术，1850年他父亲让他出国进行旅行学习。
两年中，他去过德国、法国、意大利和美国，由于诺贝尔善于观察，认真钻研，知识积累迅速，所以在两年后回俄国时，他已经是一位精通几国语言和受过科学训练的学者。
2022-2023学年甘肃省张掖市高二下学期第一次全市联考物理试卷带讲解
10.如图，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流：a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为 、l和3l．关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是
A.a处的磁感应强度大小比c处的大
B.b、c两处的磁感应强度大小相等
C.a、c两处的磁感应强度方向相同
A.微波和声波一样都只能在介质中传播
B.一般物体辐射电磁波 情况只与黑体温度有关
C.黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【答案】A
【详解】A．微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，电磁波的传播不需要介质，故A错误；
B．实际物体辐射电磁波情况与温度、表面情况、材料都有关；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是实际物体的理想化模型，故B正确；
可知甲表是电流表，若增大接入电路的变阻箱R的阻值，则改装表的量程将减小，当变阻箱R接入电路的阻值为R0，改装后的量程为
故AB错误；
CD．将小量程电流表改装成大量程电压表，需要串联一电阻 分压，改装后的量程为
可知乙表是电压表，若减小接入电路的变阻箱R的阻值，则改装表的量程也减小，当变阻箱R接入电路的阻值为R0，改装后的量程为
B.因为M点电场线较N点稀疏，则M点场强较小，则粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度，选项B正确；
C.从M点到N点电场力做正功，动能变大，则粒子在M点的动能小于它在N点的动能，选项C错误；
D.由运动轨迹不能确定粒子一定是从M点运动到N点，选项D错误．
4.真空中两个点电荷产生的电场，其电场线分布如图所示，则（ ）
（1）小球带何种电性的电荷？
（2）小球所受电场力的大小；
（3）小球的质量。
力学题
2000-2009年全国物理竞赛预赛试题整理（力学篇）2000年一、1．（5分）1978年在湖北省随县发掘了一座战国早期（距今大约2400多年前）曾国国君的墓葬——曾侯乙墓，出土的众多墓葬品中被称为中国古代文明辉煌的象征的是一组青铜铸造的编钟乐器（共64件），敲击每个编钟时，能发出音域宽广、频率准确的不同音调。
与铸造的普通圆钟不同，圆钟的横截面呈圆形，每个编钟的横截面均呈杏仁状。
图预17-1-1为圆钟截面的，图预17-1-2为编钟的截面，分别敲击两个钟的A 、B 、C 和D 、E 、F 三个部位，则圆钟可发出________个基频的音调，编钟可发出________个基频的音调。
2.（5分）我国在1999年11月20日用新型运载火箭成功地发射了一艘实验航天飞行器，它被命名为___________号，它的目的是为____________________作准备。
二、（15分）一半径为 1.00m R =的水平光滑圆桌面，圆心为O ，有一竖直的立柱固定在桌面上的圆心附近，立柱与桌面的交线是一条凸的平滑的封闭曲线C ，如图预17-2所示。
一根不可伸长的柔软的细轻绳，一端固定在封闭曲线上的某一点，另一端系一质量为27.510kg m =⨯－的小物块。
将小物块放在桌面上并把绳拉直，再给小物块一个方向与绳垂直、大小为0 4.0m/s v =的初速度。
物块在桌面上运动时，绳将缠绕在立柱上。
已知当绳的张力为0 2.0N T =时，绳即断开，在绳断开前物块始终在桌面上运动．1．问绳刚要断开时，绳的伸直部分的长度为多少?2．若绳刚要断开时，桌面圆心O 到绳的伸直部分与封闭曲线的接触点的连线正好与绳的伸直部分垂直，问物块的落地点到桌面圆心O 的水平距离为多少？已知桌面高度0.80m H =．物块在桌面上运动时未与立柱相碰．取重力加速度大小为210m/s ．八、（20分）如图预17-8所示，在水平桌面上放有长木板C ，C 上右端是固定挡板P ，在C 上左端和中点处各放有小物块A 和B ，A 、B 的尺寸以及P 的厚度皆可忽略不计，A 、B 之间和B 、P 之间的距离皆为L 。
物理一轮复习 专题12.5 电磁波与相对论押题专练
专题12.5 电磁波与相对论1．电磁波已广泛运用于很多领域. 下列关于电磁波的说法符合实际的是（)A．电磁波不能产生衍射现象B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同答案：C2．关于电磁波，下列说法正确的是 ( )A．雷达是用X光来测定物体位置的设备B．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．变化的电场可以产生磁场答案:D解析：雷达是用微波测定物体的位置的设备,A错；使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制，B错；使钞票上的荧光物质发出可见光的是紫外线，C错；根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，D正确。
