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1700926667 图(b)显示的是重组后的宇宙环境。这时宇宙已冷却到足以使氢和氦原子核俘获电子,形成稳定的原子。由于原子是电中性的,因此这个阶段没有独立的电荷使光散射。因此宇宙对光是透明的,光线可以顺畅地穿越宇宙。
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1700926669 随着阿尔弗和赫尔曼对后重组宇宙的意义的深入理解,笼罩在他们心头的浓雾也消散了。如果大爆炸模型是正确的,如果阿尔弗和赫尔曼掌握了物理真谛,那么在重组时刻就存在的光就可在今天的宇宙中被探测到,因为光不与弥漫在空间的中性原子相互作用。换句话说,在等离子体时代结束时所释放的光,现在应该作为一种“化石”存在。这种光将是大爆炸的遗产。
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1700926671 阿尔弗和赫尔曼的研究完成于α-β-γ论文面世后的短短几个月之内。应该说,这项研究比计算大爆炸后最初几分钟内的氢变氦过程更为重要。原创性的α-β-γ论文是辉煌的,但它很容易遭到持成见者的指责。当阿尔弗和伽莫夫进行早期的计算时,他们从一开始就知道他们试图寻找的答案,即观测到的氦丰度。所以,当理论计算与观察相匹配时,批评者试图通过声称伽莫夫和阿尔弗原本就在正确的方向上展开他们的计算来诋毁他们的成就。换句话说,反对大爆炸的攻击者不公平地指责他们是为了得到期望的结果来构建他们的理论的,这就像托勒密为了配合火星的逆行玩弄本轮的做法一样。
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1700926673 与此相反,来自创生后30万年的光的遗迹则绝不能被解释为事后诸葛亮。这里没有任何指责的余地。这种光的回声是唯一基于大爆炸模型的一个明确的预言,因此阿尔弗和赫尔曼提供的是一种判决性的检验。检测到这种光将为证明宇宙确实始于大爆炸提供有力的证据。相反,如果这种光不存在,那么大爆炸就不可能发生过,整个模型将崩溃。
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1700926675 阿尔弗和赫尔曼估计,重组时刻所释放的光海具有大致千分之一毫米的波长。这个波长是等离子体雾消散时宇宙温度(即3000℃)的直接结果。然而,所有这些光波会被拉长,因为宇宙自重组以来已经不断膨胀。这就像明显退行的星系所发出的光具有拉长和红移一样,这种效应已经被诸如哈勃等天文学家测得。阿尔弗和赫尔曼自信地预言,抻长了的大爆炸的光的波长现在应该有大约1毫米。这种波长对人眼是不可见的,它位于频谱的所谓微波波段。
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1700926677 阿尔弗和赫尔曼做出具体的预测。宇宙应该充满了波长1毫米的微弱的微波,它应该来自各个方向,因为它在宇宙的重组时刻无处不在。任何能够检测到这种所谓的宇宙微波背景辐射的人都将证明,宇宙大爆炸真的发生过。这一不朽的遗迹就等着人去进行测量了。
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1700926679 不幸的是,阿尔弗和赫尔曼的结论被完全忽略了。没有人做出任何认真的努力去寻找他们提出的宇宙微波背景辐射。
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1700926681 为什么学术界会回避宇宙微波背景辐射的预言,这有多种原因,但首要的是这种研究的跨学科性质。伽莫夫团队一直将理论核物理应用到宇宙学上来提供所需的微波检测,以图检验其预测。因此,检测宇宙微波背景辐射这一预言的理想人选应当是对天文学、核物理学和微波探测技术都感兴趣且有此专长的某个人,但极少有人能有这样宽广的知识面。
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1700926683 即使某个科学家确实具备进行这一探测所必需的技能,他也不会相信检测这种宇宙微波背景辐射在技术上是可行的,因为微波技术在当时还比较初级。即使碰巧他对这一技术的挑战持乐观态度,那么他也可能对该项目背后的目的持怀疑态度。大多数的天文学家当时还不能接受大爆炸模型,并抱定一个永恒宇宙的保守观念。因此,他们为什么要费心去寻找一种出自于很可能根本不存在的大爆炸的宇宙微波背景辐射呢?阿尔弗后来回忆到他、赫尔曼和伽莫夫是怎样花上5年时间来努力说服天文学家相信他们的工作是值得认真考虑的:“我们花了大量精力来讨论这项工作。没有人响应,没有人说这是可行的。”
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1700926688 图83 罗伯特·赫尔曼(左)和拉尔夫·阿尔弗(右)用伽莫夫和贴着“yIem”的酒瓶制造了他们自己的蒙太奇,来庆祝αβγ论文的发表。阿尔弗偷偷地做了一组幻灯片,当他1949年在洛斯阿拉莫斯国家实验室做报告时,这个画面突然出现在屏幕上,这让作为听众的伽莫夫十分惊喜。画面上伽莫夫像一个跟着原始粒子汤一起从瓶子里逃出来的精灵。
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1700926690 为了解决他们的问题,阿尔弗、赫尔曼和伽莫夫不得不忍受着形象上的侮辱。他们常常被描绘成两个年轻的暴发户跟在一个小丑后面亦步亦趋。伽莫夫一向以他的打油诗和他时不时对物理学的另类应用而著称。有一次,他认为上帝住在离地球9.5光年远的地方。这个典故源自这样一个事实:1904年,日俄战争爆发后,俄罗斯各地的教会曾提出请求祈祷日本遭到破坏,但直到1923年日本才遭受关东大地震的破坏。想必祈祷者的祈祷和上帝的愤怒都受到光速的限制,这个延迟的时间表明了主的住所的距离。伽莫夫还因《仙境里的汤普金斯先生》一书而著称。在这本书里,他描述了一个光速仅为几千米每小时的世界,因此骑自行车的人看到了很多相对论的奇异效应,如时间膨胀和长度收缩。不幸的是,一些竞争对手认为这一做法是在推广幼稚和庸俗。阿尔弗总结了他们的困境:“因为他用科普的语言来写物理学和宇宙学,因为他在演讲中注入了大量的幽默,因此有太多的同行科学家经常不拿他当回事儿。他的不被重视也让作为他的同事的我们两个被忽略,特别是因为我们从事的是这样一种猜测性的宇宙学领域的工作。”
