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宇宙起源之谜
 

夜复一夜,斗转星移,宇宙之舞似乎亘古未变。然而,直到最近,我们才刚刚开始了解一个最基本的问题的答案:宇宙究竟始于何时?

我们的故事要从1962年讲起,并且要从电话讲起。也许你会觉得奇怪:宇宙的年龄同电话有什么关系?别着急,让我们慢慢道来。

那一年,美国电话电报公司(也称“美国电信”)的一颗通讯卫星上了天,它也是第一颗真正连接了全球通信网络的通信卫星。不过,既然是第一颗,就难免会有一些小问题,其中之一是:由这颗卫星传输的呼叫总是带有恼人的“嘶嘶”声。“美国电信”的工程师们当时认为,问题可能出在卫星与地面之间的联系方式上,这种方式运用了一种被称为“微波”的能量。

电话机是十分简单的机器,所有电话机的工作原理基本上都是一样的,就是根据发话或受话的要求,把声波转换成电子脉冲,或者把电子脉冲转变成声波。而通信卫星则进了一步,就是把电子脉冲转变成微波和无线电波这两种光的形式。

光有多种形式,我们最熟悉的只是其中的一种形式——可见光,比如彩虹的七色光(赤橙黄绿青蓝紫)。之所以会有色彩之分,只是因为光的波长不同。紫光的波长最短,红光的波长在可见光中最大,所以可见光的波段到了红光就中止了。波长比可见光大的光是红外线,虽然你看不见它,却能感受到它的热度,物体发出的热就是红外线。波长比红外线大的光是微波,而无线电波则是波长最大的光。微波和无线电波都能穿越地球的大气层,在太空中穿行,所以它们都被用在了卫星通信上。

事实上,夜空中的一切物体都随时在以微波和无线电波的形式放出能量。所以,我们既可以利用可见光来为银河系拍照,也可以在无线电波段为银河系“摄像”。在第二次世界大战之后,利用无线电和微波探测太空的科学——射电天文学诞生了。

1964年,应“美国电信”贝尔实验室的请求,美国射电天文学权威罗伯特·威尔逊和阿诺·彭齐亚斯前来检查全球首颗通信卫星在传送电话时出现“嘶嘶”噪声的原因。威尔逊和彭齐亚斯把科学探案的目标放在接收通信卫星信号的巨型天线上。为了测试这部天线的性能,他们将天线指向通信卫星信号根本不能覆盖的太空,以为这样天线就收不到信号。然而大大出乎他们预料的是,天线竟然接收到了一种微弱的微波信号,而这一信号显然是来自空旷的太空。

“这肯定不对劲!”威尔逊和彭齐亚斯想。“一定是从别的什么地方发出的微波‘迷路’走到了这里。”为了查找原因,他俩甚至爬到了天线的顶端,去赶跑在那里筑巢的一对鸽子,又将掉进天线装置内部的鸽粪清除掉,因为鸽粪也是可能的微波源。

经过一番折腾之后,那种“嘶嘶”的噪声却并未被消除。更奇怪的是,无论将天线指向天空中的何处,都会接收到那种微弱的微波信号。难道是地面信号源在“作祟”?经检查之后,这一可能性也被排除了。这下子,威尔逊和彭齐亚斯就更加迷惑了:信号源究竟在哪里呢?

威尔逊和彭齐亚斯百思不得其解,不过,奇怪的微波噪声却很符合一种看起来非常极端的观点。该观点的提出者是新泽西州普林斯顿的一组物理学家,他们当时正试图证明:整个宇宙都是在数十亿乃至上百亿年前的一次能量大爆发中诞生的。普林斯顿专家组的领头羊罗伯特·迪克有一种直觉:爆发产生的一部分能量至今依然能够被探察到,这些能量的表现形式就是太空中微弱的微波噪声。为了证明自己的预感,迪克请组里的年轻博士后戴维·威尔金森利用余暇组装一部小型天线。正在这个时候,迪克就接到了彭齐亚斯和威尔逊打来的电话。接完电话,迪克感到一阵狂喜,因为他认为威尔逊和彭齐亚斯已经取得了宇宙学有史以来最大的发现,自己对“宇宙在‘大爆炸’中诞生”这一推论由此得到证明!

所谓“大爆炸”,是指宇宙中的所有物质、所有能量都是在一瞬间诞生的。真奇妙啊!仅仅一次大爆炸,就胀满了整个宇宙!其后,随着宇宙的膨胀,那次大爆炸之光的波长被拉得越来越长,终于从可见光变成红外线,又从红外线转变成微弱的微波,并充满天空。而威尔逊和彭齐亚斯用天线探察到的“奇怪”微波,其实正是那次“大爆炸”的余晖,后来被命名为“宇宙微波背景辐射”。

正是威尔逊和彭齐亚斯的这一伟大发现让宇宙学真正成为了一门科学,人类对宇宙的认识从此发生了翻天覆地的改变。因此,虽然这一重大发现来得有些偶然、有些幸运,但是威尔逊和彭齐亚斯还是当之无愧地获得了1978年度的诺贝尔奖。

现在已经知道,要想探察“大爆炸”的痕迹,其实一点都不难,只需找来一台手动转换频道、具有兔耳式天线的老式电视机,扭动频道开关,指向两个台之间,屏幕上一定会出现雪花状的光斑,扬声器则会发出噪声,其中大部分都是来自当地的“迷失”的无线电波,但也有大约1%的“雪花”和噪声来自“大爆炸”所产生的宇宙微波背景辐射。

“大爆炸”的发现无疑是非常重大的,不过,从这一大发现的取得开始,恼人的问题就接踵而至。根据“大爆炸”理论,正是“大爆炸”创生了宇宙中的一切,包括物质和能量。在现在的宇宙中,物质都被压缩成团,构成了由一个又一个的巨大星系组成的网状结构,各个星系之间空空如也。可是,威尔逊和彭齐亚斯所看见的“大爆炸”的微波余晖却并未显示出任何结构。这显然是一个很大的问题。

“大爆炸”的微波余晖在天空中分布得十分均匀,也就是说到处都一样。如此来看,由“大爆炸”演变而来的宇宙也应该是均匀分布的,就像是没有形状的雾一样。人们自然要问:现在的宇宙为什么不是一团雾,而是充斥着一堆一堆的东西——星系、恒星和行星?

……



 
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