前几天我在悟空问答里看到了一个问题，有朋友问：我们小时候那种带天线的电视机，没台的时候，是不是接受到了宇宙微波背景辐射？这个问题很有趣，要是这个是真的，那么我们儿时就接受到了宇宙早期的信号，真是伟大啊！所以我就查阅了一番，果真发现了一些有趣的东西！今天就聊下这个话题，我们的电视机有没有接受到宇宙早期的余晖？以及微波辐射会不会消失？
上个世纪我们对宇宙的观察中，其中最最伟大的发现就是：在广阔无垠、充满恒星、行星、尘埃、气体云的宇宙包含了我们肉眼看不见的东西！如果把以上所有物质都从空间背景中抹去，那么几乎空无一物的宇宙还剩下什么？真正意义上的真空？不，不，空间充满了不可见的辐射！
星光红移，宇宙在膨胀——大爆炸
今天，宇宙空间非常寒冷，比绝对零度高了不到3开尔文，并且宇宙还在不断膨胀，星系之间的平均距离随着时间的推移一直在增加。一个星系离我们越远，它远离我们速度就越快，发出的光也越接近光谱的红端。
事实上，我们并不是观测到了星系真的在远离我们，就像是你看到一辆小汽车，从你面前呼啸而过，然后快速的远离你！然后说星系远离我们了，它的光线发生了红移！
而是我们先观察到了星光发出的光移向了光谱的红端，然后根据多普勒效应，我们才说，波长被拉长了，空间在膨胀，星系在远离我们！这个逻辑顺序要清楚。
大爆炸是一个理论框架，它很好的解释了以上的观测结果，并引导我们看到了现在的宇宙图景：宇宙现在正在膨胀、变冷！那么人们就很容易想到宇宙在过去是不是比现在更热、密度更大，一直往回推所以就推出了所谓的“奇点”！不过奇点这个说法只是为了让我们更好的理解宇宙的开端，并没有说它一定存在，这个并未得到证实，毕竟在大爆炸之前还有个暴涨阶段！关于暴涨阶段的所有事情，目前没有任何已知的信息，都属猜测！
微波辐射怎么来的？它告诉了我们什么
那么根据宇宙膨胀，我们就能知道宇宙从大爆炸以后一直在冷却、膨胀和稀释，一直持续到现在。
在宇宙的早期阶段，也就是暴涨结束后，真空势能衰变到物质粒子中，宇宙进入了再加热时期，温度高达2000亿开尔文，此时的夸克、胶子也是独立存在的，形成了所谓的夸克胶子等离子汤！
随着空间的膨胀冷却，就导致了一系列的宇宙演化过程，首先是夸克和胶子组成重子物质，也就是我们熟知的质子和中子，随后就是质子和中子结合组成原子核，直到原子核可以稳定的俘获电子构成中性原子！这个过程宇宙已经经历了38万年。
中性原子的形成，意味着宇宙等离子体时代的结束，进入了透明时期，光子再也不用和各种带电粒子互相碰撞，可以自由的翱翔了！这时残留并且辐射出来光子，就是宇宙发出的第一道光，这些光穿过138亿年的旅程最终带着宇宙初期的所有信息到达了我们的视野！这就是大爆炸最伟大的预测！
大爆炸理论在20世纪60年代中期得到了关键的证实，当时阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和鲍勃·威尔逊(Bob Wilson)在全天空中探测到了大爆炸的终极预测：宇宙诞生遗留下来的黑体辐射背景渗透到了整个空间。
这种辐射向四面八方扩散，无处不在，在整个天空中分布的十分均匀。但是我们看宇宙微波背景辐射(CMB)的照片，看起来好像一点也不均匀。
这是因为在宇宙微波背景辐射里存在着微小的温度波动，或者说与完美均匀背离那么一点点。实际情况是，宇宙微波背景辐射的平均温度是2.725 K，我们能看到的最大波动在100微开尔文，或者在0.0001 K的范围内！上图中蓝色的深色区域，温度更低，物质密度也更大，红色区域的温度稍高一点，物质密度也低一点。我们其实要感谢这种微小的差异，不然物质就不会在引力的作用下，凝聚成恒星、星系，当然也不会有我们！
如果地球上最高的山峰不是珠穆朗玛峰，而是作为你默认的微软视窗背景的那座山，微波背景辐射温度的波动，就好比地球的高程地图一样。
虽然有波动，但从整体上来说，确实是从各个方向上统一的！而且微波背景辐射还遵循了一个非常特殊的分布：黑体光谱。其中在1989年发射的COBE卫星就证实了这一点，这是理论与历史观测数据之间最惊人的一次匹配。
我们的电视机有没有接受到微波辐射?
电磁波中无线电波的波长在0.1毫米～3000米（ 微波 0.1毫米~1米）
上图就是空间背景辐射的波长、频率以及强度！我们可以清楚地看到，背景辐射在微波波段达到了峰值，基本就位于微波区域，微波的波长换算成厘米就是0.01cm~100cm，可以和上图测量到的辐射波长对比下，一目了然！
我们发现除了微波段，空间背景辐射不仅会延伸到短波（进入红外线）区域，还会延伸到更长的波长，进入电磁频谱的无线电部分。
早期电视机接收的频道为1-12频道(48.5~223 MHz)，根据c=λf，我们大致可以求出：波长范围为1.35 m≤λ≤6.19 m！
这个接收波长的前部分和上图对比一下，和微波背景辐射波长的范围有重叠！如果你现在能找到一台老式兔耳朵天线旧电视，并将其设置为第二或者第三频道，你所看到的“静态”图像，有一部分就是来自宇宙微波背景辐射！听起来好高端啊，我们居然早就看到了大爆炸的余晖！
即使你离开了地球，离开了太阳系，甚至从天空中抹去了所有的星系，这种无线电也会存在。这是大爆炸留下的空间辐射。
总结：宇宙空间的温度会越来越低，但不会为0，微波辐射也不会消失
随着宇宙不断演化和膨胀，空间也在不断冷却。这意味着，如果我们回顾过去，空间残留的辐射温度应该更高。如果我们能测量一个遥远星系的红移（z），那么那时的宇宙微波背景辐射的温度应该和现在的温度乘以（1 + z）一样。
在一个星系的外围，也就是远离恒星或星系内部的尘埃区域，唯一能使星系外围的气体温度不下降到绝对零度的原因是宇宙微波背景辐射。通过观察一个位于72亿光年之外的特殊遥远星系(红移z=0.89)，根据大爆炸理论的预测星系外围的气体温度应该为5.14 K的气体，是我们今天观测到的微波辐射温度2.725 K的两倍。
实际的观测结果为5.08±0.10 K，这个数值与大爆炸预测的5.14 K基本一致！
这就是宇宙微波辐射，和我们息息相关的充满整个天空的辐射，也是我们小时候经常在电视里看到的辐射！我们还知道宇宙空间现在的比以往任何时候都要低，随着时间的推移，温度也将越来越低，但不会为零。因为宇宙在怎么膨胀，辐射在怎么衰减，也不会凭空消失，记住能量守恒定律！