3．隐形飞机的原理是:在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击.根据你所学的物理知识,判断下列说法中正确的是 ( ）A．运用隐蔽色涂层,无论距你多近的距离,即使你拿望远镜也不能看到它B．使用吸收雷达电磁波材料,在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现C．使用吸收雷达电磁波涂层后，传播到复合金属机翼上的电磁波在机翼上不会产生感应电流D．主要是对发动机、喷气尾管等因为高温容易产生紫外线辐射的部位采取隔热、降温等措施，使其不易被对方发现和攻击答案：B解析：雷达向外发射电磁波，当电磁波遇到飞机时发生反射,雷达通过接收反射回来的电磁波，就可以测定飞机的位置，所以要想降低飞机的可探测性，可以使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小很弱，很难被发现,故B正确。
4．属于狭义相对论基本假设的是在不同的惯性系中（)A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比答案：A解析：狭义相对论的基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理：一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系，对于描写运动的一切规律来说都是等价的；(2)光速不变原理：对任一惯性参考系，真空中的光速都相等，所以只有A项正确.5．下列说法中正确的是（)A．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B．光的色散现象都是由光的干涉引起的C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波D．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大答案：AD6．（多选)下列说法正确的是（）A．根据狭义相对论,地面上的人看到高速运行的列车比静止时变矮B．两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域交替变化C．LC振动电路中，电容器的放电过程，电场能逐渐转化为磁场能D．夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射【解析】根据狭义相对论，地面上的人看到高速运行的列车比静止时变短，选项A错误;两列波相叠加产生干涉现象，则振动加强区域与减弱区域是固定的．选项B错误；LC振荡电路中，电容器开始放电时电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，选项C正确；夜视仪器能在较冷的背景下探测出较热物体的红外辐射,选项D正确．【答案】CD7．建立经典电磁场理论,并预言了电磁波存在的物理学家和创立相对论的科学家分别是（)A．麦克斯韦法拉第B．麦克斯韦爱因斯坦C．赫兹爱因斯坦D．法拉第麦克斯韦【解析】在19世纪60年代建立经典电磁场理论,并预言了电磁波存在的物理学家是麦克斯韦,创立相对论的科学家是爱因斯坦，选项B正确．【答案】 B8．（多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两位美国科学家,以表彰他们发现了微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（）A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波B．微波和声波一样，都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说【答案】ACD9．(多选)对于公式m＝错误!，下列说法中正确的是( ）A．式中的m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m〉m0，即物体的质量改变了,故经典力学不适用C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动的物体D．通常由于物体的运动速度太小,质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量变化【解析】公式中m0是静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，A不对．由公式可知，只有当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，故B不对，C、D正确．【答案】CD10．关于电磁波谱，下列说法正确的是 ( ）A．电磁波中最容易表现出干涉、衍射现象的是无线电波B．紫外线的频率比可见光低，长时间照射可以促进钙的吸收，改善身体健康C．X射线和γ射线的波长比较短,穿透力比较强D．红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线答案:AC解析：无线电波的波长长,易发生衍射现象，A正确。
