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为什么说宇宙背景辐射的发现是20世纪天文学的一项重大成就

火烧 2016-11-03 02:02:58 1055
1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊,正从事研制人造卫星通讯系统的工作,出乎意料的是,他们通过巨大的喇叭形天线接收到一种无线电干扰噪声。这种噪声在天空中的任何方向上都能接收到,不仅在各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无变化。

1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊,正从事研制人造卫星通讯系统的工作,出乎意料的是,他们通过巨大的喇叭形天线接收到一种无线电干扰噪声。这种噪声在天空中的任何方向上都能接收到,不仅在各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无变化。



难道是仪器本身有毛病吗?或者是栖息在天线喉部的鸽子引起的?他们把天线拆开重新组装,依然接收到那种无法圆满解释的噪声。

这种噪声是在微波波段,所对应的实际有效温度为3.5K温度的物体会辐射出这样的电磁波。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。

不久,彭齐亚斯在给一位朋友打电话时提及此事,那位朋友告诉他,一位署名皮伯尔斯的科学论文预印本中提到,根据“大爆炸宇宙学”家的预言,在3厘米波长处应有相当于10K的微波噪声;根据物理学上辐射能量与波长成反比的规律,现今人们如果能观测到(150亿年前)大爆炸的余热,这种辐射就应当是在波长较大的射电和微波波段,而且大爆炸后的残余辐射应随着宇宙的膨胀而充满我们观测的宇宙。皮伯尔斯是美国普林斯顿大学以迪克教授为首的一个科研小组成员。


迪克曾于战后从事太阳和月球的射电观测工作,后来从事宇宙学研究。当时他正准备在3.2厘米波长上进行宇宙背景辐射的测量工作,并已开始装置新的灵敏度很高的仪器。皮伯尔斯的那篇论文正是根据迪克的一些观点写出的。彭齐亚斯听到这些信息后,立刻与迪克通了电话,不久,他们便进行了互访。半年之后,迪克小组的仪器建成,并在3.2厘米波长上观测到了宇宙微波背景辐射。经进一步测算,得出辐射温度是2.7K,后来一般称之为3K宇宙微波背景辐射。由此,终于证实了彭齐亚斯和威尔逊在此之前的这一重要发现。

这一发现,使许多从事大爆炸宇宙学研究的科学家们获得极大的鼓舞。他们认为,我们的宇宙从最初的高温状态膨胀到现在,已经很冷了,根据计算,大爆炸后的残余辐射量很小,相应的温度大约是6K。而彭齐亚斯和威尔逊等人的观测结果竟与理论预言的温度如此接近,正是对大爆炸宇宙学的一个非常有力的支持!这是继1929年哈勃发现星系谱线红移之后的又一重大的天文发现。

宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供了一个新的根据。它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出,这一发现,使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。

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