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你將看出我是用煉金術(shù) 來偽造金銀的加波喬的幽靈； 假使我沒有把你看錯，你一定會想起 我是一個多么善于模仿自然的猴子。 ——神曲：地獄篇，第二十九歌  宇宙在不斷地膨脹，它的溫度不斷地下降。當溫度下降到約1萬度時，宇宙的演化開始進入一個嶄新的時期，這時，宇宙的年齡大約等于10萬年。在這個時期之前，宇宙物質(zhì)的主要成分是氫核、氦核、自由電子和光子。在這個時期的前后，原子核已經(jīng)有可能與自由電子結(jié)合成中性原子了。不過，由于溫度仍然比較高，能量較高的光子仍然很多，當這些光子與原子碰撞時，就會使原子瓦解，因此，原子核和電子還不能順利地結(jié)合成中性原子。 在中性原子大量形成之前，宇宙物質(zhì)中含有大量的自由電子。在這個時期，自由電子的運動速率極高，其性質(zhì)與光子的性質(zhì)幾乎是一樣的。這就使得光子有足夠的機會與自由電子發(fā)生碰撞而處于熱平衡狀態(tài)。由于這個原因，光子不可能傳播得太遠，用通俗的話說就是，這個時期宇宙物質(zhì)對光是不透明的。 在溫度進一步下降的過程中，高能光子的數(shù)目將逐漸減少到不能有效地瓦解原子的程度，宇宙物質(zhì)開始從電離狀態(tài)向中性原子狀態(tài)轉(zhuǎn)化。當宇宙的溫度下降到約3000K時，中性原子在宇宙物質(zhì)中的比例已經(jīng)占有絕對的優(yōu)勢，這時，宇宙的年齡大約等于40萬年。隨后的演化將使中性原子所占的比例進一步提高，一直到未被合成的電子只占10萬分之一的比例，這時，自由電子已經(jīng)沒有機會與原子核相遇了，中性原子的合成過程宣告結(jié)束。 在中性原子大量形成的時期，自由電子的數(shù)目迅速減少，運動速率也降到很低，光子就沒有多少機會與它們發(fā)生碰撞了。隨著中性原子合成過程的結(jié)束，宇宙中的自由電子基本上耗盡，光子完全失去與它們碰撞的機會。在此之前，除自由電子之外的其他實物粒子的運動速率早就降到很低，光子沒有機會與它們發(fā)生碰撞。現(xiàn)在，連自由電子都不與光子發(fā)生碰撞，于是，光子與實物粒子就幾乎沒有任何相互作用。從現(xiàn)在開始，宇宙物質(zhì)對光變得透明了。 退出與實物粒子相互作用的光子叫做背景光子，也叫做背景輻射。光子退出與實物粒子的相互作用后，在宇宙中一直存在下去，獨立地演化，直到今天，溫度已經(jīng)降到3K左右。由于背景光子的溫度如此低，以致它的能量主要分布在微波波段，所以，也叫做微波背景輻射。
微波背景輻射于1965年由彭齊亞斯(Arno Penzias)和威爾遜(Robert Wilson)在一個偶然的機會下發(fā)現(xiàn)，這是宇宙學(xué)發(fā)展中的一件重大事件。在隨后的10年里，天文學(xué)家在無線電波的若干個不同波長上對天空進行了觀測，初步證實了背景輻射的預(yù)言。1989年，一個叫做宇宙背景探測器(COBE)的衛(wèi)星發(fā)射升空，在30多個波長上對背景輻射的強度做了精密的測量，推算出的背景溫度等于2.725K，測量的誤差只有正負0.001K，這個結(jié)果與理論預(yù)言符合得相當好。
為了使觀測到的星系的特性與理論預(yù)言一致，要求早期宇宙的物質(zhì)密度的起伏： Δρ/ρ~10?3 根據(jù)背景溫度與物質(zhì)密度之間的關(guān)系。上述要求導(dǎo)致微波背景輻射的溫度的漲落必須滿足： ΔT/T~10?? 1992年4月，COBE的最終觀測結(jié)果顯示，宇宙微波背景輻射的溫度的偏差 ΔT=16±4μK 觀測結(jié)果與理論預(yù)言完全一致。
我們看到，大爆炸宇宙學(xué)為我們勾畫出一幅宇宙演化的優(yōu)美的圖景，它的兩個最重要的證據(jù)，輕元素的豐度和微波背景輻射，都已經(jīng)得到了天文觀測的檢驗。但是，當蓋莫夫提出熱大爆炸假說時，學(xué)術(shù)界對宇宙膨脹本身還未能接受，因此，人們拒絕接受蓋莫夫的這些想法。宇宙膨脹的一個自然結(jié)果是宇宙的演化必然有一個起始時刻，宇宙是在這個時刻被創(chuàng)生出來的，這被看作是科學(xué)與宗教的妥協(xié)，人們無法接受這樣的想法。基于這樣一個原因，蓋莫夫關(guān)于早期宇宙演化的假說被斥為偽科學(xué)，并被譏諷地稱為宇宙的“大爆炸”理論。不過，后來的天文觀測已經(jīng)證實，蓋莫夫的想法是對的，當初用來譏諷他的理論的名稱也被人們正面地沿用下來了。經(jīng)過將近半個世紀的考驗，熱大爆炸宇宙理論成為描寫宇宙演化的眾多假說中最成功的假說。 |
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