天文學

宇宙是怎樣產生的

浩渺無邊的宇宙充滿了無限神秘。宇宙究竟是怎樣產生的呢？這個問題一直縈繞在科學家的腦海中。為了解開宇宙起源的奧秘，科學家們從未曾停止過探索的腳步。

美籍俄國科學家伽莫夫于20世紀中葉提出了“宇宙大爆炸”學說。他為什么會有如此的“奇思異想”呢？這得從1929年說起，美國天文學家哈勃在一次研究中偶然發現，河外星系中的絕大多數星系都會逐漸遠離地球所在的銀河系。由此可以進一步推斷，宇宙正在發生變化，它在逐漸膨脹，宇宙間的各星系彼此之間已越來越遠。伽莫夫由此逆向推理，得出這樣一個結論：如果時間倒流，那么在某個很早的時間，這些星系有可能是“擠成一團”的狀態。然而，這些擠成一團的物質怎么會演變成許多“碎片”呢？最合理的解釋就是宇宙曾經發生過大爆炸。

1948年4月，伽莫夫與天體物理學家阿爾弗、貝特共同撰寫了一篇關于宇宙起源的文章，并刊登在美國《物理評論》雜志上。文章說，在200億年前，“我們的宇宙”的空間極其微小，其中所有的物質都緊緊地擠在“宇宙蛋”或“原始火球”內，其溫度高逾1012℃。突然有一天，這個“原始火球”發生了大爆炸。一個新的宇宙就從這一刻起開始孕育。在大爆炸后的10-43秒內，宇宙溫度有1012℃。這個時候的宇宙中還沒有太陽、地球和月亮等天體，只有高能量的粒子，但宇宙這種狀態存在的時間連1秒鐘都不到。爆炸之后的宇宙，其溫度開始驟然下降。當溫度下降到大約100億℃時，宇宙演化就進入了另一個階段。隨著溫度的繼續降低，開始出現了原子、分子。之后這些原子、分子又演化成氣體云。行星、恒星等多種天體都是氣體云長期演化的產物。直到51億年前，太陽系才真正形成了。

伽莫夫的這篇文章一經發表，就極大程度地影響了科學界，成為現代宇宙學中的經典文獻之一，并引起了世界性的轟動。所以后來人們就把最初那次爆炸性的宇宙開端稱為“大爆炸”。

伽莫夫還預言，宇宙大爆炸后隨之而來的反應使宇宙存在一種微波輻射。在這個過程中，輻射的波長逐漸地由短到長，強度也由強變弱，直到變成微波輻射。據專家估計，目前這種輻射的強度相當于5開（開爾文的簡稱。1開是水的三相點熱力學溫度的1/273.16）左右的溫度。

世界各地的科學家們為了證實伽莫夫的預言，開始在茫茫宇宙中探尋大爆炸的遺跡。射電天文學家們還運用雷達技術探測來自宇宙的這種微波輻射，但是仍沒有獲得實質性的進展。直到1965年，“宇宙大爆炸的余燼”終于被美國的彭齊亞斯和威爾遜這兩位工程師發現了。

彭齊亞斯和威爾遜剛開始時是在研究如何改進人造衛星通訊。為了避免干擾衛星通訊的一切因素，特別是無線電噪聲源，他們架起了一個喇叭形的高靈敏度的定向接收天線系統。在一一估計了所有噪聲源之后，他們意外地發現一個相當于3.5開的噪聲溫度。他們無法消除這種噪聲，更難以解釋這種噪聲的來源。更令他們困惑的是，噪聲的變化沒有方向性，也沒有周期性，它并不隨季節交替而變化。這就說明它與太陽毫無關系。兩位工程師百思不得其解，把天線拆裝了好幾遍，卻依然能夠接收到那種奇怪的噪聲。

噪聲引起了彭齊亞斯和威爾遜的興趣。他們反復實驗，最后得出一個結論：這種噪聲在微波波段，其實際有效溫度為3.5開。有一點可以肯定，這種噪聲絕不是來自人造衛星。正在這時，美國普林斯頓大學的一篇論文引起了彭齊亞斯的注意。文中提到，在我們的太空中充滿了早期宇宙大爆炸后的殘余輻射，即宇宙背景輻射。這種輻射大約在3厘米波長處會產生微波噪聲，其溫度相當于10開。

彭齊亞斯看過這篇論文后，立刻與負責該論文研究課題的迪克教授通了電話。迪克馬上意識到彭齊亞斯的發現可能正是自己長期以來想要探求的結果。

迪克的研究小組在半年之后使用了更先進的儀器，開始在3.2厘米波長段上觀測宇宙微波背景輻射，并很快取得了進展。目前，科學家們已成功地測算出宇宙微波背景輻射的實際輻射溫度是2.73開。大多數科學家們認為，當年宇宙大爆炸的“余燼”就是彭齊亞斯和威爾遜探測到的微波背景輻射。這一極具科學價值的意外發現被天文學界命名為“3開宇宙微波背景輻射”?！?開宇宙微波背景輻射”的發現被科學界列為20世紀60年代天文學的四大發現之一。1978年，彭齊亞斯和威爾遜這兩位工程師也因此而獲得了諾貝爾物理學獎。