打字猴:1.70092145e+09
1700921450
1700921451
1700921452
1700921453 当然,由此还不足以推断出这一小团面刚被放进烤箱时就发生了一场大爆炸。要推出宇宙起源于大爆炸还需要别的东西支持,也就是爱因斯坦的广义相对论。我们在下一讲中会谈谈爱因斯坦的故事。现在,我们暂时不会用到他老人家的高深理论;我们只用一个最简单的现象就能解释为什么宇宙起源于一场大爆炸。
1700921454
1700921455 我们在地球上总是能感受到重力,对吧?我们自身有体重,我们伸手拿一杯水也会感受到它的重量。这些重量是哪里来的呢?其实,早在三百多年前,牛顿爵士就已经知道它们来自地球和这些物体之间的万有引力。牛顿发现,所有物体之间都有万有引力,我们在地球上不会飞走是因为地球的引力,地球绕着太阳转是因为太阳和地球之间的万有引力。那么,星系和星系之间有没有万有引力?当然有。因此,两个星系虽然随着宇宙膨胀变得越来越远,但它们飞离彼此的速度会因为引力而变得越来越小。
1700921456
1700921457 勒梅特推测,既然速度在将来会变小,那么过去的速度就会比现在大。他用爱因斯坦的广义相对论一算就得出结论,宇宙在开始的时候像一个小原子,就像烤箱中一个小得看不见的面团,嘭的一下被烤炸了。他将这个事情告诉爱因斯坦,爱因斯坦根本不信。
1700921458
1700921459 勒梅特这个人放在今天就是一个典型的跨界人物,也就是说他喜欢学习研究很多不同方面的事物。其实,在他那个时代,这样的人有很多,只不过他跨得有点与众不同。他比爱因斯坦小15岁,按今天的话来说,是个90后,不过是早一百年的90后。17岁那年,他进了比利时鲁汶天主教大学,学习建筑工程。20岁时,他中断大学学业,去参加了第一次世界大战,担任炮兵军官,并于战争结束后拿到了棕榈勋章。战后他决定学习数学和物理,同时为成为天主教神父做准备。他跟当时比利时的一个很有名的数学家学习数学,26岁时靠一篇数学论文获得了博士学位。过了三年,他才成了神父,可见,神学对他来说或许比数学更难。成为神父的同一年,他还去了英国剑桥大学学习天文。在小朋友们的眼里,他算不算一个典型的学霸?
1700921460
1700921461
1700921462
1700921463
1700921464 1927年他发现宇宙膨胀时,已经33岁了。这个年纪在当时不算特别年轻,因为爱因斯坦做出好几个重大发现的时候才26岁,但是,在今天的科学界,33岁是个很小的年纪,好多人才刚刚在大学里任教。可惜的是,他将宇宙膨胀这个了不起的发现发表在比利时一家很不出名的刊物上了,导致后人误以为哈勃才是第一个发现宇宙膨胀的人,还将一个定律安在哈勃头上。但爱因斯坦知道勒梅特发现了宇宙膨胀,因为他们在这一年碰面了,不过,爱因斯坦当时根本不相信宇宙是膨胀的,他和其他人一样,相信宇宙就像我们仰望天空时看到的那样,是静止的。他对勒梅特说了一句著名的话:“你的计算是正确的,可你的物理是恶毒的。”这句话真的很恶毒。过了五年,他俩在比利时又遇上了,这个时候,勒梅特不仅认为宇宙在膨胀,还发明了宇宙大爆炸理论,这下彻底得罪了爱因斯坦。但勒梅特一点也没有灰心,1935年,他趁着爱因斯坦去美国巡回演讲时,找了个理由陪同爱因斯坦,不停地给爱因斯坦讲他的宇宙大爆炸。到了最后,爱因斯坦终于相信了,并且鼓掌说:“这是我听到的最美妙、最让人满意的宇宙创生故事”。
1700921465
1700921466 但宇宙大爆炸这个故事并没有被天文学家当真事看待,因为它还缺乏直接证据。一直拖到勒梅特发明“原始原子”这个词之后的三十多年,宇宙大爆炸才被大家接受。这是为什么呢?下面我们就说说这个故事。
1700921467
1700921468 故事的主角彭齐亚斯和威尔逊是两位美国人。彭齐亚斯出生的那一年,比勒梅特想出宇宙大爆炸还晚了一年。这两个幸运的人在1964年遇到了天上掉馅饼的好事,说明“机会总是青睐有准备的人”的说法根本不值得信赖。这句话应该改成“机会其实是死老鼠,有时会碰上瞎猫”。他们遇到了百年难得一见的大发现,并在十四年后获得了诺贝尔物理学奖。
1700921469
1700921470 如果要写小说,我们可以这么写:“1964年,新泽西州五月的一个早晨,阳光照在霍姆德尔镇巨大的圆形草坪上,也照在一个以45度角仰望蓝天的仪器上,巨大的斗形喇叭口上,一堆堆鸽粪清晰可见。这一天,31岁的彭齐亚斯同往常一样,吃了早餐就来到辐射计边上的小木屋,检查辐射计在昨天累计的信号。在打印机打出的条状记录纸上,他惊讶地看到满满的都是噪声信号。稍后,比他年轻三岁的威尔逊也到了,彭齐亚斯将记录带递给威尔逊,威尔逊看后也无语了半天。”
1700921471
1700921472 右边就是这两人当时使用的巨大仪器,科学家管它叫狄基辐射计。大家可以看到这台仪器有多大,因为彭齐亚斯和威尔逊就站在下面。
1700921473
