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另外两个关键的观测与预测相符得很好，进而确定了大爆炸理论。一种测量依赖于粒子物理学和广义相对论，进而成为这两种理论的确据，即宇宙中各种元素的密度，比如氦和锂。大爆炸预言的这些元素的数量与测量相一致。在某种意义上来说，这是间接证据，需要用基于核物理和宇宙学的具体计算来给出这些数值。即使如此，除非物理学家和天文学家已经走在正确的道路上，各种不同元素的丰度在理论和测量上的一致性并不太可能只是一种巧合。
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1964年，美国的罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）与出生于德国的阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）偶然发现了2.7K微波背景辐射，后来证实了大爆炸理论。从温度的角度来看，没有什么东西比绝对零度还冷，即开尔文单位制的0度。宇宙辐射温度比绝对零度高了不到3K。
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威尔逊与彭齐亚斯的合作与冒险（因此他们在1978年获得了诺贝尔奖），是科学与技术琴瑟和鸣取得举世瞩目成就的一个实例。回到AT&T还是电信寡头的年代，AT&T做了一件了不起的事情——创建贝尔实验室，它为纯理论与应用的并肩发展提供了一个卓越的研究环境。
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作为电子技术方面的极客，颇具远见的威尔逊与彭齐亚斯，都在贝尔实验室工作过，他们一起使用和完善了射电望远镜。威尔逊与彭齐亚斯都对科学与技术感兴趣，而AT&T也对通信业有着相当的兴趣，天空中的射电波对每一个相关的人来说，都很重要。
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在追寻射电天文学的一个具体目标时，威尔逊与彭齐亚斯发现了他们起初无法解释，并认为神秘的讨厌东西。它看似一种均匀的背景噪声——本质上是静态的。它不是从太阳来的，也与之前的核实验无关。他们尝试了每一种他们能想到的解释方法，包括著名的鸽子粪，耗时9个月，努力找寻答案。在考虑了所有可以想象的可能性之后，清理了鸽子粪（或者彭齐亚斯所称的“白色介电材料”），甚至射杀了鸽子之后，噪声依然存在。
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威尔逊告诉我他们有多幸运，巧就巧在他们发现的时间点。他们并不知道大爆炸理论，但是普林斯顿大学的罗伯特·迪克（Robert Dicke）与吉姆·皮泊斯（Jim Peebles）却知道。那里的物理学家刚刚意识到该理论的一个弦外之音就是，它将产生一个微波波段的辐射的残余。这些物理学家正试图设计一个实验来测量这个辐射，而他们却发现该辐射已经被发布了——贝尔实验室的科学家已经找到了它，只是还不知道发现的是什么。威尔逊与彭齐亚斯很走运，威尔逊对我说，麻省理工学院的天文学家伯尼·伯克（Bernie Burke）就像那个时代的网络，既知道普林斯顿的研究，又知道威尔逊与彭齐亚斯的发现。伯克把两者结合起来，使得相关的科研人员之间取得了联系并带来了丰硕的成果。
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这也是一个科学采取行动的成功案例。研究本身是出于具体的科学目的，而该目的也带来了额外的技术和科学成就。天文学家并没有在寻找他们所发现的东西，但是其技术和科学技能娴熟。当发现新东西时，他们知道不能错过它。虽然开始寻求的是小现象的研究，但是结果却导致了有着深刻内涵的巨大发现，他们能有所发现是因为他们与其他人都同时在思考一幅大图景。虽然贝尔实验室科学家的发现是偶然的，但它却永远改变了宇宙学的进程。
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宇宙辐射被证明是一个非常强大的工具，不仅证实了大爆炸理论，同时也将宇宙学转变成了一门具体的科学 。宇宙微波背景（cosmic microwave background, CMB）辐射为我们提供了一种观测过去的不同方法，它不同于传统天文学测量的方法。
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以前，天文学家观测太空中的物体时，试图确定它们的年龄，尝试推断它们的演化史。在宇宙微波背景中，科学家可以直接看向过去，甚至达到诸如恒星与星系等结构形成之前。他们所观测到的光线来自很早以前——宇宙演化的早期。当微波背景被发射出来之时，宇宙仅有现在规模的千分之一。
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虽然宇宙最初充满了各种粒子（带电的与不带电的），一旦它冷却下来，在其演化的40万年之后，带电粒子组合形成中性原子。一旦发生这个结合，光线就不再被散射。地面上或者卫星上的望远镜所观测到的宇宙微波背景辐射（既没有被隐藏也没有被阻隔），直接来自宇宙演化之后的大约40万年的那一刻。威尔逊与彭齐亚斯发现的背景辐射与宇宙历史早期的辐射相同，但是它已经在宇宙膨胀的过程中被稀释和冷却了。望远镜所搜集到的辐射在它们传播的路途中，并没有被任何中介的带电粒子散射和阻隔。这些光线为我们提供了观测过去的直接和精确的视窗。
