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斯穆特,作为建造DMR探测器团队的发言人,荣幸地应邀向济济一堂的听众作报告,给出真正重大的结果。自从彭齐亚斯和威尔逊发现了CMB辐射后,四分之一世纪过去了,现在,预期的变化终于得到查实。由于结果一直属于高度机密,所以连会议组织者事先都不知道斯穆特会在会上做出这样重大的公告,因此给他的发言时间就是标准的12分钟,但这已足够呈现科学史上这一最重要的发现。所有出席者均满怀敬畏地看着这一宇宙景观戏剧般地落幕。大爆炸确实能解释星系的形成。
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中午举行了重要的新闻发布会。媒体的新闻稿登出了COBE给出的宇宙地图,上面的每块红色、粉红色、蓝色和淡紫色代表着不同的密度。地图的黑白版本如图102所示。每个椭圆形地图表示整个天空,它们被展开并重组成平面图,正如在地图集里球形地球的地图被展成平面图一样。
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许多记者和他们的读者看到这些图片,认定每个补丁代表了CMB辐射的真正变化,并大肆吹嘘在十万分之一的水平上起伏显示得很清晰。事实上,COBE的测量受到DMR探测器本身发射的随机辐射的严重影响,因此在关键性的图[图102(b)]中,包含了显著的随机辐射成分。这种污染严重到你单独看图时根本不可能分辨哪个斑点是CMB辐射的真正变化,哪些是由探测器的随机涨落引起的。然而,COBE科学家已经用复杂的统计方法证明了,在他们宣布的精度水平上,存在CMB辐射的真正变化,因此其结果是有效的,即使分布图有点误导。本来将统计分析后的数据交给记者要比交图更准确,但没有哪位新闻记者会理解它。不管怎样,插图编辑们肯定对第二天见报的文章配有出人意料的图像心存感激。
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统计分析很复杂,但乔治·斯穆特的消息传到世界其他地方却很简单。COBE卫星已找到的证据表明,大约在宇宙创生后的30万年左右,整个宇宙的密度存在十万分之一水平的微小变化,随着时间的推移,这一变化最终导致了我们今天看到的星系。在前一天花了一晚上功夫才琢磨出该怎样在新闻发布会上给出清脆的回答,斯穆特告诉聚拢来的记者:“我们已经观察到早期宇宙中最古老和最大的结构。这些结构是现今的天体结构如星系、星系团等的原始种子。”斯姆特还给了记者一个更加难忘和迅捷的引语:“好吧,如果你信教,它就像你看到的上帝的面容。”
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图102 COBE看到的空间。它看到来自四面八方的CMB辐射。辐射的变化被映射到的球的表面,就像COBE被定位在球体的中心看出去的那样。COBE给出了几种球形图,其中两张被展开成这里的二维分布图。原图是彩色的,但这里显示为黑色、白色和灰色。阴影反映的是由COBE的DMR探测器测得的CMB辐射的强度的变化。
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图(a)主要是叠加了我们银河系的恒星的辐射,它在赤道附近呈条纹状。这张照片得了个绰号“汉堡包”。
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图(b)是剔除了银河系的影响后的辐射分布图。它较好地展示了整个宇宙的CMB辐射变化。大部分的图仍然是以随机噪声为主,但统计分析显示了在十万分之一的水平上CMB辐射的真正变化。
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新闻界的反应是全部拿出整个头版来报道COBE结果。《新闻周刊》杂志最为典型,它采用了戏剧性的通栏标题:“上帝的印迹”。虽然对激情之下他说的话略显尴尬,然而斯穆特自认为没有遗憾:“如果我的评论能够让人们对宇宙学产生兴趣,那么这就对了,这是肯定的。总之现在话已出口。我不能把它咽回去。”
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上帝的提及、醒目的图像和COBE突破的科学重要性确保了这段历史毫无疑问地成为近十年来最有趣的天文学故事。甚至连史蒂芬·霍金都来火上浇油地凑热闹,他说:“这是20世纪中最重大的发现,如果不说是所有人类历史上的话。”
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证明大爆炸模型的争论终于结束。几代物理学家、天文学家和宇宙学家——爱因斯坦、弗里德曼、勒迈特、哈勃、伽莫夫、阿尔弗、巴德、彭齐亚斯、威尔逊、整个COBE团队,以及许许多多的其他人成功地解决了宇宙创生这一终极问题。很显然,宇宙是动态的,在不断扩张和演化,我们今天看到的一切都来自于100亿年前的一个热的、致密的、瞬间发生的大爆炸。宇宙学完成了一次革命,宇宙大爆炸模型现在已被广泛接受,范式的转变已经完成。
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大爆炸简史:一场伟大的比赛,赛场就是宇宙本身 第6章:尾声
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如果你想从头开始做苹果派,你必须先创造宇宙。
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——卡尔·萨根
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不断给我带来惊喜的是,人类已能够大胆想象一种创生的理论,现在我们能够检验这一理论。
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——乔治·斯穆特
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我们认为爆炸模型是当代最具说服力的和包容性的宇宙物理理论,因为这个模型具有预言能力(即它同时囊括了许多不同的天文观测结果),特别是因为,正如任何一项可行的理论所必须具有的,它在不断的观测证伪的挑战中生存下来……就大爆炸而言,这个模型不仅存活了几十年,而且其生存状况正变得越来越强大。
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——拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼
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十亿年或二十亿年前,发生了一件事——大爆炸,一件我们的宇宙开端的事件。它为什么会发生是我们想知道的最大的谜。但它的发生却是相当清楚的。
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