1700921474 他们确实发现了噪声信号,这是一种叫无线电的电磁波,也就是我们平时看电视接收到的那种波。电磁波就像水波一样,有波峰和波谷,两个相邻波峰之间的距离叫波长。彭齐亚斯和威尔逊看到的电磁波噪声的波长大约是1毫米。什么叫噪声呢?我们平时说话的声音不是噪声,大街上乱七八糟的声音是噪声。电磁波虽然不是声音,但同样有乱七八糟的信号,所以也叫噪声。
1700921475
1700921476
1700921477
1700921478
1700921479 他们不相信这是真实的信号,就清除了斗形天线上的鸟粪,但奇怪的信号依然存在。他们以为附近有一个发射电磁波的东西。虽然他们是贝尔实验室的工程师,彭齐亚斯还曾在军队做过雷达军官,知道必须排除军方的信号。可是,无论将天线指向天上的哪个角度,在一天的任何时刻,信号都继续存在,而且仍然是噪声形状。他们不得不得出一个匪夷所思的结论:这个信号来自天空的每一个方向。
1700921480
1700921481 这个发现很快传到新泽西州的普林斯顿大学,它离彭齐亚斯和威尔逊住的霍姆德尔镇只有几公里。非常有意思的是,彭齐亚斯和威尔逊用的狄基辐射计是普林斯顿大学一位教授发明的,他的名字就是狄基。
1700921482
1700921483 48岁的狄基很相信勒梅特的宇宙大爆炸,他不仅相信宇宙大爆炸,还相信这场大爆炸遗留下了充满整个宇宙的电磁波噪声,他甚至还做了计算,算出这种噪声的波长大约就是1毫米。那时,只有很小的一个圈子知道宇宙大爆炸理论,在这个小圈子里,充满整个宇宙的电磁波噪声被称为宇宙微波背景辐射。
1700921484
1700921485 彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙中有无线电信号的消息传到他耳朵里的时候,他正和自己手下的一些人忙于设计实验,寻找这种噪声呢。听到这个消息时,他对手下说:“我们被别人抢先了。”有准备的人没有做出实际发现,而无准备的彭齐亚斯和威尔逊则根本不知道他们发现了什么。霍姆德尔镇和普林斯顿的两拨人跑到一起开了个会,得出结论说彭齐亚斯和威尔逊发现的就是微波背景辐射。他们决定让狄基团队写一篇关于霍姆德尔镇发现的就是宇宙微波背景辐射的论文,而让彭齐亚斯和威尔逊写一篇介绍实验发现的论文。两篇论文一前一后地发表在1965年的《天体物理杂志》上,狄基团队的论文放在前面。但是,诺贝尔物理学奖后来却只给了彭齐亚斯和威尔逊。
1700921486
1700921487 霍姆德尔镇至今一直以它是发现宇宙微波背景辐射的地点为荣。这不奇怪,因为它毕竟只是一个人口不足两万人的小镇。同样值得骄傲的是,贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克利也是在这个小镇发明了晶体管。我们在《给孩子讲量子力学》中已经讲过晶体管的故事了。
1700921488
1700921489 彭齐亚斯后来成了一个科学与技术团队的老板,甚至还跑去经商。从1998年开始,他成了世界最大风险投资公司之一的恩颐投资的合伙人,那时他65岁,刚从贝尔实验室退休。可见,科学家要去赚钱,什么时候开始都不晚。
1700921490
1700921491 宇宙微波背景辐射很难用其他的宇宙学理论解释,因此从20世纪60年代开始,大家渐渐相信我们的宇宙真的来自一场大爆炸。后来,科学家又找到了更多关于大爆炸的证据。现在,大家早已放弃了勒梅特“原始原子”的说法,而叫“宇宙大爆炸”。美剧《生活大爆炸》的原名就是“宇宙大爆炸”,可见这个名字多么深入人心。
1700921492
1700921493
1700921494
1700921495
1700921496 说起“宇宙大爆炸”这个名字,我们不得不提一下英国天文学家弗雷德·霍伊尔,因为这个名字是他发明的。1948年,美国物理学家伽莫夫和他的学生阿尔法一起计算了宇宙大爆炸所导致的微波背景辐射。霍伊尔从来都不相信宇宙大爆炸,看到伽莫夫的论文就火了。一天,他找来两位朋友,去一家小酒馆喝点酒,顺便为宇宙的起源操操心。小朋友们记得,我们前面说过,勒梅特和哈勃发现了宇宙在膨胀,但既要解释宇宙膨胀又要避免宇宙大爆炸可不是一件简单的事。为什么呢?大家想想,在万有引力的作用下,宇宙膨胀会越来越慢,这意味着宇宙在过去膨胀得更快,而那时的宇宙也更小,这让勒梅特得出宇宙在很早的时候一定是个很小很小的火球的结论。霍伊尔和另外两个人——汤米·戈尔德和赫尔曼·邦迪,在酒店喝酒,大概喝多了,灵感就来了。他们合计一下,觉得要避免宇宙大爆炸,就得让宇宙不断在空间中无中生有地产生物质,这样宇宙膨胀的速度就不会变化。
1700921497
1700921498 霍伊尔觉得他们的想法很好,就跑到英国的一家电台去做宣传。他管这个想法叫稳恒态宇宙,因为宇宙虽然也在膨胀,但从过去、现在和未来看上去一模一样。他还很鄙视勒梅特、伽莫夫和阿尔法的“原始原子”的想法,就发明了“宇宙大爆炸”这个名字来嘲笑它。当然,后来有越来越多的证据证明宇宙大爆炸是对的,而稳恒态宇宙是错的。不过霍伊尔也是一个很了不起的天文学家,他创建了剑桥大学天文研究所。
1700921499
[ 上一页 ]  [ :1.70092145e+09 ]  [ 下一页 ]