Urknall und kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung?

Diese Strahlung wurde 380.000 Jahre nach dem Urknall an jedem Ort des Universums erzeugt und von jedem Ort des Universums bewegte sie sich in alle möglichen Richtungen. Also die Dichte (pro Volumeneinheit und pro Raumwinkeleinheit) von Photonen an einem bestimmten Ort$(x,y,z)$und eine bestimmte Bewegungsrichtung$(k_\theta,k_\phi)$war immer konstant:

$$\rho(x,y,z,k_\theta,k_\phi) = {\rm const}$$ Aus Translations- und Rotationssymmetrie folgt, dass die Entwicklung dieser Photonendichte in Abhängigkeit von Position und Richtung zu jeder Zeit konstant bleibt, dh $$\rho(x,y,z,k_\theta,k_\phi;t) = f(t)$$ Es hängt nur von der Zeit ab. Die Photonen, die wir jetzt sehen, sind Photonen, die 380.000 Jahre nach dem Urknall entstanden sind – ein universeller Moment. Sie wurden in der Richtung erschaffen, aus der sie kommen. Aber eine andere Frage ist, wie weit der Punkt entfernt ist, an dem die Photonen, die wir beobachten, entstanden sind. Sie sind in großer Entfernung von uns entstanden – genau in der richtigen Entfernung von der Erde, damit sie es nach 13,7 Milliarden Jahren schaffen, unsere Satelliten zu treffen.

Da das Universum älter wird, beobachten wir CMB-Photonen, die in zunehmender Entfernung von der Erde entstanden sind. Beachten Sie, dass$\rho$oben hängt auch davon ab$\omega\sim |\vec k|$, die Frequenz der Photonen; Diese Abhängigkeit ist durch die Schwarzkörperkurve gegeben, während die Temperatur umgekehrt proportional zu den linearen Abständen zwischen den Dingen im Universum abfällt, die weiter zunehmen.

@Lubos ist richtig, aber hier sind einige zusätzliche Informationen darüber, warum all diese Photonen auf uns zukamen, als das Universum erst 380.000 Jahre alt war. Bis zu diesem Zeitpunkt betrug die Temperatur des Universums über 3.000$K^o$( ungefähr - das ist aus meiner Erinnerung, die etwas ungenau sein kann ) und alle Wasserstoff- und Heliumatome wurden ionisiert. Bis dahin war das Universum also strahlungsundurchlässig, und die Strahlung und das ionisierte Plasma, das das Universum erfüllte, befanden sich im thermischen Gleichgewicht.

Als die Temperatur unter 3.000 fiel$K^o$die Elektronen und Kerne rekombinierten, um neutrale Atome zu bilden. An diesem Punkt wurden die neutralen Atome für die Strahlung transparent, also für die Photonen dieser Strahlung, die das Spektrum eines schwarzen Körpers bei 3.000 hatte$K^o$fingen an, frei durch das Universum zu strömen, bis sie unsere Detektoren trafen, die heute den CMB messen.

Inzwischen hat die Expansion des Univese diese Photonen von einem Schwarzen Körper auf 3.000 rotverschoben$K^o$auf die Temperatur von 2,7$K^o$die wir heute beobachten.