物理学中的宇宙微波背景辐射研究
物理学中的宇宙微波背景辐射研究在广袤无垠的宇宙中，存在着一种神秘而又至关重要的现象——宇宙微波背景辐射。
它宛如宇宙的“余温”，承载着宇宙早期的重要信息，为我们揭示了宇宙诞生和演化的奥秘。
让我们先从宇宙的起源说起。
根据目前被广泛接受的大爆炸理论，大约 138 亿年前，宇宙处于一个极高温度和密度的状态，然后发生了急剧的膨胀。
在这个瞬间的“爆炸”之后，宇宙开始逐渐冷却和演化。
而宇宙微波背景辐射，就是大爆炸的“余晖”，是那个炽热早期宇宙的残留热量。
宇宙微波背景辐射具有一些显著的特征。
首先，它在整个宇宙空间中几乎是均匀分布的，这意味着无论我们朝着哪个方向观测，都能检测到这种辐射。
然而，这种均匀性并非绝对，而是存在着微小的温度涨落，这些涨落的幅度大约只有十万分之一。
可千万别小看这微小的涨落，它们却是宇宙中物质分布和结构形成的“种子”。
那么，科学家们是如何发现和研究宇宙微波背景辐射的呢？这要追溯到上世纪 60 年代。
当时，美国的两位科学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在进行射电天文学研究时，意外地发现了一种无法解释的“噪声”。
经过一系列的排查和分析，他们最终意识到，这种“噪声”正是来自于宇宙微波背景辐射。
这一发现，为大爆炸理论提供了有力的证据，也使得他们荣获了诺贝尔物理学奖。
随着科技的不断进步，对宇宙微波背景辐射的研究也越来越深入和精确。
各种先进的观测设备和技术被应用其中。
例如，威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克卫星等，它们能够以极高的精度测量宇宙微波背景辐射的温度和偏振等特性。
通过对宇宙微波背景辐射的详细观测和分析，科学家们获得了许多重要的发现和认识。
其中之一就是对宇宙的年龄、组成和几何结构等基本参数的精确测量。
这些测量结果不仅进一步验证了大爆炸理论，还为我们提供了关于宇宙演化的更详细和准确的模型。
此外，宇宙微波背景辐射的研究还帮助我们了解了暗物质和暗能量的性质。
虽然暗物质和暗能量本身并不能直接通过宇宙微波背景辐射观测到，但它们对宇宙的演化和结构形成有着重要的影响，从而在宇宙微波背景辐射的特征中留下了“蛛丝马迹”。
宇宙微波背景辐射对宇宙学研究的意义是什么
宇宙微波背景辐射对宇宙学研究的意义是什么当我们仰望星空，那无尽的黑暗中隐藏着无数的奥秘。
而宇宙微波背景辐射，就如同宇宙留给我们的神秘密码，对于探索宇宙的起源和演化具有至关重要的意义。
想象一下，宇宙在最初的时候是一个高温、高密度的混沌状态。
随着大爆炸的发生，空间迅速膨胀，温度急剧下降。
大约在38 万年之后，物质和辐射开始脱耦，光子得以在宇宙中自由传播。
这些光子就是我们现在所探测到的宇宙微波背景辐射。
宇宙微波背景辐射具有高度的各向同性，也就是说，无论我们从哪个方向观测，它的性质都非常相似。
但这并不意味着它是完全均匀的，其中存在着微小的温度涨落。
这些涨落虽然极其微小，但却蕴含着丰富的信息。
首先，宇宙微波背景辐射为我们提供了关于宇宙早期物质分布的重要线索。
通过对温度涨落的精确测量和分析，我们可以了解到宇宙早期物质分布的不均匀程度。
这些不均匀性是后来星系和星系团形成的种子。
如果没有最初的这些微小的密度差异，物质就无法在引力的作用下逐渐聚集形成各种天体结构。
其次，它有助于确定宇宙的基本参数。
例如，通过对宇宙微波背景辐射的研究，我们可以精确地测量宇宙的几何形状、物质和能量的密度以及宇宙的膨胀速率等关键参数。
这些参数对于构建和检验宇宙学模型至关重要。
不同的宇宙学模型会对宇宙微波背景辐射的特征做出不同的预测，通过将观测结果与理论模型进行对比，我们可以筛选出最符合观测的模型，从而加深对宇宙本质的理解。
再者，宇宙微波背景辐射还能帮助我们研究宇宙中的暗物质和暗能量。
虽然暗物质和暗能量本身不与电磁辐射相互作用，无法直接被观测到，但它们对宇宙的演化和结构形成有着重要的影响。
通过分析宇宙微波背景辐射中的温度涨落，我们可以间接推断出暗物质和暗能量的存在和性质，为解开这两个宇宙学中的重大谜题提供关键的线索。
此外，宇宙微波背景辐射对于检验物理学的基本理论也具有重要意义。
例如，它可以用来检验相对论和量子力学在早期宇宙中的适用性。
如果在对宇宙微波背景辐射的研究中发现了与现有理论不一致的现象，这可能意味着我们需要对现有的物理学理论进行修正或者提出全新的理论。
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变小 温度变低 发生一系列的
粒子物理过程 到了大爆炸后约
万年 光子和其它物质退耦
合 或者说宇宙变得透明 使得
我们可以观测到那时的光子
宇宙背景辐射 上世纪 年代
初 美国普林斯顿大学的迪克
和皮布尔斯
!
