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充满宇宙的电磁辐射宇宙背景辐射

时间:2022-02-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:宇宙背景辐射又称3K背景辐射,是一种充满整个宇宙的电磁辐射。20世纪40年代,科学家提出了宇宙大爆炸的学说,它解释了宇宙中的一些根本问题,但一直不受关注。20世纪60年代,宇宙背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了有力的证据,原来,宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,为宇宙起源的大爆炸理论提供了进一步的事实依据。正是这些先进的技术装置为发现宇宙背景辐射准备了必要的物质条件。

宇宙背景辐射又称3K背景辐射,是一种充满整个宇宙的电磁辐射。20世纪60年代宇宙微波背景辐射被发现,从而为观测宇宙开辟了一个新领域,被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。

宇宙从何处来,到何处去?对人类来说,这一直是个悬而未决的谜。

20世纪40年代,科学家提出了宇宙大爆炸的学说,它解释了宇宙中的一些根本问题,但一直不受关注。直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论。根据大爆炸理论,早期的宇宙很热,随着宇宙的膨胀,宇宙的温度会越来越低,而根据黑体辐射理论,黑体的辐射和其温度有关。

阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊

20世纪60年代,宇宙背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了有力的证据,原来,宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,为宇宙起源的大爆炸理论提供了进一步的事实依据。

1964年,为改进与卫星的通讯,美国东海岸接收站建造了一个直径为6米的喇叭形反射天线接收系统。这个天线接收系统在当时是独一无二的,它有很高的稳定性和灵敏度,而且几乎完全不受来自地球热辐射的干扰,原则上可对微波辐射通量进行绝对的而不是相对的测量。正是这些先进的技术装置为发现宇宙背景辐射准备了必要的物质条件。

彭齐亚斯和威尔逊是美国贝尔电话公司年轻的工程师。他们利用这个系统测量银河系的背景射电噪声。在测量时,他们跳出了早期工作的条条框框,不是对这些噪声置若罔闻,而是仔细深入地研究了这些噪声。他们装上一个低温参考噪声源,以便和来自天空中的噪声相比较。结果发现,所测得的噪声总是比根据接收系统中大气层内以及天空中任何已知噪声源算得的噪声总和要大。

宇宙远古余辉的全天图,红色代表较高温的区域,蓝色代表较低温的区域。

换句话说,他们接收到了来历不明的微波噪声。这种微波噪声,无论天线转向何方,无论白天黑夜,春夏秋冬,这种神秘的噪声都会持续和稳定。

开始,他们认为这可能是某种其他故障,但经过几个月反复细心的观测以及改进系统,排除其他各种干扰后,他们断定,这绝不是接收系统的故障或其他原因造成的,而只能是一种他们当时还不了解的其来源的辐射。

他们还发现,这种辐射是各向同性,相应的黑体辐射温度是3K。以后人们又在其他波长处,通过直接和间接的测量,得出这辐射的温度约为2.7K。

这一发现,另彭齐亚斯和威尔逊欣喜若狂,他们把它写成论文并发表。一时间,在科学界引起了巨大的轰动,尤其是那些从事大爆炸宇宙论研究的科学家们,更是获得了极大的鼓舞。因为他们两人的观测竟与理论预言的温度如此接近,毋庸置疑,这正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持!

宇宙微波背景辐射的发现和观测有助于研究早期宇宙,并能帮助人们更多地了解星系和恒星的起源,为有关宇宙起源的大爆炸理论提供了实验支持。因此,在科学研究上具有重大的意义。彭齐亚斯和威尔逊也因此于1978年获得了诺贝尔物理学奖。

学海拾贝

2010年,英国伦敦大学物理学与天文学学院的史蒂夫·菲尼和他的团队在研究了宇宙微波背景辐射图后,得出了一个惊人的结论:我们所在的宇宙很久之前曾受到其他平行宇宙‘挤压”的证据,并且可能至少四次进入过其他宇宙。

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