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及时到来的偶然发现

时间:2023-01-31 百科知识 版权反馈
【摘要】:根据阿尔菲和赫尔曼提出的想法,无数光子对氦核的撞击可能“妨碍”了它们的聚变,结果就是产生的氦比预计的少很多。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊,这家公司的两位工程师,建造了适合探测这些卫星发出的微弱信号的天线。1965年彭齐亚斯和威尔逊发表文章正式宣布他们的惊人发现。这一发现给彭齐亚斯和威尔逊带来了1978年的诺贝尔物理学奖。两位研究者的观察证实:现在的宇宙中每1升空间包含约42万个原始光子。
及时到来的偶然发现_海滩上的爱因斯坦

当伽莫夫于1948年提出他的热宇宙模型时,原始核聚变的思想似乎首先遇到了一些困难。观察表明氦原子的确占据宇宙中“普通”物质质量的24%,而氢原子约为74%(其他所有元素分担了剩下的2%)。但根据最初的计算,原始核聚变应该在仅仅几分钟的时间内就产生出多得多的氦……

为了解释这一看起来非常恼人的结果,阿尔菲和罗伯特·赫尔曼很快就提出了一个天才的解决方案:原始宇宙应该同样也充满了大量的光子(组成光的粒子或毋宁说组成电磁辐射的粒子),是它减缓了氦的产生。但到底以什么方式呢?在原始核聚变中,物质足够热也足够密集,轻元素因而通过一系列聚变而产生:质子和中子聚变产生了氘核,然后两个氘核聚变产生一个氦核(2个质子+2个中子)。根据阿尔菲和赫尔曼提出的想法,无数光子对氦核的撞击可能“妨碍”了它们的聚变,结果就是产生的氦比预计的少很多。

两位研究者的推理还不止于此。当密度和温度降低到原子核不能继续聚变时,这些“捣乱的光子”变成了什么呢?它们没有理由消失,它们应该只是继续传播……而今天它们也仍然必须如此!宇宙膨胀当然在越来越大的体积内“稀释”了这些光子。但这并不是全部:它同样也拉长了每个光子的波长,使得这种原始辐射的能量越来越小,因为光子的能量与其波长成反比。或者如果我们愿意,也可以说是使原始辐射的温度越来越低,因为一种气体或辐射的温度,代表了每个粒子的平均能量。阿尔菲和赫尔曼计算出目前辐射的波长应该已经太长,所以肉眼无法看到。

1964年,这一预测被多个宇宙学家团队重新提出:一方面是苏联人A. G. 达拉什科维奇和伊戈尔·诺维科夫,另一方面是美国人罗伯特·狄克和吉姆·皮布尔斯。美国队伍很快就在普林斯顿大学校园开始了能够检测到这些光子的实验。不幸的是,他们将被超越,超越得完全出乎意料。在离普林斯顿不远的地方,贝尔电话公司自1950年代末期开始就在研究与地球轨道上的人造卫星之间通讯的问题。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊,这家公司的两位工程师,建造了适合探测这些卫星发出的微弱信号的天线。1963年,它们决定将这一工具改造成射电望远镜,以便接收由恒星和星系发出的无线电波。

自最初的观察开始,他们就发现有一个声音扰乱了测量:无论他们将天线朝向哪个方向,收到的信号都比预计的要更强烈。他们于是多次检查自己的设备,赶走了在天线里做巢的鸽子。但没有任何改变,干扰信号一直存在!(在几个同事的帮助下)他们终于明白他们刚刚得到了一个重大的发现……

1965年彭齐亚斯和威尔逊发表文章正式宣布他们的惊人发现。但提供解释的却是普林斯顿大学的团队:这一电磁辐射是原始宇宙在高热和高密度阶段发出的!科学界终于完全团结到大爆炸模型事业中,因为只有它才能解释(甚至要求)这样的放射存在!这一发现给彭齐亚斯和威尔逊带来了1978年的诺贝尔物理学奖。

两位研究者的观察证实:现在的宇宙中每1升空间包含约42万个原始光子。这看起来很多,但可作参考的是,在地球轨道上“白天一侧”,每升空间包含约4万亿个太阳发出的光子……

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