大爆炸的铁证

    ■【法】克里斯托弗·加尔法德

    霍金亲传弟子、物理学博士克里斯托弗·加尔法德带领我们踏上一场关于宇宙的过去、现在和未来的惊奇之旅。不需要图表和方程式，只需凭着奇诡的想象，我们就可走向衰亡的太阳表面，飞越遥远的星系，感受来自黑洞的死亡魅力……

    如果我们的宇宙在过去曾经更小，你如何才能证明？解决这个问题的最好方式莫过于先找出我们可以预期什么，然后再检查预期与现实是否相符。这就是理论物理学家们的工作。

    现在，让我们在通过望远镜观察之前，先看看我们能够得到哪些推论：

    “如果宇宙在膨胀，那么它在过去肯定比现在小。” 

    “如果它在过去比现在要小，那么它的引力，或者说那时它在时空所造成的弯曲，要比现在更显著，因为它所有的质量与能量被包含在一个更小的体积里。这是爱因斯坦的方程式告诉我们的。”

    “那个时候，时空开始膨胀，基于某种原因，宇宙开始膨胀了。它一开始很小，非常致密，充满了质量与能量，然后，经过一百三十八亿年的膨胀，它变成了今天的模样，有了地球，以及你在你小岛上空可以看到的恒星们。”

    “如果过去宇宙还小，那就是正确的图景。”

    “现在，如果所有的能量都集中在一个很小的体积里，那么肯定有很多摩擦或其他事件发生，早期的宇宙肯定非常热。”

    “那时候的宇宙如此致密，光无法从中穿过，听起来就像一道墙”

    你刚经历了一个物理学家梦寐以求的经历：从纯粹的逻辑出发，利用爱因斯坦的方程式，你得出一个推论：一道光无法透过的墙应该存在于我们的过去。你意识到一个问题：那道你在当今我们可见宇宙边缘所见到的墙与你刚才想象出来的墙有些不匹配，是不是？那道真实的墙，我们的望远镜所探测到的那道墙，很冷，但它应该是很热的。

    有人的确利用爱因斯坦的方程式计算过它应有的温度：大约3000℃。你看到的那道墙却没那么热。你是不是想过，你推断出存在着一个很热的过去，是因为有着时空的膨胀，宇宙中可见的部分随着时间长大，如同你的朋友们在天空里证实的一样？那种膨胀会不会对温度产生影响？

    是的，不仅仅是会，而是必定。这改变了一切。

    去用一下你厨房里的烤炉。将它加热，里面的空气变热了。将火炉关掉，想象这只烤炉突然膨胀，变成一整幢房子那么大。它内部的温度与它在微小体积时相比会大大降低。

    美国科学家乔治·伽莫夫、拉尔夫·阿尔弗与罗伯特·赫尔曼在一九四八年就通过计算得出结论，由于宇宙的膨胀，刚才提到的3000℃高温只有很小一部分遗留下来。他们所预期的温度是多少？大概在-260℃到-27℃之间。

    一九六五年，在伽莫夫与他的同事们作出猜想的十七年后，两位美国物理学家亚诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔森在美国贝尔实验室做着一个特别的工作。他们需要设立一个天线来接收气球卫星的无线电回声信号。可是他们在自己的信号里一直听到有种讨厌的噪声。为了消除这一干扰，他们想出各种聪明的办法检查。很快，他们便意识到自己就算尝试一辈子都无法去除这个噪音。他们所听到的噪声是一种温度的信号，它是我们宇宙最后不透光时刻的温度残留，一百三十八亿年前冻结的留影。

    彭齐亚斯和威尔森用实验证实了那个在当时一些科学家看来如此怪诞不经的理论的预言，要知道大爆炸理论名字本身就是当时最著名的教授之一，英国剑桥大学的弗雷德·霍伊尔为了嘲笑它而取的。

    彭齐亚斯和威尔森在一九七八年获得了诺贝尔物理学奖。他们发现了位于可见宇宙尽头的临界最后散射面所残余的热量。这种辐射，是热大爆炸理论的铁证之一，被称为宇宙微波背景辐射。

    （《极简宇宙史》上海三联书店）