郭紅鋒

自從伽莫夫團(tuán)隊(duì)提出宇宙大爆炸學(xué)說并給出了理論推導(dǎo)，甚至預(yù)言了大爆炸冷卻后的殘留輻射溫度，很多研究小組都在想辦法尋找大爆炸留下的痕跡——宇宙背景輻射的觀測(cè)證據(jù)，其中就有普林斯頓大學(xué)的狄克教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組。

此時(shí)又有一段佳話登場(chǎng)。

20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時(shí)人類已經(jīng)有了人造衛(wèi)星，并且發(fā)展起了衛(wèi)星通訊，但受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制和多種因素干擾，通訊效果并不太好。為了改進(jìn)衛(wèi)星通訊質(zhì)量，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師彭齊亞斯和威爾遜利用靈敏度很高的喇叭筒式無線電接收天線，測(cè)量各種噪聲來源以便消除其對(duì)通訊的干擾。他們?cè)诠ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)了一些出乎預(yù)料的噪音，便想盡辦法進(jìn)行甄別和排除。彭齊亞斯和威爾遜為了排除這些奇怪的噪音，進(jìn)行了鍥而不舍的努力。

他們轉(zhuǎn)動(dòng)天線朝向各個(gè)方向，觀察了人類活動(dòng)的噪聲源和自然天氣、季節(jié)等的影響。他們甚至懷疑鴿子在天線內(nèi)留下的糞便是這些噪音的元兇，因而在1965年初把天線全部拆開，進(jìn)行了一次徹底的清理。然而，所有的努力都不能消除這種神秘的來自天空各個(gè)方向、性質(zhì)相同、波長(zhǎng)7.35厘米（相當(dāng)于3K背景輻射）的噪音源。

正在這時(shí)，彭齊亞斯和威爾遜聽說，距離他們50千米的普林斯頓大學(xué)狄克教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，正在研究宇宙早期留下的“殘余的輻射”問題。狄克小組甚至已經(jīng)建造了一臺(tái)低噪音的天線著手去測(cè)量這種輻射。彭齊亞斯和威爾遜請(qǐng)狄克教授幫助分析他們接收到的噪聲來源，雙方討論后一致得出結(jié)論：這揮之不去的噪音正是普林斯頓狄克小組煞費(fèi)苦心要尋找的“宇宙背景輻射”。于是，這2個(gè)小組分別寫了文章，發(fā)表在1965年7月的《天體物理學(xué)月刊》上，受到全球科學(xué)界極大的關(guān)注。

宇宙背景輻射的發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一，是20 世紀(jì)天文學(xué)的一項(xiàng)重大成果，對(duì)宇宙學(xué)的研究具有深遠(yuǎn)影響。宇宙背景輻射的觀測(cè)有助于研究早期宇宙，并能幫助人們更多地了解星系和恒星的起源，為宇宙起源的大爆炸理論提供了有力的支持。彭齊亞斯和威爾遜因此獲得1978 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

彭齊亞斯和威爾遜都有學(xué)習(xí)和研究天體物理的背景，他們來到貝爾實(shí)驗(yàn)室是因?yàn)檫@臺(tái)特別靈敏的喇叭筒式天線。他們的工作目標(biāo)雖然是測(cè)量無線電通訊的噪聲，但他們的專業(yè)素養(yǎng)、對(duì)未知事物的敏感以及對(duì)工作精益求精的態(tài)度，使他們?cè)诮邮盏搅宋⑷醯奈粗肼曅盘?hào)后并沒有因儀器誤差、信號(hào)微弱、不穩(wěn)定等因素忽略探索，而是千方百計(jì)地尋根朔源。正是他們?cè)诠ぷ髦胁缓雎匀魏渭?xì)節(jié)和鍥而不舍的探究精神使他們贏得了科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)。雖然經(jīng)常有人說這是偶然的無心插柳，但卻隱含著必然的結(jié)果成蔭。

彭齊亞斯和威爾遜測(cè)量到的宇宙背景輻射，只是地球表面可以接受到的很窄的波段。科學(xué)家想要知道在地球之外宇宙更廣大的空間里那些殘留輻射的情況。于是，美國(guó)國(guó)家航空航天局（以下簡(jiǎn)稱為NASA）在1989年發(fā)射了COBE衛(wèi)星（宇宙背景探測(cè)器）。它攜帶的儀器之一測(cè)量了整個(gè)天空中波長(zhǎng)為0.1至10毫米的微波輻射強(qiáng)度，于1992年發(fā)表的觀測(cè)數(shù)據(jù)出乎意料地與理論數(shù)據(jù)吻合，被科學(xué)家譽(yù)為 “就像看到了上帝的指紋”。

隨后NASA于2001年又發(fā)射了威爾金森微波各向異性探測(cè)器（WMAP），進(jìn)一步確定了宇宙的年齡和組成。

2009年，歐空局發(fā)射了普朗克衛(wèi)星。該衛(wèi)星以更高的分辨率測(cè)繪了宇宙微波背景的各向異性。2013年，從該探測(cè)器收到的數(shù)據(jù)又提供了一些關(guān)于宇宙年齡、暗物質(zhì)、普通物質(zhì)、暗能量含量的驚人結(jié)果，并測(cè)量了哈勃常數(shù)的數(shù)值。

目前為科學(xué)界所普遍接受的宇宙起源理論認(rèn)為，宇宙誕生于距今約137億年前的一次“大爆炸”，宇宙微波背景輻射是“大爆炸”的“余燼”，大尺度上均勻地分布于整個(gè)宇宙空間。

宇宙微波背景輻射探測(cè)器數(shù)據(jù)繪制的全天空?qǐng)D中溫度的微小波動(dòng)，對(duì)應(yīng)著微小的物質(zhì)密度過低和過高，最終導(dǎo)致了我們今天在宇宙中看到的大規(guī)模結(jié)構(gòu)。較紅的區(qū)域代表高于平均溫度，較藍(lán)的區(qū)域表示比平均溫度更冷。這些印記反映了在宇宙存在的早期就出現(xiàn)的漣漪。目前的理論是，這些漣漪產(chǎn)生了目前由星系團(tuán)和暗物質(zhì)組成的巨大宇宙網(wǎng)絡(luò)。