从哈勃到哈勃深空场（五）—“瞎猫”撞“诺奖”

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本期为从哈勃到哈勃深空场第五篇，上一篇为：《从哈勃到哈勃深空场（四）—'A Day Without Yesterday'》

“等待戈多”

1949年是个极不平凡的一年，这一年顶级学术期刊《自然》发表了阿尔弗和赫尔曼的一篇论文，文中不仅预言了宇宙起源于一次大爆炸，而且还理论计算出这次大爆炸的余温——宇宙微波背景辐射，为5K。遗憾的是，这个石破天惊的结论石沉大海，就像勒梅特当初的遭遇一样，没有引起学界的注意，被世人渐渐忽视。

提出宇宙大爆炸观点的勒梅特，提出大爆炸模型的伽莫夫，预言并计算出大爆炸余温的阿尔弗和赫尔曼开始了他们漫长的等待。就像等待戈多的两个流浪汉一样，他们期待着自己的预言最终得以证实，期待着宇宙起源面纱揭开的那一天。

你在干什么？我在等待戈多。

他什么时候来？我不知道。

我是在等待我的戈多，我却真的不知道他会什么时候来。

他告诉过我，他会来，让我在这里等他。

我答应他，等他。

我毫无指望的等着我的戈多，

这种等待注定是漫长的，

我在深似地狱的没完没了的夜里等待，

生怕在哪个没有星光的夜里就会迷失了方向，

开始是等待，

后来我发现等待成为了习惯。

在漫长的等待过程中，他们慢慢老去，从自信心爆棚逐渐心灰意冷。阿尔弗跳槽到通用电气，而赫尔曼转行去了通用汽车。

伽莫夫继承了酗酒成性患上严重的肝病。他能等到大爆炸证实的那天吗

让光子再飞一会

现在我们撇下这几位大佬，让他们在无边的黑暗中再等待一会。

广义相对论求解证明，我们生活的宇宙要么处在物质彼此靠近塌缩，要么就是处在不断地膨胀中。向左还是向右，我们何去可从？

在往期文章（从哈勃到哈勃深空场（四）—'A Day Without Yesterday'，从哈勃到哈勃深空场（三）—爱因斯坦一生中最大的Bug，从哈勃到哈勃深空场（二）—膨胀在气球上的宇宙）中我们知道，如果宇宙吻合爱因斯坦的广义相对论，那么它绝非稳定不变的，这已经由勒梅特和弗里德曼证明了。

勒梅特和弗里德曼给出地广义相对论解中，宇宙或者是在不断塌缩，或者是在不断膨胀。

如果宇宙处在物质彼此靠近的塌缩中，那么我们所处的宇宙可能将是这个样子的

万幸地是，哈勃的观测表明，我们的宇宙是在不断膨胀之中的。

当我们望向遥远的深空，来自亿万光年前的光子进入我们的视野。膨胀的宇宙中物质随着时间相距越来越远，穿行在浩瀚空间中的光波也像面条一样被拉长。

光波越短，能量越高，这就意味着宇宙本身随着年龄的增长逐渐冷却，过去的宇宙曾十分炽热。这也正是伽莫夫和勒梅特的预言。他们通过宇宙膨胀计算出了冷却至今的宇宙温度——5K。

然而，上世纪中叶，人们对宇宙起源于一次大爆炸还只是猜测，5K的冷却温度也是基于这个猜测的计算。即便是今天，当我们第一次听说宇宙起源于一次大爆炸时，仍将信将疑。可见宇宙微波背景辐射的探测是多么重要。

“戈多”来了

这是一张经典到老掉牙的照片，有无数篇文章介绍宇宙微波背景辐射，却毫无例外地都在引用这个照片。照片里就是那个探测到宇宙大爆炸余温的射电望远镜。然而，它的制造却不是为了探测宇宙微波背景辐射

20世纪60 年代初，卫星通讯技术蓬勃发展，这在往期系列文章卫星导航定位先河--子午仪卫星导航系统（1）已经介绍过，然而这时的卫星通讯技术并不发达，集成电路也刚刚兴起，“噪音”成为卫星通讯中的一大挑战。1960年刚刚成立的美国宇航局（NASA）计划发射人类第一颗地球通信卫星——“回声一号”（ECHO 1）。

1960年8月12日，第一颗通信卫星“回声1号”搭乘德尔塔D运载火箭发射升空，虽然其长相酷似气球，但是其轨道高度却不低，达到了1600公里。下图中“回声1号”的直径达到了30米左右。当然该卫星在火箭的载荷舱内是非常小的，其采用了充气型构造，进入预定轨道后可膨胀展开

作为一颗气球型的无源通信卫星，“回声1”外壳由聚酯薄膜制造，可抵挡一定速度和质量的陨石撞击。科学家之所以将通信卫星制造成如此巨大的气球型，是因为这样的设计能增强卫星对无线电波的反射能力，为此还特意涂上了一次层薄膜金属材质以增强反射率。

出于星地通讯的需要，1959年新成立的美国宇航局（NASA）委托贝尔实验室降低通讯噪音，这就需要找出可能会干扰通讯的所有因素，尤其是噪声源。为此，在1964年，贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊在新泽西州的克劳福德山上建造一个巨型号角形天线。

