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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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——卡尔·萨根
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大爆炸模型可以说是20世纪最重要和最辉煌的科学成就。然而,大爆炸模型在其构思、发展、探索、检验、证明并最终接受的方式上也可以被认为是非常普通的。在这些方面,它与许多不那么吸引人的科学领域有着很多共同之处。大爆炸模型的发展是科学方法付诸实施的一个典型例子。
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如同其他许多科学领域,宇宙学始于试图解释一些以前一直属于神话或宗教领域的东西。最早的宇宙学模型有用,但并不完美,因此很快就表现出与观察的不一致和不准确的缺陷。新一代宇宙学家提供了一个可供选择的模型,并向着有利于他们宇宙观的方向推进,而科学界则捍卫现有的模型。无论是守成者还是挑战者都认为自己正确,并利用理论、实验和观察结果来为自己辩护,有时一项证明工作在取得突破之前需要耗上几十年的时间,但一个偶然的发现就可能在一夜之间改变科学的景观。双方都利用了最新的技术——从望远镜到卫星——来努力寻找能支持自己模型的关键证据。最终,形势变得对新模型十分有利,宇宙学迎来了一场革命,科学界终于接受了新模型,抛弃了旧模型。以前批评新模型的大多数批评家开始确信并改变了他们的立场,范式的转变终于完成。
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重要的是,在大多数科学争论中,范式并没有转变。通常情况下,一个新提出的科学模型很快被发现是有缺陷的,于是既有模型仍被当作对实在的最佳解释而得到保留。这种情势是必需的,否则科学将不断修正其位置,这样它在探索和理解宇宙方面将变成一种不可靠的框架。然而,当范式转移已然出现时,它便是科学历史上最非凡的时刻。
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从旧范式到新范式的道路可能十分漫长,需要经过几十年和几十位科学家的奉献。这产生了一个有趣的问题:谁对新范式的贡献最大?罗尔德·霍夫曼和卡尔·杰拉西在戏剧《氧气》中对这个问题做了初步探索。这部剧作围绕如何颁发“追认诺贝尔奖”这个虚构的奖项(授予诺贝尔奖基金会成立之前所诞生的科学发现)展开。委员会开会,很快同意这个奖项应授予氧气的发现。但委员们对谁最值得获此殊荣意见不一。是瑞典药剂师卡尔·威廉·舍勒,因为他第一个合成并分离出这种气体?还是英国一个神论派教长约瑟夫·普里斯特利,因为他第一个公布他的发现并提供了研究的细节?抑或是法国化学家安东尼·拉瓦锡,因为他正确理解了氧气不仅仅是空气的一个版本(“消炎的空气”),而是一种全新的元素?这部戏详细讨论了优先权的问题,通过时间回溯让每个人都来为自己辩护,从而反映出荣誉归属的复杂性。
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