這兩年輕人一不小心發現宇宙邊緣,中了諾貝爾獎
「
物理學家利奧·西拉德有一次對他的朋友漢斯·貝特說,他準備寫日記:"我不打算髮表。我只是想記下事實,供上帝參考。"
"難道上帝不知道那些事實嗎?"貝特問。
"知道,"西拉德說,"他知道那些事實,可他不知道這樣描述的事實。"——漢斯·克里斯琴·馮·拜耳《征服原子》
歡迎,歡迎。恭喜,恭喜。我很高興,你居然成功了。我知道,來到這個世界很不容易。事實上,我認為比你知道的還要難一些。
首先,你現在來到這個世界,幾萬億個遊離的原子不得不以某種方式聚集在一起,以複雜而又奇特的方式創造了你。這種安排非常專門,非常特別,過去從未有過,存在僅此一回。
在此後的許多年裡,這些小粒子將任勞任怨地進行幾十億次的巧妙合作,把你保持完好,讓你經歷一次極其愜意而又賞心悅目的旅程,那就是生存。
——比爾·布萊森《萬物簡史》
《萬物簡史》| 節選
宇宙到底是在100億年以前形成的,還是在200億年以前形成的,還是在100億年到200億年之間形成的。
這個問題宇宙學家已經爭論很長時間。大家似乎越來越贊成:大約137億年這個數字。
但是,這種事情是極難計算的。其實,我們只能說,在那十分遙遠的過去,在某個無法確定的時刻,由於不知道的原因,科學上稱之為t=0的時刻來到了。我們於是踏上了旅程。
當然,有大量的事情我們不知道,還有大量的事情我們現在或在過去很長時間裡以為自己知道而其實並不知道。連大爆炸理論也是不久以前才提出來的。
這個概念自20世紀20年代以來一直很流行,是一位名叫喬治·勒梅特的比利時教士兼學者首先提出了這種假設。但是,直到20世紀60年代中,這種理論才在宇宙學界活躍起來。當時,兩位年輕的射電天文學家無意中發現了一種非同尋常的現象。
他們的名字分別叫做阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜。1965年,他們在美國新澤西州霍爾姆德爾的貝爾實驗室,想要使用一根大型通信天線,可是不斷受到一個本底雜訊--一種連續不斷的蒸汽般的噝噝聲的干擾,使得實驗無法進行下去。
那個雜訊是一刻不停的,很不集中的。它來自天空的各個方位,日日夜夜,一年四季。
有一年時間,兩位年輕的天文學家想盡了辦法,想要跟蹤和除去這個雜訊。他們拿起掃帚和抹布再次爬進拋物面天線,小心翼翼地把他們後來在一篇論文中稱之為"白色電介質"的、用更通常的說法是鳥糞的東西掃得乾乾淨淨。可是他們的努力絲毫不起作用。
他們不知道,就在50公里以外的普林斯頓大學,一組以羅伯特·迪克為首的科學家正在設法尋找的,就是這兩位天文學家想要除去的東西。
普林斯頓大學的研究人員正在研究20世紀40年代在蘇聯出生的天文物理學家喬治·伽莫夫提出的假設:要是你看到空間深處,你就會發現大爆炸殘留下來的某種宇宙背景輻射。
伽莫夫估計,那種輻射穿過茫茫的宇宙以後,便會以微波的形式抵達地球。在新近發表的一篇論文中,他甚至提出可以用一種儀器達到這個目的,這種儀器就是霍爾姆德爾的貝爾天線。
不幸的是,無論是彭齊亞斯和威爾遜,還是普林斯頓大學小組的任何專家,都沒有看過伽莫夫的論文。
彭齊亞斯和威爾遜聽到的雜訊,正是伽莫夫所假設的。他們已經找到了宇宙的邊緣,至少是宇宙150億光年以外的可見部分。他們在"觀望"第一批質子--宇宙中最古老的光--果然不出伽莫夫所料,時間和距離已經將其轉變成了微波。
艾倫·古思在他的《不斷膨脹的宇宙》一書中提出一種類比,有利於擺正這一發現的位置。
要是你把觀望宇宙深處比做是在美國紐約帝國大廈的100層上往下看(假設100層代表現在,街面代表大爆炸的時刻),那麼在彭齊亞斯和威爾遜發現那個現象的時候,已經有人發現的最遠的星系是在大約60層,最遠的東西--類星體--是在大約20層。彭齊亞斯和威爾遜的發現,把我們對宇宙可見部分的認識在大廳的地板上推進了約1厘米。
彭齊亞斯和威爾遜仍然找不到雜訊的原因,便打電話給普林斯頓大學的迪克,向他描述了他們遇到的問題,希望他能作出一種解釋。迪克馬上意識到兩位年輕人發現了什麼。"哎呀,好傢夥,人家搶在我們前面了。"他一面掛電話,一面對他的同事們說。
此後不久,《天體物理學》雜誌刊登了兩篇文章:一篇為彭齊亞斯和威爾遜所作,描述了聽到噝噝聲的經歷;另一篇為迪克小組所作,解釋了它的性質。
儘管彭齊亞斯和威爾遜並不是在尋找宇宙的本底輻射,發現的時候也不知道是什麼東西,也沒有發表任何論文來描述或解釋它的性質,但他們獲得了1978年諾貝爾物理學獎。普林斯頓大學的研究人員只獲得了同情。
據丹尼斯·奧弗比在《宇宙孤心》一文中說,彭齊亞斯和威爾遜都不清楚自己這一發現的重要意義,直到看到《紐約時報》上的一篇報道。
順便說一句,來自宇宙本底輻射的干擾,我們大家都經歷過。把你的電視機調到任何接收不著信號的頻道,你所看到的鋸齒形靜電中,大約有1%是由這種古老的大爆炸殘留物造成的。記住,下次你抱怨接收不到圖像的時候,你總能觀看到宇宙的誕生。
圖書簡介:
《萬物簡史》,作者: [美] 比爾·布萊森,嚴維明 / 陳邕 (譯);歐盟委員會笛卡兒科普獎獲獎作品、英國皇家學會安萬特獎獲獎作品、美國《科學》雜誌最佳科學著作之一,已被譯成近40種國家和地區文字。這是一部有關現代科學發展史的科普名著,作者用清晰明了、幽默風趣的筆法,將宇宙大爆炸到人類文明發展進程中所發生的繁多妙趣橫生的故事一一收入筆下。
編輯整理:正反君
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