宇宙荡夫 宇宙膨胀背后的故事:宇宙大爆炸的余波( 三 )
阿尔夫、赫尔曼、迪克和皮布尔斯研究的宇宙温度不是恒星、介质甚至分子的温度。在他们的理论模型中,大爆炸开始时的宇宙又热又密,充满了光辐射和质子、中子等基本粒子,它们相互搅拌成一个球。当宇宙最终膨胀冷却,直到质子和电子能够结合成稳定的氢原子时,光子就可以在宇宙中自由运动——也就是所谓的宇宙第一缕光。当时光子能量非常高。经过100多亿年的膨胀和冷却,光子的波长随着空不断加长,其频率也相应红移至更低。直到今天,根据他们计算出的宇宙温度,那些光子应该主要来自能量很低的无线电波段,也就是微波波段。
这些光子,如果有的话,直接来自大爆炸开始时的鸡蛋,充满了当时并不是很大的宇宙。在今天的宇宙中,它们平均分布在空各处,无处不在,成为宇宙不变的背景。因此,它们被称为“宇宙微波背景”。
阿尔夫和赫尔曼曾在大学和学术会议上发表了一系列演讲,希望引起微波专家的兴趣,寻找和探索BIGBANG的遗迹,但没有人回应。人们要么不相信这个寓言,要么认为即使这样的微波信号存在,也会太弱而无法被探测到。
令他们沮丧的是,就连他们的导师,一直喜欢“异端”的加莫也不买他们的账。后来他们相继找到了不同的新工作,分道扬镳,没有继续这个话题。伽莫夫在学术上甚至更同情其他人,如沃森、克里克和费曼,他们刚刚发现了脱氧核糖核酸的双螺旋结构,试图破解生命基因编码的秘密。在接下来的十年里,大爆炸理论陷入了低迷。阿尔夫和赫尔曼提出的微波背景被遗忘了,直到迪克和皮布尔斯重新发现了它。
就在迪克和他的学生们都准备好被打开和检测的时候,迪克接到了一个意想不到的电话。
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1957年10月4日,苏联成功发射了第一颗人造卫星。第二年,美国匆忙成立了NASA,以应对新时代的挑战。美国宇航局试图探索卫星的实用价值。他们最早的尝试之一是发射一个简单的球体,它在轨道内爆炸膨胀,成为大气层外的一个大气球。气球表面涂有铝金属,可以反射电磁波。就这样,他们从西海岸的加利福尼亚发射微波信号,经卫星反射回地球表面,再由东海岸贝尔实验室的天线接收,成功实现了横跨北美大陆的微波通信。
这颗气球卫星只是被动反射电磁波,能够返回地球表面的信号非常微弱。贝尔实验室为此专门制作了一个大型微波天线。接收微波的天线不同于我们熟悉的卫星天线。它不是抛物线盘,而是像早期的方形高音扬声器。这个天线长15米,喇叭口6米见方。它以它的城镇命名为“家庭喇叭天线”。威尔逊看中了这个罕见的高灵敏度、低噪声的家伙,认为可以用它来勘测银河系的微波分布。因此,他们着手校准天线,一个接一个地消除可能的误差和环境噪声。
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彭齐亚斯和威尔逊在贝尔实验室的“霍姆德尔喇叭天线”前。
在消除了所有可识别的噪音后,他们被一种奇怪而顽固的噪音所困扰。这种噪音日夜都存在。他们将天线指向邻近的繁华城市纽约,然后转向相反的方向进行比较,但没有区别;他们耐心地跟踪测量了几个月,让地球绕着太阳转,在噪音中没有发现任何季节变化。他们仔细检查了仪器,发现几只鸽子在天线上筑巢。于是他们煞费苦心地拆开天线,小心翼翼地清理多年积累的鸟粪。他们把鸽子赶到很远的地方放飞,但是善于找路回家的鸽子很快就回来了,所以他们不得不拿起猎枪来解决这个干扰源。然而,在天线上测量的信号保持不变:它一直无处不在。
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