一五中文网

手机浏览器扫描二维码访问

第8章 膨胀的宇宙1（第3页）

例如，正如我们看到的，我们星系中的其他恒星形成了横贯夜空的叫做银河系的光带。

但是如果看得更远，星系数目则或多或少显得是相同的。

所以假定我们在比星系间距离更大的尺度下来观察，而不管在小尺度下的差异，则宇宙确实在所有的方向看起来是大致一样的。

在很长的时间里，这为弗里德曼的假设——作为实际宇宙的粗糙近似提供了充分的理由。

但是，近世出现的一桩幸运事件揭示了以下事实，弗里德曼假设实际上异常准确地描述了我们的宇宙。

1965年，美国新泽西州贝尔电话实验室的两位美国物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊正在检测一个非常灵敏的微波探测器。

（微波正如光波，但是它的波长大约为1厘米。

）他们的探测器收到了比预想的还要大的噪声。

彭齐亚斯和威尔逊为此而忧虑，这噪声不像是从任何特别的方向来的。

首先他们在探测器上发现了鸟粪并检查了其他可能的故障，但很快就排除了这些可能性。

他们知道，当探测器倾斜地指向天空时，从大气层里来的任何噪声都应该比原先垂直指向时更强，因为从接近地平线方向接收比起直接从头顶方向接收，光线要穿过多得多的大气。

然而，不管探测器朝什么方向，这额外的噪声都是一样的，所以它一定是从大气层以外来的。

并且，它在白天、夜晚、整年都是一样，尽管地球围绕着自己的轴自转或围绕太阳公转。

这表明，这辐射必须来自太阳系以外，甚至星系之外，否则，当地球的运动使探测器指向不同方向时，噪声就会变化。

事实上，我们知道这辐射必须穿过我们可观察到的宇宙的大部分才行进至此，并且由于它在不同方向上都一样，如果只在大尺度下，这宇宙也必须是各向同性的。

现在我们知道，不管我们朝什么方向看，这噪声的变化总是非常微小：这样，彭齐亚斯和威尔逊无意中非常精确地证实了弗里德曼的第一个假设。

然而，由于宇宙并非在每一个方向上，而是在大尺度的平均上完全相同，所以微波也不可能在每一个方向上完全相同。

在不同的方向之间必须有一些小变化。

1992年宇宙背景探险者，或称为COBE，首次把它们检测到，其幅度大约为十万分之一。

尽管这些变化很小，但是正如我们将在第八章解释的，它们非常重要。

大约与彭齐亚斯和威尔逊在研究探测器中的噪声的同时，在附近的普林斯顿大学的两位美国物理学家，罗伯特·狄克和詹姆斯·皮帕尔斯也对微波感兴趣。

他们正在研究乔治·伽莫夫（曾为亚历山大·弗里德曼的学生）的一个见解：早期的宇宙一定是非常密集的白热的。

狄克和皮帕尔斯认为，我们应该仍然能看到早期宇宙的白热，这是因为从它的非常远的部分来的光，刚好现在才到达我们这里。

然而，宇宙的膨胀把光红移得如此厉害，现在只能作为微波辐射被我们观察到。

正当狄克和皮帕尔斯准备寻找这辐射时，彭齐亚斯和威尔逊听到了他们的工作，并且意识到，他们自己已经找到了它。

为此，彭齐亚斯和威尔逊被授予1978年的诺贝尔奖（狄克和皮帕尔斯看来有点难过，更别提伽莫夫了）。

现在初看起来，关于宇宙在任何方向看起来都一样的所有证据似乎暗示，我们在宇宙中的位置有点特殊。

特别是，如果我们看到所有其他的星系都远离我们而去，那似乎我们必须在宇宙的中心。

然而，还存在另外的解释：从任何其他星系上看宇宙，在任何方向上也都一样。

正如我们已经看到的，这是弗里德曼的第二个假设。

我们没有任何科学的证据去相信或反驳这个假设。

我们之所以相信它只是基于谦虚：因为如果宇宙只在围绕我们的所有方向显得相同，而在围绕宇宙的其他点却并非如此，则是非常令人惊奇的！

在弗里德曼模型中，所有的星系都相互直接离开。

这种情形很像一个画上好多斑点的气球被逐渐吹胀。

当气球膨胀时，任何两个斑点之间的距离加大，但是没有一个斑点可认为是膨胀的中心。

此外，斑点相离得越远，则它们相互离开得越快。

类似地，在弗里德曼的模型中，任何两个星系相互离开的速度和它们之间的距离成正比。

所以人们预言，星系的红移应与离开我们的距离成正比，这正是哈勃发现的。

尽管他的模型取得了成功并预言了哈勃的观测，但是直到1935年，为了响应哈勃的宇宙均匀膨胀的发现，美国物理学家霍瓦德·罗伯逊和英国数学家阿瑟·瓦尔克发现了类似的模型后，弗里德曼的工作才在西方被普遍知道。