第354章 背景辐射

在曾经的发先里，张晓辰觉得要想解决现状最好的办法就是知道很多本源性的问题，比如1964年，美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊，在调试他们那巨大的喇叭形天线时，出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声，各个方向上信号的强度都一样，而且历时数月而无变化。

难道是仪器本身有毛病吗？或者是栖息在天线上的鸽子引起的？他们把天线拆开重新组装，依然接收到那种无法解释的噪声。这种噪声的波长在微波波段，（它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况精确相符，这种辐射就是物理学家说熟知的“黑体辐射”）。他们分析后认为，这种噪声肯定不是来自人造卫星，也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源，因为在转动天线时，噪声强度始终不变。

后来，经过进一步测量和计算。，一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现，使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预言的温度如此接近，正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持！这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。

宇宙微波背景辐射的发现，为观测宇宙开辟了一个新领域，也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束，它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出：这一发现，使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。

最后还有一个证实炽热高密度宇宙起源理论的证据。只要知道今天热辐射的温度，由热大爆炸理论很容易计算出宇宙诞生后约1秒时各处的温度约为100亿度，这对现有的原子核的合成来说也是太高了。那时物质必定被撕裂成最基本的成分，形成一锅夸克胶子汤，诸如质子、中子和电子。但是，随着这锅汤变冷，核反应就可能出现了。

采用大爆炸模型可以计算氦-4、氦-3、氘和锂-7等轻元素相对普通氢元素在宇宙中所占含量的比例。所有这些轻元素的丰度都取决于一个参数，即早期宇宙中光子与重子的比例，而这个参数的计算与微波背景辐射涨落的具体细节无关。大爆炸理论所推测的轻元素比例（这里是元素的总质量之比而非数量之比）大约为：氦-4/氢=，氘/氢=10^-3，氦-3/氢=10^-4，锂-7/氢=10^-7。

实际测量到的各种轻元素丰度和从光子重子比例推算出的理论值加以比较，可以发现它们是粗略符合的。其中理论值和测量值符合最好的是氘元素，氦-4的理论值和测量值接近但仍有差别，锂-7则是差了两倍，对于后两种元素的测算存在着较大的系统随机误差。

尽管如此，大爆炸核合成理论所预言的轻元素丰度与实际观测可以认为是基本符合，这是对大爆炸理论的强有力支持。到目前为止，还没有其它理论能够很好地解释并给出这些轻元素的相对丰度。同时，由大爆炸理论所预言的宇宙，其中可被“调控”的氦元素含量也不可能超出或低于现有丰度的20事实上，很多观测结果现今也只有大爆炸理论可以解释，例如为什么早期宇宙中氦的丰度要高于氘，而氘的含量又要高于氦-3，而且比例又是常数等。

美国人索尔·珀尔马特和亚当·里斯以及持有美国和澳大利亚双重国籍的布赖恩·施密特获得2011年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评审委员会4日评价，这3名获奖者“研究几十颗处于爆炸状态的恒星即‘超新星’，发现宇宙正在扩张过程中，扩张速率不断加速”。在瑞典首都斯德哥尔摩瑞典科学院内，诺贝尔物理学奖当地时间11时45分（北京时间17时45分）揭晓。

珀尔马特、里斯和施密特的研究对象，是一些大质量恒星在演化后期伴随星核与星壳分离出现的一种现象，即超级规模大爆炸。质量相当于太阳的8至25倍的恒星以超新星爆发方式结束“生命”，而恒星外侧气体包则高速抛离，所显现的绝对光度可超过太阳光度100亿倍。分析特定类型的超新星爆发，珀尔马特、里斯和施密特所属的研究小组发现，超过50颗超新星所显现的光度比先前预期暗淡。对这一结果的解释，是宇宙正在加速扩张。这个发现，被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。

诺贝尔物理学奖评审委员会认定，3名获奖者所获研究结果改变了人类对宇宙的认识。“将近一个世纪，一种公认看法是，宇宙正在扩张，是大约140亿年前‘大爆炸’的结果。”评审委员会说。“不过，发现宇宙扩张正在加速，令人惊异。”评审委员会介绍说，“如果扩张继续加速，宇宙将以冰冻状态终结。”另外，3人的研究，确认了最初由科学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的一种理论，即他称之为“宇宙学常数”的理论。

1998年，珀尔马特主持一个研究小组，施密特则主持成员包括里斯的另一个研究小组。两个小组各自努力，相互“竞争”，而观测结果可谓“不约而同”。评审委员会宣布，奖金1000万瑞典克朗（约合146万美元），珀尔马特获二分之一，施密特和里斯获另外二分之一。

对于大爆炸后最初的几分钟，相关的观测严重缺乏，最早期宇宙物质——能量的实际形式很大程度上仍只是猜测。大一统理论预测了特定类型的粒子（如难以捉摸的磁单极子），而超弦、超对称、超引力以及其他多维理论都预测了各自原初粒子及作用力。。

物质对反物质的绝对优势也是一个需要透彻说明的经验性事实。

其他主要问题都与暗物质和暗能量的产生和本质有关，通常认为量子真空是二者的主要提供方。