 宇宙照片中99.9%的光子不是来自恒星或星系，而是源于大爆炸的余热 试想一个十分久远的文明，它笼罩在创世余晖之下。宇宙之主仍十分年轻，宇宙中极少几处有生命迹象。诸神望向无际的深空顿感寂寞，满腔心绪无人述说。 ——阿瑟·C. 克拉克（Arthur C. Clarke） 大爆炸的火球有些像核爆炸的火球，但核爆炸的火球热量在一小时内、一天内或一周内就会消散开来。相比而言，大爆炸的热量就无处消散了，只能在宇宙中徘徊。事实上，宇宙里也只有大爆炸的产物。时至今日，大爆炸遗留的热量仍充斥着宇宙，围绕着我们。在过去138.2亿年的膨胀中，热量已然冷却下来再也无法发出可见光，只能释放出一种不可见的光，即微波辐射。 微波对你而言一定不陌生，它应用于手机通信、加热食品、传播电视节目等领域。如果你用过老式电视，当你切换频道时，中间会有画面停顿现象或者雪花出现在屏幕上，大约1%的画面停顿和雪花就可能来自大爆炸产生的微波辐射（在调长波段电台时，中间停顿的空白也是同样的道理）。这些微波在被你家电视天线捕获之前，已经在宇宙中飘荡了138.2亿年，上次它们接触到的其他事物是宇宙开端的那个火球。 事实让人震惊，宇宙中99.9%的“光”，也就是光子都来源于大爆炸的余晖，仅0.1%的光子是源于恒星以及星系。这就是宇宙最为惊人的特征：宇宙微波背景辐射。如果你有双能看见微波的眼睛，那么你眼前的世界，包括空空如也的空间都会发出白亮的光。你就像是住在一个大灯泡里。科学家直到1965年才发现宇宙微波背景辐射，而且完全出于意外。 宇宙写真の光子の99.9%は恒星や銀河ではなくビッグバンの余熱です 創造の残光に包まれた非常に古い文明を考えてみます宇宙の主はまだ若く、宇宙には生命の痕跡がごくわずかしかありません。神々は果てしない深い空を見て寂しさを感じ、胸いっぱいの思いを語りません。 アーサー・C・クラークです 大爆発の火球は核爆発の火球に似ていますが、核爆発の火球の熱は一時間、一日、一週間で消えてしまいます。それに比べて、ビッグバンの熱はどこにも逃がさず、宇宙をさまようことになります。実際宇宙にはビッグバンの産物しかありませんビッグバンの熱は今も宇宙を包み、私たちを取り巻いています。過去138億2000万年の膨張の中で、熱は冷却されて可視光を出すことができなくなり、マイクロ波放射という目に見えない光を出しています。 マイクロ波はあなたにとってきっと不慣れではなくて、それは携帯電話の通信に応用して、食品を加熱して、テレビ番組などの分野を伝播します。古いテレビを使ったことがある人は、チャンネルを切り替えるときに途中で画面が途切れたり、雪が降ったりすることがあります。このときの約1%の途切れや雪は、ビッグバンによるマイクロ波放射の可能性があります(長波局の場合も同様です)。これらのマイクロ波は、あなたの家のテレビアンテナに捕捉される前に、138.2億年も宇宙を漂っていました。最後に彼らが接触した他のものは、宇宙の始まりの火球でした。 驚くべきことに、宇宙の「光」である光子は、ビッグバンの残光の九九・九%に由来し、わずか〇・一%が恒星や銀河に由来しています。これが宇宙の最も驚くべき特徴です宇宙マイクロ波背景放射ですマイクロ波が見える目があれば、何もない空間も含めて目の前の世界が白く光ります。大きな電球の中に住んでいるようなものです科学者は1965年まで宇宙のマイクロ波背景放射を発見していませんでした。 但是，我们周围的所有事物都会发出微波，我们便难以分辨哪些是大爆炸发出的。