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宇宙微波背景探测器（Cosmic Microwave Background Explorer, CMBE）是一个1989年发射的、为期4年的卫星任务。它在测量背景辐射时非常准确，该任务的科学家发现他们的测量与理论预测的相符程度高达千分之一。但是宇宙微波背景探测器也测量其他新东西。到目前为止，宇宙微波背景探测器测量到的最有意思的事情，是天空温度微小的非均匀性。虽然宇宙极其均匀光滑，但是微小的非均匀性在早期宇宙小于万分之一的级别上增长起来，变得越来越大，并对结构的形成起着至关重要的作用。这种非均匀性来源于微小的距离尺度，但是被拉伸到可以与天文测量和结构相比拟的尺度。引力造成了致密的区域——那些微扰特别大的地方，变成高度集中以至于形成我们现在观测到的致密物体。恒星、星系与星系团都是这些初始的微小量子力学涨落与引力演化的结果。
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微波背景测量对于我们理解宇宙的演化不可或缺，它的作用就好像一扇直接朝着早期宇宙打开的窗户。近来，与一些传统方法相结合，宇宙微波背景测量为科学实验提供了另外几个神秘现象——宇宙暴胀、暗物质与暗能量的洞见，我们将在后文介绍。
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950077]
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当我还在麻省理工学院当教授时，物理系三楼已经没有多余办公室给粒子物理学家了。因此我搬到二楼阿兰·古斯（Alan Guth）办公室旁边的一间专门接待理论天文学家和宇宙学家的开放办公室中。虽然阿兰最早从事的是粒子物理学研究，但是他现在却是最优秀的宇宙学家之一。在我换办公室时，我已经对粒子物理学与宇宙学之间的联系展开了一些探索。当你的邻居和你有着相同的兴趣时，继续开展这样的研究会容易得多。而这些相同的兴趣还包括他与你一样，办公室也是乱糟糟的，你会觉得到他的办公室就好像到家里一样舒服。
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许多粒子物理学家则迈得比一层楼远得多了，他们已经穿越到了各种不同的科研领域中。全球生物技术产生巨擘生物基因爱迪克公司（Biogen Idec）的创始人之一沃利·吉尔伯特（Wally Gilbert），也是粒子物理学家出身，但他后来转到生物学领域，而他获得诺贝尔奖的原因却是化学研究。许多粒子物理学出身的人也追随他的脚步转行到生物学领域。另一方面，我的许多研究生离开粒子物理学领域后去了华尔街做宽客（quant）[74] ，他们能为将来的市场变化做分析投注。他们只是选择了正确的时间采取这样的行动，因为用新的金融工具来对冲这种投注刚好适时地发展了起来。在转向生物学领域的过程中，一些思考和组织问题的方法可以平移过去；而在转向金融的过程中，一些方法和方程也是一样的。
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粒子物理学与宇宙学的交叉比上面所说的两种情况更深刻、更丰富。一个对于宇宙在不同尺度上的更细致观察，为小尺度上的基本粒子与大尺度上的宇宙建立了许多联系。毕竟宇宙是独一无二的，它包含了一切。粒子物理学家看向物质的内部时，他们询问物质核心的基本物质组成是什么类型；而宇宙学家看向物质的外部时，他们思考世界的外部是什么、它们是怎样演化出来的。宇宙的奥秘（主要是它由什么组成）对于宇宙学家和粒子物理学家都一样重要。
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两种研究人员都探索基本结构、应用基本的物理定律。每一方都要考虑另一方的研究成果。粒子物理学家所研究的宇宙成分也是宇宙学家的一个重要研究方向。更进一步地，将广义相对论与粒子物理学结合起来的自然定律描述了宇宙的演化，因为两种理论都正确而且都适用于宇宙。同时，弄清宇宙的演化可以限制存在于宇宙中的物质的性质，避免那些与观测到的历史相违背的假设。宇宙从某种意义上说，是第一个也是最强有力的粒子加速器。在其演化的早期，宇宙的能量与温度都非常高，今天加速器可以达到的高能量就是为了能在地球上重现宇宙当时的一些条件。
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近几年各种研究兴趣都不约而同地汇聚到一起，产生了许多研究硕果并引发了对将来工作的启示，而这种势头还将持续下去。本章思考的是一些宇宙学中的重大问题，它们令宇宙学家和粒子物理学家一起来探索。这些交叉领域包括：宇宙暴胀、暗物质以及暗能量。我们将考虑这些现象中我们所知道的方面（更重要的是抛砖引玉），以及那些我们未知的方面。
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宇宙暴胀理论
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即使还不能知道宇宙最初发生了什么，由于需要一个包容性很强的理论来涵盖量子力学与引力，我们也可以相当确定地断言在非常早的时期（也许在宇宙开始演化的前10-39秒），一个被称为“宇宙暴胀”的现象开始了。
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