等的理论研究得出 宇
宙原始火球大爆炸后的宇宙背景
辐射等效温度约
并且制造
一架射电 天文学上常称无线电
为 射电 望远镜搜寻 因此
收辐射 实际的发射和吸收是很
复杂的 理想的辐射体可以吸收
入射到它的一切波长的全部电磁
辐射 因而它是 黑 的 同时
它发射电磁辐射的效率最高 这
样的理想辐射体称为 绝对黑
体 简称 黑体 黑体从周围
吸收辐射能量 转换为热能 温
度升高 发射的辐射只跟温度有
关 常 热辐射 太阳的辐射近
似于绝对温度
的黑体辐射
在可见光波段最强 宇宙早期遗
周日的变化 因而发现了各向同
性的宇宙微波背景辐射 真是
异曲同工 两个独立结果不谋
而合
年他们同时发表观
测结果和理论解释 微波背景辐
射 宇宙微波背景辐射 宇宙背
景辐射
背景辐射 背景辐
射 原始背景辐射都同样指这种
来自宇宙天空背景上各向同性的
辐射 这是宇宙微波背景辐射和
宇宙学的第一个里程碑 彭齐亚
斯和威尔逊因发现宇宙微波背景
谈天说地
撰文!胡中为
瑞典皇家科学院
年
月 日宣布 将本年度诺贝尔物
理学奖授予美国科学家约翰 马
瑟
和乔
治 斯穆特
以表彰他们发现了宇
宙微波背景辐射的黑体形式和各
向异性 这是宇宙学研究的又一
个重要里程碑 有关的大爆炸宇
宙学知识开始走出科学殿堂 增
进社会公众分享宇宙探索的兴
趣
马瑟和斯穆特
马瑟 生于
年
年获美国加利福尼亚大学伯克利
所未有的的精确程度 并证明微
波背景辐射完全符合黑体辐射特
征 在这一项目中 斯穆特主要
负责测量微波背景辐射微小的温
度涨落
诺贝尔奖评审委员会的公报
说 马瑟和斯穆特借助
卫
星做出的发现 为有关宇宙起源
的大爆炸理论提供了支持 将有
助于研究早期宇宙 帮助人们更
多地了解恒星和星系的起源 他
们的工作使宇宙学进入了精确研
型 经过很多尝试 才得到现在
流行的 大爆炸宇宙学 标准模
型
年 爱因斯坦在以前
的实验和理论基础上创建了广义
相对论 并开始尝试用它来求解
宇宙模型 但有很大困难 于
是 采用了由观测抽象出来 称
为 宇宙学原理 的基本假
设 宇宙在大尺度上是均匀的
和各向同性的 尝试求解可能的
宇宙模型
年 哈勃发现
星系的远离速度跟其距离成正比
年 拟合观测 确定出宇宙的年
龄为 亿年 最新得出宇宙成
分是 暗能量占
暗物质占
可见物质 恒星 自由氢
氦 中微子等 约占
而欧洲
普朗克 卫星不久也将发射升
空 继续提高研究的精确度 它
们将进一步检验和推进包括 暴
涨 模型的宇宙学的研究 一些
专家推测在宇宙学这一前沿科学
领域还会再次获得诺贝尔奖 !
小辞典
黑体
任何物体都发射辐射 也吸
宇宙背景辐射成为 大爆炸宇宙
学 又一强力依据
年 贝尔实验室的彭
齐亚斯
和威
尔逊Βιβλιοθήκη 为了查明卫星通讯的天空干扰噪声原
因 用一架噪声极低和方向性很
强的天线 工作波长为
厘
米 测量了星空的无线电辐射
扣除所有已知的 地球大气 地
面辐射和仪器本身的 噪声源
外 各个方向总是接收到原因不
明的微波噪声 强度等效于温度
的黑体辐射 没有季节和
究时代
斯穆特接受记者采访时说
那在一定意义上是一桩惊人的发
现 是一个令人难以置信的里程
碑 现在 我们获得了巨大荣誉
和认可
马瑟告诉记者说 与斯穆特
共事是一段愉快的经历 参与者
总计
人 所以说 今天
与我们一起 获得认可者 是
一个庞大的团队
大爆炸宇宙学与 宇宙背景辐射的发现
宇是空间 宙是时间 宇宙 就是客观存在的物质时空世界
哈勃定律 这说明宇宙在膨
胀 追逆过去 宇宙最早就必然
紧密在很小 极热的 原始火
球
从而推断发生了
大爆炸 我们的宇宙
就开端了 应指出
只是我们宇宙开始极其剧烈膨胀
的比喻 跟炸弹爆炸时弹片四面
八方飞散完全不同 大爆炸是空
间自身膨胀 不是从那一点 而
是到处如此膨胀 在宇宙极早期
是光子和其它物质紧密耦合着的
混沌 随着宇宙膨胀 物质密度
留气体的辐射基本上符合绝对温
度 的黑体辐射 在远红外的
微波最强 称为 宇宙 微波
背景辐射
绝对温度
在科学技术上 常用 绝对
温度 以 开
表示 绝对
温度
! 水的冰点是
!
水的沸点是 !
