认识宇宙

宇宙是如何诞生的

人们总是对浩瀚无边的宇宙浮想联翩，宇宙究竟是怎样诞生的？为了解开放宇宙的奥秘，科学家从未停止探索的脚步。伽莫夫（George Gamow）是一位美籍俄国科学家，他在20世纪中叶提出了大霹雳学说（Big Bang）。这种“奇思异想”是怎么产生的呢？这就要从1929年说起了。

那一年，美国天文学家哈伯（Edwin Powell Hubble）偶然发现：银河外星系的绝大多数星系，都在逐渐远离银河系。由此他进一步推断，宇宙可能正在逐渐膨胀，导致各个星系彼此之间越来越远。

听闻这个新发现后，伽莫夫由此逆向推理得出一个结论：如果时间倒流，那么在某个很早的时间，这些星系的状态有可能都是“挤成一团”。可是，这些“挤成一团”的物质，怎么会演变成现在许多“碎片”的呢？最合理的解释，就是宇宙曾发生过一场“大霹雳”。

伽莫夫的研究

1948年4月，经过大量的研究后，伽莫夫与天体物理学家阿尔菲（Ralph Asher Alpher）、贝特（Hans Bethe）共同在美国《物理评论》（Physical Review Letters）杂志上发表了一篇关于宇宙起源的文章，认为宇宙的空间在200亿年前极其微小，其中所有的物质都在“奇异点”或“原始火球”内紧紧地挤著，而温度极高，可达到摄氏1兆度。然而突然有一天，“奇异点”发生了巨大的爆炸，一个新的宇宙从此诞生了。宇宙在大霹雳后的10－43秒内，温度可达摄氏1兆度。

在这个时候，宇宙中只有高能量的粒子，还没有太阳、地球和月亮等天体。但是，宇宙这种状态的持续没有超过1秒钟。因为大霹雳之后，宇宙温度开始急剧下降，下降到大约摄氏100亿度时，宇宙演化的另一个阶段就开始了。而原子、分子也随著温度的继续降低开始相继出现，此后这些原子、分子又演化成气体云。而现在我们知道的行星、恒星等多种天体，都是气体云长期演化的产物，太阳系则直到51亿年前才真正形成。

伽莫夫一发表这篇文章，就在轰动了科学界，该文章成为现代宇宙学中最经典的文献之一。因此后来最初那次爆炸性的宇宙开端，就被人们称为“大霹雳”（或译“大爆炸”）。

伽莫夫理论的影响

伽莫夫不仅提出了大霹雳理论，还预言宇宙大霹雳后，随之而来的反应，使宇宙存在有一种微波辐射。辐射的波长在这个过程中逐渐由短变长，由强变弱，直到变成微波辐射。专家推测，目前这种辐射的强度相当于5K（热力学温度单位，0K等于－273℃，也称为绝对零度）左右的温度。

科学家们为了证实伽莫夫的预言，开始在茫茫宇宙中探寻大霹雳的遗迹。为了探测来自宇宙的这种微波辐射，无线电天文学家们还运用了雷达技术，但都没有取得实质性的进展。直到1965年，“宇宙大霹雳的余者”终于被发现了，发现者是美国科学家彭齐亚斯（Arno Penzias）和威尔逊（Robert Woodrow Wilson）。　

彭齐亚斯和威尔逊一开始只是在改良研究人造卫星的通讯，他们架起了一个喇叭型的高灵敏度定向接收天线系统，从而避免干扰卫星通讯的各种因素（尤其是无线电杂讯）。他们在估测所有杂讯源之后，意外地发现一个相当于3.5K的杂讯温度，而这种杂讯始终无法消除；更令他们困惑的是，杂讯的变化不随季节交替而变化，毫无方向性和周期性，这就说明它与太阳毫无关系。两位工程师百思不得其解，并将天线拆装了好多遍，这种奇怪的杂讯依然无法去除。

两人对杂讯产生了极大兴趣，经过反复实验后最终得出结论：这种杂讯处于微波波段，实际有效温度为3.5K，而且这种杂讯绝不是来自人造卫星。

恰好在这时，彭齐亚斯也注意到美国普林斯顿大学的一篇论文，该文提到，太空中充满了宇宙背景辐射（早期宇宙大霹雳后的残余辐射），这种辐射大约在3公分波长处会产生微波杂讯，其温度相当于10K。彭齐亚斯打电话给负责该论文研究课题的迪克教授（Robert H. Dicke），而迪克立即意识到，彭齐亚斯的发现可能正是自己长期以来想要探求的微波。

迪克研究小组在半年之后使用了更先进的仪器，开始在3.2公分波长上观测宇宙微波背景辐射，并很快有了新的进展。目前，宇宙微波背景辐射的实际辐射温度，已被成功地测算出是2.73K。大多数科学家认为，彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射，就是当年宇宙大霹雳的“余烬”。天文学界将这一极具科学价值的意外发现（1960年代天文学的四大发现之一）命名为“3K宇宙微波背景辐射”。