这正是1964年新泽西州霍姆德尔的两位科学家——阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）碰上的难题。这两人被巨型喇叭状微波探测器吸引到贝尔实验室工作。彭齐亚斯和威尔逊想用探测器研究天文学，探测疑似围绕银河系的超冷氢气。由于两人预测该气体微波十分微弱，所以首先他们要测量其他微波源，比如说，近处的树木、建筑、天空，甚至是探测器本身，等等。然后他们再将这些干扰源剔除，剩下的可能就是需要的微波信号。 但当他们把所有干扰源都剔除后，仍有稳定的静电“咝咝”声。这样的微波应当是由一种温度比绝对零度高3摄氏度，即零下270摄氏度的物质辐射产生的。最开始，两人认为这是纽约市发出的微波，因为纽约正好在霍姆德尔地平线上。但是，当他们将探测器的喇叭口向着天空或者背对纽约市时，噪声依旧存在。然后他们又猜测微波源应该是太阳系中的一些会发出无线波的天体，如木星。但几个月过去了，地球沿轨道绕太阳运转，但噪声依旧稳定不变。彭齐亚斯和威尔逊甚至想过是不是附近核弹试验产生的高速电子飞入大气产生的噪声。然而，这种噪声一直很稳定不随时间改变，这并不符合任何猜测的特征。 最后，无奈的两位天文学家将目光锁定在了两只鸽子上。它们在探测器狭窄的底部建了个鸟巢。因为探测微波用的电子设备也固定在“喇叭”的底部，而设备配置的冷藏器会散发热量。所以鸽子们选择了这个舒适温暖的住处，这是新泽西州严冬的最佳住所。彭齐亚斯和威尔逊发现鸽子们在微波探测器的内部覆盖了一层白色的介电材料，即大家熟知的鸟粪。那么，是不是鸟粪发出的微波造成了这稳定的静电噪声呢？ しかし、身の回りのあらゆるものがマイクロ波を発しているため、何がビッグバンの原因なのかわかりません。これは、1964年にニュージャージー州ホムデルのアルノ・ペンジアスとロバート・ウィルソンという2人の科学者が直面した問題です。この二人は、巨大なラッパ状マイクロ波に引き寄せられて、ベル研究所で働くことになりました。ペンジアス氏とウィルソン氏は、探査機を使って天文学を研究し、銀河系を周回していると思われる超冷たい水素ガスを探ろうと考えていました。二人はこのガスのマイクロ波が非常に弱いと予測したので、まず他のマイクロ波源、例えば近くの木、建物、空、さらには検出器自体を測定しました。干渉源を除去して必要なマイクロ波信号だけを残しました 邪魔なものをすべて取り除くと「しゅんしゅん」という静電気の音がしましたこのようなマイクロ波は、絶対零度よりも3度高いマイナス270度の物質から放射されるはずです。最初2人はこれをホムデルの地平線上にあるニューヨーク市からのマイクロ波だと考えましたしかしホーンを空に向けたりニューヨーク市に背を向けたりしてもノイズは残りますそしてマイクロ波源は木星のような太陽系の天体ではないかと推測しましたしかし、数ヶ月が経ち、地球は太陽の周りを周回していますが、ノイズは安定しています。ペンジアスとウィルソンは、近くの核実験で発生した高速電子が大気中に流れ込んでくるノイズではないかと考えたほどです。しかし、このノイズは時間とともに変化することなく安定しており、どのような特徴とも一致しません。 仕方なく二人の天文学者は二羽の鳩に目をとめました。探査機の狭い底に巣を作っていますマイクロ波を探知するための電子機器も「スピーカー」の底部に固定されていて、そこに設置されたクーラーが熱を発散するからです。鳩たちはこの暖かい快適な場所を選びました真冬のニュージャージー州には最適な場所ですペンジアスとウィルソンは、ハトたちがマイクロ波探知機の内部を白い誘電体で覆っていることを発見しました。