科学中国 !""# 第 $ 期 !%
物 物质 也有主要以能量形式 表现的物质 广义相对论的质 量 能量关系就说明质量与能量
宇宙学精确研究的 新进展
两种表现形式是等效的
暴
虽然
卫星探测宇宙背
涨 理论得到令人惊诧的结果 景辐射温度的精确度很高 但对
在宇宙的全部 物质 中 可见 于探 测 宇 宙 背 景 辐 射 的 各 向 异
物质仅占一小部分 而 暗物 性 涨落来说 它的分辨角
质 和有斥力作用的 暗能量
约 ! 还不够小
年末到
占大部分 但现在还不知道暗物
年初
毫
质和暗能量究竟是什么 有待探 米波河外辐射与地球物理气球观
索研究 这样 在大爆炸宇宙模 测台 飞行于南极上空 它的分
型上仅加了极早期的短暂 暴涨 辨角小 倍 可以探测宇宙背景
修补就使宇宙学研究前进了一大 辐射在更小范围的涨落 发现温
难 包括大爆炸后各向均匀膨胀
就不会在后来形成密聚区以及星
系和恒星 而 暴涨 理论却得
出 在大爆炸后 ! 秒到 !
秒 宇宙在一切方向迅猛空间
膨胀约
倍 就可以解决这
些疑难 而且得到涨落 正是这
些涨落不均匀性 埋下 形成星
系及恒星的 种子 从广义相
对论可以得到满足宇宙学原理的
三类宇宙 封闭的宇宙 膨胀到
一定有限大小就会坍缩 开放的
的黑
体辐射分布
证实了宇宙背
景辐射是黑体
辐射 更精确
测量发现背景
辐射的温度在
一个方向上比
相反的方向高
解
释为地球及银
河系有相对于整个膨胀宇宙背景
辐射的运动所致
接着 他们取得又一重大成
果 发现宇宙背景辐射的温度有
微小涨落 各向异性 这种涨
落正是宇宙极早期 暴涨 遗留
下来的 原来的大爆炸模型在宇
宙极早期遇到无法解决的几个疑
宇宙 一直无限的膨胀下去 平
直的宇宙 也会一直无限的膨胀
下去 原来的大爆炸模型不能确
定我们的宇宙属于那类 关键在
于物质密度 而加上宇宙极早期
的暴涨 则就可以确定我们的宇
宙是平直的 会一直膨胀下去
这得到近年一些观测证据的支
持 宇宙的一切都是物质的 既
!! 科学中国 !""# 第 $ 期
有以质量形式表现的平常 实 步
宇宙学 把可观测的全部物质 时空作为一个整体 来究总体性
!" 科学中国 !""# 第 $ 期
质和演化 因为宇宙信息是由
光 电波等各种辐射以光速来传
递的 观测遥远深空天体所见的
是它在久远过去的年轻时情况
简言之 观测深空就是了解宇宙
的过去 宇宙的性质极其复杂
必须从观测事实出发 作简化假
设 才可能从理论上建立宇宙模
分校博士学位 现为美国宇航局
戈达德航天中心高级天体物理学
家
斯穆特 生于
年
年获美国麻省理工学院博
士学位 现为加利福尼亚大学伯
克利分校教授
年 马瑟提出宇宙背
景辐射探测器
卫星项
目 在提议终于获得美国宇航局
的批准
年月日
卫星发射到太空 仪器工
作到
年 月 日 马瑟始
终领导和协调了这一项目 将宇
宙微波背景辐射谱分析提高到前
度微小差别
的很
多热斑和冷斑 角
大小不到 !
在
的基础
上
威尔金森
微
波各向异性探测
器
已于
年 月 日进
入太空 对宇宙微
波背景辐射进行了
宇宙背景辐射的能量谱符合温度
的黑体辐射分布
更精确的 分辨角
为 角分 灵敏度提高 倍
探测 可以说是标志又一里程
碑 它已得到宇宙最老辐射的第
一批详细的全天图 它捕获的微
波辐射来自 大爆炸 后的 万
辐射而荣获
年诺贝尔物理
学奖
科学中国 !""# 第 $ 期 !%
谈天说地
宇宙背景辐射的三个探测里程碑
宇宙学进入精确 研究时代
宇宙背景辐射应当具有黑体
辐射的连续谱特征 普朗克分
布 为了验证 一些射电天文学
家紧接着在
!
厘米的
许多波长上做了测量 所得结果
都符合于温度 !
的黑体
辐射的普朗克分布 然而 普朗
克分布曲线有一个峰 峰的两侧
强度都下降 对于温度
的
黑体辐射 与最大强度对应的波