正文 第1章 3K宇宙背景輻射的發現(1 / 2)

“3K”並非三張牌

玩過撲克牌遊戲的人都知道,54張撲克牌中有4張“老K”。天文學上的3K的“K”字與撲克牌上的“老K”的“K”字,雖然同是26個英文字母中的第十一個字母,但意思卻截然不同。撲克牌上的“K”字是英文“國王”(King)的第一個字母;天文學上的3K的“K”是英國物理學家開爾文(Kelvin)名字的第一個字母。開爾文原名“威廉·湯姆生”,1892年被封為開爾文勳爵。

1848年開爾文創立熱力學溫標,即通常所說的“絕對溫標”,為了紀念他的貢獻,也把這一溫標稱為“開氏溫標”。熱力學溫標的零點(即絕對零度),用“0K”表示。一般把熱力學溫標零點定為-273.16℃。也就是說,絕對零度0K,相當於-273.16℃,1K相當於-272℃,2K相當於-271℃,3K相當於-270℃。

宇宙大爆炸的“餘暉”

1948年美國天文學家伽莫夫提出大爆炸宇宙學說,他認為:宇宙起源於高溫、高密度的“原始火球”的一次大爆炸。爆炸開始溫度極高,達100億度以上,密度也極大。隨著宇宙的不斷膨脹,溫度迅速下降,物質成分也相應地發生變化。以後隨著溫度的繼續下降,物質成分由質子、中子等變成氣體,又由氣體變成氣狀星雲,而後又變成星係或星係團,進而形成各種恒星和恒星體係,終於演變成我們今天所看到的物質世界。宇宙在創生的最初幾分鍾裏,溫度極高,密度極大,充滿了強烈的輻射。以後隨著宇宙不斷膨脹,溫度持續下降,輻射隨之減弱。時至今日,宇宙間仍然充滿著輻射,但已經不是對應於溫度高或較高的可見光和紅外線了,而是一種十分微弱和均勻的射電波——微波,宇宙間的一切物體都沐浴在一片微波的“餘暉”之中,對於我們,它們就好像形成了一個天空的微波射電背景,所以稱之為“微波背景輻射”。

早期的宇宙模型常以圖畫表現出來。它們同樣具有藝術性和科學性並生動反映學者們確信可以用科學來解釋整個宇宙。

1948年,阿爾法和赫爾曼通過理論分析,進一步預言早期宇宙遺留下來的這個微波輻射背景,相對應的“等效溫度”是絕對溫度5度(記作5K)。也可以形象地這樣說,百億年前大爆炸留下的餘溫隻有5K,如今宇宙的“體溫”已經下降到很低很低的-268℃,即零下268攝氏度了。現在看來,預言的數字5K雖說不準,但對說明微波輻射背景的存在本質是無可非議的。

遺憾的是他們的預言沒有引起人們的重視,兩個人的論文被淹沒在物理學文獻的汪洋大海裏,連一些研究“大爆炸”核子合成理論和熱膨脹宇宙起源問題的天體物理學家都沒有注意到。

無法消除的“噪聲”

60年代初,為了進一步改進第一顆“回聲”號人造衛星和“電視星”人造衛星的通信,美國貝爾電話公司籌建了一種巨型號角式天線,將這種天線建立在新澤西州荷爾姆德的克勞福特山上,該天線直徑6米,樣子像個彎頭大喇叭,有很強的方向性,可以指向天空的任何位置,所以也很適合射電天文學的研究,而且它的靈敏度遠高於其他射電望遠鏡。