“与我们观测的不同部分的微小不均匀不同，宇宙整体辐射背景波动是随着宇宙的膨胀，在宇宙时间尺度上缓慢变化的，以Planck卫星的精度，直到一百万年后都未必能测出这种变化，你却想在今天晚上发现它百分之五的波动？！知道这意味着什么吗？这意味着整个宇宙像一个坏了的日光灯管那样闪烁！”

最近在为我的新诗集寻找 cover，但却始终没有合适的想法。

突然想到了三体中的“整个宇宙都将为你闪烁”，如果模拟出来，也许是一副合适的 cover.

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模拟宇宙背景辐射

可以通过计算和生成一个包含小扰动的均匀辐射场来实现。这些扰动源自大爆炸后初期的量子涨落，并被称为"温度涨落"。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 1. 创建一个均匀的背景温度场
size = 500  # 图像大小
mean_temperature = 2.725  # CMB 的平均温度 (K)
background = np.ones((size, size)) * mean_temperature

# 2. 添加高斯噪声 (模拟温度涨落)
# 这些涨落是小的，因此标准差较小
temperature_fluctuations = np.random.normal(scale=0.1, size=(size, size))  # 温度涨落的标准差为 0.1 K
cmb_simulation = background + temperature_fluctuations

# 3. 可视化 CMB 模拟结果
plt.imshow(cmb_simulation, cmap='inferno', origin='lower', interpolation='nearest')
plt.colorbar(label='Temperature (K)')
plt.title('Simulated Cosmic Microwave Background')
plt.show()

模拟闪烁

在静态 CMB 温度场的基础上，叠加一个随时间变化的全局亮度波动（例如正弦波或方波）。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation

# 参数设置
size = 500             # 图像分辨率
mean_temp = 2.725      # CMB 平均温度 (K)
fluctuation_scale = 0.1  # 初始温度涨落幅度
frames = 100           # 动画帧数
interval = 50          # 帧间隔 (ms)

# 初始化 CMB 背景和波动场
background = np.ones((size, size)) * mean_temp
static_fluctuations = np.random.normal(scale=fluctuation_scale, size=(size, size))

# 创建动态调制的亮度波动函数（例如正弦波）
def dynamic_modulation(frame, amplitude=0.5, frequency=0.1):
    time = frame / 10.0
    return amplitude * np.sin(2 * np.pi * frequency * time)

# 创建动画
fig = plt.figure(figsize=(8, 8))
ax = plt.imshow(background, cmap='inferno', origin='lower', vmin=2.5, vmax=3.0)
plt.colorbar(label='Temperature (K)')
plt.title('The Universe Flashes for You')

def update(frame):
    # 全局亮度调制（正弦波）
    global_modulation = dynamic_modulation(frame, amplitude=0.2, frequency=0.5)
    
    # 局部干扰（中心向外扩散的波纹）
    x, y = np.meshgrid(np.arange(size), np.arange(size))
    center = size // 2
    distance = np.sqrt((x - center)**2 + (y - center)**2)
    pulse = 0.3 * np.sin(2 * np.pi * (distance / 50 - frame / 20)) * np.exp(-distance / 100)
    
    # 合成动态 CMB
    cmb_dynamic = background + static_fluctuations + global_modulation + pulse
    ax.set_array(cmb_dynamic)
    return ax,

ani = FuncAnimation(fig, update, frames=frames, interval=interval, blit=True)
plt.show()