では、鳥のふんの発するマイクロ波が、静電気ノイズを安定させているのでしょうか。 两位天文学家捕获了鸽子，还附上推荐信把鸽子送往别处安家。然后他们穿上威灵顿长筒靴，拿着结实的扫帚钻进“喇叭口”里收拾干净鸟粪。但是结果与他们预期相反，稳定的噪声仍旧存在。 直到1965年的春天，两人在天文学上一无所获。一次彭齐亚斯给他一个科学家朋友打电话，忍不住向朋友抱怨他和威尔逊在霍姆德尔遇到的倒霉事，结果他朋友一听这事儿，立马来了精神。他朋友先前听过理论家吉姆·皮布尔斯（Jim Peebles）的演讲，演讲中提到普林斯顿大学正在进行一项实验，旨在探测大爆炸余晖的热量。普林斯顿大学离霍姆德尔只有30英里的距离，彭齐亚斯一放下电话，立刻就给皮布尔斯的老板，普林斯顿大学的罗伯特·迪克（Robert Dicke）打了个电话。迪克当时正在办公室里吃便餐，研究小组成员都和他坐在一起。迪克刚放下彭齐亚斯的电话，他扭头告诉他的同事们说道：“啊哈，咱们有料啦！” 现在我们已经知道由彭齐亚斯和威尔逊发现的微波辐射与绝对零度以上2.726摄氏度发出的辐射相匹配。“大爆炸余晖发出的微波辐射与你家的微波炉发出的微波一样，只是能量要低得多，”史蒂芬·霍金这么解释道，“不过，用它来加热比萨的话，只能加热到零下271.3摄氏度。呃，这连解冻都不行，更别提烹饪了！” 二人の天文学者は鳩を捕獲し、推薦状を添えて別の場所に住まわせました。それから彼らはウェリントンの長靴をはいて、丈夫なほうきを持ってラッパの中にもぐりこみ、鳥のフンをきれいにしました。しかし結果は予想に反して安定したノイズが残っていました 1965年の春まで、二人は天文学の成果を得ることができませんでした。あるときペンジアスは友人の科学者に電話をかけ、ウィルソンとホムデルでの不運を訴えたところ、その友人はすぐに元気を出したそうです。彼の友人は以前、理論家のジム・ピーブルズの講演を聞き、プリンストン大学でビッグバンの残光の熱を検出する実験が行われていると話していました。プリンストン大学はホムデルから30マイルしか離れていませんでしたペンジアスは電話を切るとすぐにピープルズの社長でプリンストン大学のロバート・ディックに電話をかけましたディックは研究チームのメンバーと一緒にオフィスで食事をしていましたペンジアスと電話を切ったディックは同僚たちを振り向いて言いました ペンジアスとウィルソンが発見したマイクロ波放射は、絶対零度以上の摂氏2.726度からの放射と一致することがわかっています。「ビッグバン残光のマイクロ波放射は、あなたの家の電子レンジのマイクロ波と同じですが、エネルギーはかなり低いです」とスティーヴン・ホーキングは説明する。解凍もできません調理もできません!」  彭齐亚斯和威尔逊因发现宇宙背景辐射，证明宇宙起源于大爆炸，从而荣获1978年诺贝尔物理学奖。有人问，那两只鸽子后来怎样了呢？呃，鸽子有归巢的习性，所以它们又飞回了霍姆德尔探测器了。没办法，就只能干掉它们了。但是，它们的鸟粪却名垂科学史，广泛流传在各种天文学书本中。这个乌龙应该是物理学史上对鸟粪最大的一次误会。 ペンジアスとウィルソンは宇宙背景放射を発見し、宇宙の起源がビッグバンであることを証明したことで、1978年にノーベル物理学賞を受賞しました。二羽の鳩はどうなったのでしょう?ええと、ハトは巣に帰る習性があるので、ホムドル探知機に戻ってきたんです。仕方がないから、やっつけるしかありません。しかし、彼らの糞は科学史に名を残し、様々な天文学の書物に広く流布しています。このウーロンは、鳥のフンに対する物理学史上最大の誤解であるはずです。 |
|
|
