宇宙荡夫 宇宙膨胀背后的故事:宇宙大爆炸的余波( 二 )
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二战后,普林斯顿大学的迪克教授对广义相对论和宇宙学产生了兴趣。每周有一天,他和他的学生们会在一片广阔的海洋中讨论这个话题空,直到晚上他们才会一起去镇上的小商店喝酒吃披萨。他不满足于大爆炸理论和稳态理论,因为在这两种理论中,宇宙中的物质属于“无中生有”。他更喜欢弗里德曼对“振荡宇宙”的描述:宇宙不断膨胀和坍缩,所以它周期性地来回运动。这样,宇宙中的物质一直存在,只是密度在变化。
20世纪60年代中期,霍伊尔和同事合作解决了一个加莫夫等人未能解决的难题:宇宙中最初的基本粒子只能通过中子俘获过程产生最简单的原子,锂原子上方出现“断链”,无法维持。霍伊尔等人开发了一套在恒星内部高温高压条件下产生较重原子的反应链,解开了宇宙万物起源之谜。但由于这个原因,较重的原子必须在宇宙膨胀的后期和大量恒星出现之后才能出来。
因此,迪克认为,如果宇宙来回振荡,这些后来的原子必须在宇宙崩溃期间消失,然后才能在下一轮膨胀中再生。而它们消失只是因为坍缩的宇宙已经进入超高温状态,从而所有的原子都被剥离并还原成质子和中子等基本粒子。
迪克认为宇宙的温度可以计算出来。他指导学生皮布尔斯做理论计算。皮布尔斯很快得出结论,宇宙的温度应该是10度左右的绝对温度,因为它最初的高温膨胀和冷却。
那是1964年,阿尔夫和赫尔曼关于宇宙温度为5度的论文已经发表了16年。迪克似乎完全不知道他们的工作,或者完全被遗忘了。他的振荡宇宙的坍缩过程,其实就是爱丁顿和伽莫夫想象的时间逆转的宇宙“倒带”过程。作为理论模型,两者没有区别。
皮布尔斯写完论文并提交后,他被匿名审稿人召回,指出他们不应该忽视阿尔夫、赫尔曼等人的工作。Peebles按要求改装后仍未通过海关。但是迪克没有太在意。他已经开始了下一步行动。
与伽莫夫的手下不同,迪克本人是真正的微波技术专家。他在1946年发明了“迪克辐射计”,这是微波天线最常用的接收器。他也是一个优秀的实验者。他在思索宇宙的同时,还用现代手段重复了传说中的比萨斜塔伽利略实验,超高精度地证明了物体在引力场中的运动与质量无关。
这时,他和另外两名学生迅速在普林斯顿大学地质系的屋顶上安装了微波天线。寻找大爆炸的遗迹。
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迪克的两个研究生和他们在普林斯顿制造的用于探测宇宙微波背景辐射的微波天线。
大爆炸发生在100多亿年前,在实验室里不可能重复,所以不可能直接观测到。阿尔夫、赫尔曼、迪克和皮布尔斯推导出的宇宙温度是大爆炸的直接后果或“残余”。迪克认为这应该是可以观察到的。
宇宙不是一个热平衡的世界。无数恒星内部正在发生强烈的热核反应,它们的表面不断发光发热。它们的表面温度至少有几千度,内部温度在几十亿度左右。
然而,从空和体积来看,恒星在宇宙中只占据了微不足道的存在:它们只是我们地球人眼中的“小星星”。光宇的其余部分是一个黑暗而寒冷的世界。
然而,早在20世纪初,天文学家就发现恒星并非完全空空,而是充满了成分和来源不明的气体和尘埃,一般称之为“星际介质”。1940年,加拿大天文学家麦克凯拉也观察到这些介质中存在有机分子。他测量了氰自由基的旋转光谱,计算出它的能量分布相当于2.4度的绝对温度。如果假设这些介质和分子与其周围环境处于热平衡,那么这些介质所处的空之间的温度约为2.4度。然而,直到1960年去世,mckayla的数据并没有引起人们的注意。
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