《一路走來的宇宙 07》

1964年，在新澤西州的貝爾實驗室接管了一台廢棄的衛星雷達通訊接收器，交給彭齊亞斯和威爾遜兩人做天文研究，探測銀河星係發出來的射電微波信息。貝爾實驗室一貫有基礎和應用科學方麵的深厚傳統。一百多年的曆史裏，貝爾實驗室曾九次榮獲諾貝爾獎，其中就有一項半導體晶體管的偉大發明和兩名華裔物理學家，朱棣文和崔琦。彭齊亞斯和威爾遜首先修整接收器。這時有兩隻鴿子在這個高達六米的管狀天線裏築巢。兩人將鴿子帶到十幾公裏之外的地方放飛。當他們調試接收器時，發現無論接收器朝任何方向，任何物體，總是有噪聲幹擾。兩人既使清理了這個天線，清除“白色電解介質”的鴿糞之後，依然無法去掉噪聲。彭齊亞斯和威爾遜無奈中，隻好問附近普林斯頓大學的迪奇求助。迪奇驚訝地發現彭齊亞斯和威爾遜所抱怨的噪聲正是他自己十來年中研究探索的宇宙微波背景輻射。同時，迪奇也懊悔被彭齊亞斯和威爾遜占了先機。

這個觀測和哈勃定律可以說是二十世紀天文學和宇宙學最重要的兩項發現。宇宙微波背景就是彌漫在宇宙中的長波長光子。彭齊亞斯和威爾遜估算這個電磁噪聲，也就是宇宙微波背景輻射的強度為3.5開氏度，有力地證實了宇宙膨脹，從高溫冷卻到低溫的結果，同時也否定了穩態宇宙假說。彭齊亞斯和威爾遜觀測的宇宙噪聲對應於7.35厘米的微波。之後，人們在0.3厘米到74厘米波長範圍的十來個微波測量符合他們的三開氏度宇宙背景溫度的結果。1989年，美國宇航局發射宇宙背景探測器（COBE）衛星。排除了地球大氣的影響，COBE精碓掃描出宇宙背景輻射的全光譜，完全符合量子黑體輻射律。宇宙背景的溫度也精確確定為2.73開氏度。

COBE的主要任務是對宇宙空域進行全方位全角度的背景輻射觀測。結果證實了宇宙學原上高度的各向同性。但是各處的背景溫度又有極小的漲落，幅度在十萬分之一左右。我猜想引有引力和電庫侖力的平方反比律和宇宙膨脹相關聯。這種力作用也極有可能有微弱的空間漲落效應。美國宇航局在2001年啟用的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）和歐洲航天局於2009年發射的普朗克衛星提供了更清晰的宇宙全景圖。宇宙背景觀察中的大約兩度視角是一個視界範圍。越過兩度視角的區域屬於不同的視界，意謂著光線不可能在有限時間內從一處傳遞到另一外，所以不可能有因果相關性。宇宙大區域的均勻性符合了暴脹理論在視界問題上的預言。同時，背景輻射的全景圖上又有大尺度的溫度漲落結構。這就好比撕開一張紙。紙的兩半不再有任何關係。但是紙撕開的毛邊又相當吻合，說明這兩半邊紙曾經是一整張紙的部分。宇宙的溫度漲落結構也證明暴脹的存在。古斯的暴脹理論能解決多個問題，但缺陷是它還沒有提出肯定的可被證偽的假設。而這些宇宙疑難問題也可以由其它的理論解釋。全景圖中的溫度漲落也顯示出宇宙中不完全均勻的物質分布，成為以後星係形成的種子。普朗克衛星的測量確定現在宇宙的年齡為一百三十八億年。

宇宙微波背景輻射隻能幫助我們了解宇宙誕生後三十七萬年的形態。如果我們能精確觀測中微子，就可以追溯到宇宙的更早期。中微子在宇宙涇誕生一秒鍾時分離出來，預測背景中微子的溫度為二開氏度。要了解暴脹前的原始宇宙隻能依靠引力子觀察。2015年，在愛因斯坦提出廣義相對論和預言引力波整整一百年後，人類首次證實和觀測到引力波。對引力子的精確觀測仍然是一個遙遠的事情。

--寫於2022年8月19日（圖片來自網絡）