《一路走来的宇宙 07》

1964年，在新泽西州的贝尔实验室接管了一台废弃的卫星雷达通讯接收器，交给彭齐亚斯和威尔逊两人做天文研究，探测银河星系发出来的射电微波信息。贝尔实验室一贯有基础和应用科学方面的深厚传统。一百多年的历史里，贝尔实验室曾九次荣获诺贝尔奖，其中就有一项半导体晶体管的伟大发明和两名华裔物理学家，朱棣文和崔琦。彭齐亚斯和威尔逊首先修整接收器。这时有两只鸽子在这个高达六米的管状天线里筑巢。两人将鸽子带到十几公里之外的地方放飞。当他们调试接收器时，发现无论接收器朝任何方向，任何物体，总是有噪声干扰。两人既使清理了这个天线，清除“白色电解介质”的鸽粪之后，依然无法去掉噪声。彭齐亚斯和威尔逊无奈中，只好问附近普林斯顿大学的迪奇求助。迪奇惊讶地发现彭齐亚斯和威尔逊所抱怨的噪声正是他自己十来年中研究探索的宇宙微波背景辐射。同时，迪奇也懊悔被彭齐亚斯和威尔逊占了先机。

这个观测和哈勃定律可以说是二十世纪天文学和宇宙学最重要的两项发现。宇宙微波背景就是弥漫在宇宙中的长波长光子。彭齐亚斯和威尔逊估算这个电磁噪声，也就是宇宙微波背景辐射的强度为3.5开氏度，有力地证实了宇宙膨胀，从高温冷却到低温的结果，同时也否定了稳态宇宙假说。彭齐亚斯和威尔逊观测的宇宙噪声对应于7.35厘米的微波。之后，人们在0.3厘米到74厘米波长范围的十来个微波测量符合他们的三开氏度宇宙背景温度的结果。1989年，美国宇航局发射宇宙背景探测器（COBE）卫星。排除了地球大气的影响，COBE精碓扫描出宇宙背景辐射的全光谱，完全符合量子黑体辐射律。宇宙背景的温度也精确确定为2.73开氏度。

COBE的主要任务是对宇宙空域进行全方位全角度的背景辐射观测。结果证实了宇宙学原上高度的各向同性。但是各处的背景温度又有极小的涨落，幅度在十万分之一左右。我猜想引有引力和电库仑力的平方反比律和宇宙膨胀相关联。这种力作用也极有可能有微弱的空间涨落效应。美国宇航局在2001年启用的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和欧洲航天局于2009年发射的普朗克卫星提供了更清晰的宇宙全景图。宇宙背景观察中的大约两度视角是一个视界范围。越过两度视角的区域属于不同的视界，意谓着光线不可能在有限时间内从一处传递到另一外，所以不可能有因果相关性。宇宙大区域的均匀性符合了暴胀理论在视界问题上的预言。同时，背景辐射的全景图上又有大尺度的温度涨落结构。这就好比撕开一张纸。纸的两半不再有任何关系。但是纸撕开的毛边又相当吻合，说明这两半边纸曾经是一整张纸的部分。宇宙的温度涨落结构也证明暴胀的存在。古斯的暴胀理论能解决多个问题，但缺陷是它还没有提出肯定的可被证伪的假设。而这些宇宙疑难问题也可以由其它的理论解释。全景图中的温度涨落也显示出宇宙中不完全均匀的物质分布，成为以后星系形成的种子。普朗克卫星的测量确定现在宇宙的年龄为一百三十八亿年。

宇宙微波背景辐射只能帮助我们了解宇宙诞生后三十七万年的形态。如果我们能精确观测中微子，就可以追溯到宇宙的更早期。中微子在宇宙泾诞生一秒钟时分离出来，预测背景中微子的温度为二开氏度。要了解暴胀前的原始宇宙只能依靠引力子观察。2015年，在爱因斯坦提出广义相对论和预言引力波整整一百年后，人类首次证实和观测到引力波。对引力子的精确观测仍然是一个遥远的事情。

--写于2022年8月19日（图片来自网络）