这个天线有多大呢，天线长达15米，辐射口径达到了6×6米。

天线建成后，正当他们摩拳擦掌地尝试梦寐以求的远距无线电通信时，令人意外的事情发生了，开启后的天线始终不间断地发出“烧开水”似的嘶嘶声。

经过测试，彭齐亚斯和威尔逊最终确定这“嘶嘶声”是波段在7.35米左右的低温噪声，大约3.5K，不久后又在21.1米波段上测得多余噪声温度为3.2K。他们怀疑一定是在某个方向存在一个巨大的噪音源，这是很常见的，于是他们将巨大的喇叭口调整方向，诡异的事情发生了——这个讯号没有任何变化！也就是说这是一个各向同性的讯号。

本能地，他们认为可能是天线本身出现了问题。1965年初，他们对天线进行了彻底检查，清除了天线上的鸽子窝和鸟粪，然而这些努力非但无济于事，反而揭开了这个信号更加诡异的一面：这个信号既没有昼夜的变化，更没有季节的变化，因而可以判定噪声源与地球的公转和自转都无关。

这下可好了，本想去掉噪声的彭齐亚斯和威尔逊却发现了一个来自上帝的“噪声”。彭齐亚斯和威尔逊花了整整一年的时间，想尽各种办法与这个“上帝之声”作斗争，都没有将它去除，这个鬼魅般的声音反而更加清晰了。

由此他们断定：这种微波噪音不是地球人的无线电广播干扰所造成的。那这种微波噪音是从哪儿来的呢？总不会真的是外星人的无线电广播吧。两人一头雾水，不知究竟。

“戈多”在“灯火阑珊处”

山穷水尽之际，有几位好朋友建议彭齐亚斯和威尔逊向当时美国普林斯顿大学知名天文学罗伯特迪克教授（R.Dicke 1916-1997）打电话请教。

普林斯顿大学是爱因斯坦工作过的地方，藏龙卧虎。

当时，罗伯特迪克教授正领导一个研究小组试图验证伽莫夫预言中的宇宙微波背景辐射

当迪克教授在电话中得知彭齐亚斯与威尔逊发现的微波噪音的具体情况之后，便立即意识到此微波噪音就是他所苦苦追寻的宇宙微波背景辐射！于是，迪克立即将自己还未发表的一篇关于宇宙微波背景辐射的研究论文（复印件）寄给彭齐亚斯。阅后，彭齐亚斯与威尔逊两人恍然大悟，认识到那“烧开水”的噪音就是宇宙微波背景辐射。他们还是不清楚自己的发现在天体物理学上的意义。于是，又一次打电话邀请迪克本人到他们这里帮助鉴定微波噪音的物理属性。迪克教授告诉彭齐亚斯与威尔逊，他们拼了命要去掉的东西，正是天文学家伽莫夫所提出的宇宙大爆炸残留背景辐射，也正是迪克教授毕生不停寻找的东西。彭齐亚斯、威尔逊和罗伯特迪克教授在1965年7月份的《天文物理通讯》上前后刊出两篇论文如下：

1978年，彭齐亚斯与威尔逊为此发现荣获当年诺贝尔物理学大奖，而迪克教授却无此殊荣。有时，你想方设法要抛弃的东西，正是别人孜孜以求的东西，原因是多方面的：或许你并没意识到它的重要价值，或许你拥有太多，或许你自认为错过了时机……

宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义。根据大爆炸宇宙学的观点，宇宙早期的温度在100 亿度以上，而现在已经很冷，宇宙微波背景辐射的观测给了大爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。

朝闻道夕死可矣

1965年《天文物理通讯》上先后发表了彭齐亚斯，威尔逊和罗伯特迪克的文章，宇宙微波背景辐射被准确观测到，宇宙大爆炸再也不是个天马行空的遐想，而是切切实实发生过的事情。大爆炸的余温就在我们身边，3.5K。人类初窥大爆炸时期的古老光子。开始倾听它们述说亿万年前的巨响。

宇宙微波背景辐射发现一年后，宇宙大爆炸理论提出者勒梅特去世了。三年后，喝嗨了的伽莫夫追随勒梅特而去。他们是幸运的。更多的不幸，却留给了赫尔曼和阿尔弗。赫尔曼于1997年逝世，十年后阿尔弗逝世，终其一生，他们都没有因自己的成果获得诺奖。反而那两个对物理外行的毛头小伙，歪打正着地获得1978年诺贝尔物理学奖。而罗伯特迪克教授则获得了无限的同情。

终归而言，他们都算作幸运的，宇宙诞生的奥秘在他们手中揭开。

赫尔曼和阿尔弗打开酒瓶，伽莫夫的灵魂从瓶中幽然飘出

我们一直在说宇宙微波背景辐射，宇宙微波背景辐射究竟是什么呢？它为什么能成为宇宙大爆炸的关键证据呢？仅仅因为吻合了伽莫夫的预言吗?

下期带您领略大爆炸之初的光子，内容更加精彩，敬请关注。

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