宇宙学·航天 | 宇宙大爆炸留下了什么痕迹？
徐来
2017-10-13
世界好大，奇妙的事情每天都有，我们一起去发现吧！
宇宙学·航天 | 宇宙大爆炸留下了什么痕迹？
| 暖爸型转述师 | ：金北平
徐来
“宇宙起源”可真是一个非常有意思的故事，它真的很让人着迷。每次有机会仰望星空的时候，我都会想起这个曲折的过程，想起科学家们为了探求这个谜题，所作出的努力。
根据大爆炸理论，宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。图片来源：wiki
证据也许“看”不见
要我说，宇宙起源的研究还真的挺难的。因为宇宙大爆炸这事儿吧，离开咱们现在所处的时间实在是太远了，远到咱们都无法现象的程度。那个时候，别说人类了，连地球，连太阳，连我们所在的银河系都没有呢，怎么就能证明，那么遥远的时候，在那样一个无法想象的条件下，会有那样一个起源的过程呢？
所以，很多证据是科学家们通过一定的数学方法和艰苦的尝试和计算出来的。
但是光算出来不算数，用现在大家经常说的一个词儿，就是：这不是实锤啊，都是纸面上的东西。那有没有能看得见摸得着的证据呢？
咱们之前已经介绍过了。科学家看宇宙的方式，正在不断发生变化。最初大家只能通过肉眼来看宇宙。后来，有了望远镜，能看得远得多了。但咱们拿肉眼看到的黑漆漆的一片，并不见得就真的黑漆漆的啥都没有。前两天的专栏文章《宇宙中最准的钟表》里就有说到，通过无线电波，也可以观察宇宙，拿射电望远镜一看，嚯，宇宙里满是各种各样的无线电波。因为不同的无线电波，往往是不同的活动造成的，我们可以通过接收特定的无线电波，来观察宇宙中相应的活动。
所以，科学家们实际上就是在通过各种方法来观察宇宙，寻找那些能够证明宇宙大爆炸存在的证据。
证据的三个要点
说了半天，他们在找什么样的证据呢？这个证据大概会包含以下三点：
第一点，它的温度一定非常高。
说起来，也并不难理解。你想，宇宙大爆炸，从一个奇怪的点，突然爆发，物质与能量快速膨胀，形成了我们现在所在的这个宇宙。这个过程，一定会有巨大的能量释放——要不怎么叫大爆炸呢。大爆炸一定会放出很多热量。找到这个超级强的热量，也就找到了大爆炸的证据。
但是，问题来了：这个热量，它不会傻等在那里等我们找啊，就好比你倒一杯热水，放半天，热量都散失到空气当中去了，热水也变成凉白开了。
宇宙大爆炸的热量，一定也会发生同样的情况。这些热量一开始一定很强，但是随着宇宙空间的扩大，一定会慢慢扩散到更大的空间当中去，这样一来，热量本身就会降低。考虑到宇宙大爆炸已经发生了130亿年。所以，这个温度一定已经降到相当低的程度了。
第二点：这个热度，会慢慢变得很低很低。
咱们继续打个比方：假设你有两瓶一样多的水，一瓶是100度，另一瓶是0度，如果把这两瓶水混在一起，那么温度一定会被拉平均，变成50度。而且注意，是两瓶50度的水。也就是说，高温被降低了，低温被拉高了。温度变成了一个平均值，在水的各个位置上，情况都是如此。
第三点：这个温度，在宇宙各处都是平均的——它是一个充满了全宇宙的平均温度。
这么一来，天文学家好像就知道了，到底要找一个什么样的证据——它实际上是宇宙大爆发释放出来的巨大能量，慢慢填充满整个宇宙空间之后，显示出来的一种状态。
大爆炸的证据是鸽子粪？
知是知道了。可是，该怎么找到它呢？
要说难，其实也不难，因为温度会产生一种叫做热辐射的东西，它实际上是物体通过电磁波把热能往外释放的过程。填满宇宙的那个能量，也一定会产生这样的辐射。科学家管它叫做“宇宙背景辐射”——因为从理论上说，它的水平非常低，但是在宇宙的任何地方都会有，而且在任何地方的水平都差不多，所以，变成了整个宇宙的一种“背景色”。
从这个意义上来说，只要通过基本的射电望远镜，是的，就是那种专门接收电磁波的望远镜，就可以找到这种辐射。当然，真的去探测的时候，科学家们还要解决一系列的技术难题，总之，当时有好多科学家，都在尝试寻找这个宇宙大爆炸的证据。
其中有两位科学家一个叫彭齐亚斯，一个叫威尔逊，他们都在一座非常著名的大学，加州理工大学工作，开始联手寻找这个证据。一个非常偶然的机会，他们俩探测到一个信号。这个信号非常神奇，他们比对了所有已知的辐射，结果发现，都不是。而且，不管把天线指向天空的哪里，这个信号都存在。
很有意思，这俩科学家的第一反应是，接受到信号的这个天线一定是出问题了。他们不约而同地想到了天线里的两位客人——一对野生的鸽子。不知道为什么，这对鸽子特别喜欢天线，一直试图在天线内部筑巢。发现它们的意图之后，彭齐亚斯和威尔逊就会转动天线，破坏它们的行动。可是鸽子呢，还是不依不饶，坚持在天线内部筑巢。
最重要的是，鸽子在天线里留下了很多粪便。这可是非常糟糕的东西，因为鸽子粪会导电，有可能会影响探测结果——这让他们怀疑，之前探测到的信号，会不会是一小坨鸽子粪？
他们没辙，只好设法诱捕了那两只鸽子。然后送到了几十公里之外的一个地方，放生了。这样就不会再影响探测了吧？想得美，彭齐亚斯和威尔逊清净了没两天，却惊讶地发现，鸽子竟然飞回来了……别忘了，鸽子也是会认路的……
两位科学家这下没办法了，最后，他们狠了狠心，把那两只鸽子给杀死了。然后彻底清理了天线——这下总该没问题了吧。可是，当他们把天线再次对准天空的时候发现，那个信号只是削弱了一点点，但是并没有消失。
经过和其他科学家的观测结果进行比较分析之后，大家终于确认，这两位科学家观测到的这个信号，确实不是鸽子粪，而是大家一直在寻找的“宇宙微波背景辐射”。大爆炸的证据终于找到了。
艺术家绘制的探测器在宇宙中采集数据的景象。图片来源：wiki
博物学家养成记
这个辐射所对应的温度到底是多少呢？我先不公布答案，今天给你留一个作业，你可以去网上搜索一下相关资料。然后把答案写在留言区。我会在明天的文章里公布正确答案。
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今天我们学习了3个知识点：
宇宙大爆炸的证据之一是“宇宙微波背景辐射”，这是宇宙大爆炸所遗留的热量在现在宇宙当中的体现；
把一份热水和一份冷水混合在一起，会得到两份温度均匀的水，它的温度是热水和冷水温度的平均值。宇宙微波背景辐射就是把宇宙大爆炸的温度平均到全宇宙内的结果；
科学家们利用射电望远镜寻找宇宙微波背景辐射。最后，加州理工大学的彭齐亚斯和威尔逊找到了这个证据。
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徐来
今天，是博物学陪伴你的第 185 天，恭喜你，又收集了一个新知识！下一期我们继续研究。
