130亿年前，宇宙不足-243℃，科学家是怎么发现的？

宇宙中的最低温度，是大家熟知的绝对零度，也就是-273.15℃。在这个温度下，微观粒子的运动彻底停止，因此不会有比这更低的温度。

那么，宇宙中最高的温度呢？

科学家指出，宇宙中的最高温度为1.4亿亿亿亿摄氏度，又叫做普朗克温度。这个温度只出现于一瞬间，那就是宇宙大爆炸的那个瞬间。随着宇宙在大爆炸后不断膨胀，它的温度就在不断降低。如今，宇宙大爆炸已经过去差不多138亿年了，温度也降到了非常低的水平。

到了今天，宇宙温度是多少呢？

虽然宇宙中遍布着各种各样的天体，它们有的非常热，有的比较冷。但从宇宙整体来看，其平均温度大概只有2.73开尔文，也就是大约-270.42℃。换句话说，今天的宇宙，已经非常接近绝对零度了。

天文学家是如何得到这个数据的呢？

20世纪60年代，美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊意外发现了来自宇宙的特殊电磁波，这就是著名的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射是上世纪六十年代的四大天文发现之一，非常重要，这两位科学家还因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

科学家发现，宇宙微波背景辐射的特征和绝对温标2.73K的黑体辐射基本相同，由此推算出了今天宇宙的平均温度。

宇宙微波背景辐射不仅说明了今天的宇宙温度，还帮助我们推测了宇宙的历史，这就要从它的产生说起了。

在宇宙大爆炸的初期，宇宙中所有的物质都集中在极小的范围内，以至于温度和密度都相当惊人。在这种情况下，连原子都无法形成，在这样的环境中，光子也无法自由地传播。

一直到大爆炸的38万年后，宇宙的温度终于降低到了临界值，质子和电子结合成了原子，光子也终于能够自由传播。并且随着宇宙的膨胀，它们的波长被拉长到了微波的波段，所以被称为宇宙微波背景辐射。

那么，到底要什么样的温度条件，才能够让质子和电子结合呢？

物理学家指出：光子的能量和它的频率成正比，也就是和波长成反比。随着宇宙年龄的增加，宇宙的空间在不断膨胀，相对应的光的波长就会被拉长，也就是光的能量在降低。当宇宙的尺寸增加一倍时，宇宙初期的光就会减少一半的能量。

在宇宙大爆炸的38万年后，宇宙的尺寸仅有今天的0.092%，相对应的，它的温度就是今天的1089倍左右，也就是大约3000开尔文。

那么，从那个时候到现在，宇宙又经历了怎样的变化呢？

之前，天文学家又对129亿年前的宇宙进行了测温，进一步完善了人类对宇宙降温历程的理解。

我们知道，光年的定义就是光在真空中一年之内穿越的距离，所以想要了解129亿年前的宇宙，就需要观测129亿光年以外的天体。天文学家们找到的对象，是一个名叫HFLS3的星系。

这个星系的内部，有大量的新恒星在形成，因此天文学家将它归类为星暴星系。同时，在这个星系和地球之间，还隔着一块巨大的水蒸气团。通过这些水蒸气，天文学家能够计算出当时宇宙的温度。

这团水蒸气的温度比宇宙微波背景辐射要低一些，而且二者之间会产生一种名叫吸收线的光谱，通过对吸收线的观测和研究，天文学家就能够计算出当时宇宙微波背景辐射的温度。这个过程相当复杂，不过得益于HFLS3星系中新生恒星释放的红外线，以及位于法国的NOEMA（北方扩展毫米阵列）望远镜，天文学家们还是计算出了当时的宇宙温度。

研究结果表明，我们目前看到的HFLS3星系所处的状态下，宇宙的的温度只有16.4到30.2开尔文，也就是-256.8℃到-243℃。换句话说，在宇宙大爆炸的8.8亿年后，宇宙的温度就从一开始的1.4亿亿亿亿摄氏度降低到不足-243摄氏度。接下来将近130亿年的时间，宇宙又降温了二十几摄氏度。

这个数据准确吗？可以说基本准确，因为此前天文学家根据宇宙模型进行推测的结果，就是大约20开尔文，就处于这次研究的结果范围内，二者可以互相验证结果。因此，这一次的研究成果对于巩固人类的宇宙学模型，也具有重要的意义。

来自德国科隆大学的天体物理学家Dominik Riechers解释道：“除了寒冷的证据之外，这项发现还告诉我们，早期的宇宙具有一些特殊的物理特性，并且如今已经不复存在。在很早的时候，也就是大爆炸的大约15亿年后吧，宇宙微波背景辐射的温度就相当低，以至于无法产生这样的温度差了。”

导致宇宙降温的原因，就在于宇宙是膨胀的。而宇宙膨胀的原因，则是一种名叫暗能量的机制。关于暗能量，科学家几乎一无所知，因为目前没有什么手段能够直接观测和研究它，只有通过宇宙膨胀速度和宇宙微波背景辐射温度的下降来对它进行侧面的了解。所以说，这一次的研究，对于目前我们了解暗能量也具有重要的意义。

接下来，研究人员希望继续进行类似的观测，对宇宙大爆炸的前15亿年时间里进行更多时间点的测温，这将有助于我们对宇宙膨胀状态的了解。宇宙的膨胀状态，代表着宇宙的最终命运。宇宙到底会无限膨胀下去，还是在某一天重新收缩，答案可能正在逐渐浮出水面。