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1700926692 鉴于对他们工作的那种压倒性的冷漠,3个人在1953年发表了对他们的工作的最后总结和新的计算方法后,不情愿地结束了他们的研究计划。伽莫夫转向其他研究领域,包括与DNA有关的化学研究。阿尔弗离开了学术界,成为通用电气的一名研究员,赫尔曼加入了通用汽车研究实验室。
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1700926694 伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼的离去使得大爆炸宇宙学陷入一种困难境地。几年后,大爆炸模型面临着两个尴尬的问题。首先,基于星系的红移,大爆炸宇宙的年龄小于它所包含的恒星的年龄,这显然是荒谬的;其次,大爆炸生成原子的尝试在氦这个地方遇到阻碍,这让人十分尴尬,因为这意味着宇宙中不应含有氧、碳、氮或其他重元素。尽管前景黯淡,但大爆炸还没到山穷水尽的地步。如果有人能发现阿尔弗和赫尔曼所预言的宇宙微波背景辐射,这个模型是可以挽救和可信的。不幸的是,没有人愿意受累去寻找它。
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1700926696 同时,那些支持永恒宇宙想法的人的状况看起来要积极得多。他们正准备用修改了的模型进行反击。英国的一个宇宙学家小组正在发展一种不仅能给出永恒的宇宙,而且还能够解释哈勃的红移观测结果的理论。这种新的永恒宇宙模型将成为创生的大爆炸模型的最大竞争对手。
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1700926698 万变不离其宗
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1700926700 弗雷德·霍伊尔于1915年6月24日生于宾利。他是约克郡人,一位宇宙学家,一个性格叛逆者,也是一个富于创造性的天才。未来将证明,他是大爆炸模型遇到的最强劲和最具攻击性的批评家,并在我们对宇宙的理解方面做出巨大的贡献。
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1700926702 霍伊尔在早年就显示出过人的观察和演绎天赋。当他还只有4岁时,便独自想出一个告知时间的详细分析过程。霍伊尔注意到,当他的父母向对方询问时间时,对方会先看一下外祖父的钟。于是霍伊尔便开始一遍一遍地问时间,看看到底会发生什么事情。一天晚上,他在被送到床上去睡觉时被告知现在已经是“7点过20分”了,于是他在入睡前解开了这个谜:
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1700926704 我突然想到了一个主意。可能这就是“时间”,而不是一个我不知道的神秘数字——所谓“7点过20分”,真的是2个单独的数字20和7吗?……钟上有两个指针。也许一个数字属于一个指针,另一个数字属于另一个指针。第二天我又反复琢磨了“什么是时间”这个问题,好像确实是这样。因为钟面上的数字是大而清晰的,现在很容易看到有2套。一个指针对应着一套数字,另一个指针对应着另一套数字。我又有了新发现,懂得了什么是“过”和“到”,但实际上,这个问题解决了,我可以转向其他令人费解的事情上去了,像是什么让风吹拂起来。
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1700926706 霍伊尔喜欢独自了解世界,因此他经常逃学,几个星期里总要旷一次课。他在自传中回忆道,那时候老师试图教他罗马数字,而当时阿拉伯数字已经非常好懂而且无处不在,所以上这种课显得毫无意义:“这让我完全不能忍受,这种对智力的羞辱最终迫使我没上完那堂课。”在另一次课上,霍伊尔带着鲜花走进教室,以此证明它有比老师前一天讲述的更多的花瓣。老师对他的这种张狂报以掌掴。因此毫不奇怪,霍伊尔又走了出来,而且再也没有回去。
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1700926711 图84 (左上)母亲抱着还是婴儿的霍伊尔。他父亲即使在第一次世界大战的战壕里,也一直带着这张照片。右上照片背后的注记显示,这是蹒跚学步时的霍伊尔与他的玩具熊,霍伊尔后来把自己描述为“显然信服一种错误的观念,认为世界要比我后来发现它的样子更美好。”左下照片中的霍伊尔大约10岁的年龄,这正是他逃学的高峰期。最后这张照片显示他已是剑桥大学的年轻大学生。
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1700926713 年轻的霍伊尔似乎花在本地电影院里的时间要比在教室里的时间多得多。他通过研究无声电影的字幕来弥补课堂上没学到的东西:“我的阅读是在瞅空钻进电影院看电影中学会的……电影院实在是卓越的教育机构……每场只要1个铜板,比上课合算多了。”
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1700926715 当他稍大几岁后,霍伊尔表现出对天文学的兴趣。他的父亲,一个没有受过教育的布料商人,常常陪他去邻镇看望一个有望远镜的朋友。他们在那里待到晚上来研究星星,第二天一大清早赶回家。霍伊尔早年对天文的迷恋在12岁时读了亚瑟·爱丁顿的《恒星和原子》一书而得到强化。
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