著者：餘生

從星系的角度來看，「穩恆態模型」預測各種不同的星系在宇宙中是均勻分佈的，這也就是說“嬰兒星系”將遍佈整個宇宙，而上個世紀40年代~60年代科學家使用射電望遠鏡對宇宙中的射電源進行了一項普查，結果發現「射電星系」在宇宙中並不是均勻分佈的，而是距離越遠分佈越密集。由於電磁波到達地球是需要時間的，因此我們看到距離遠近不同的地方，它們實際上處於宇宙歷史不同的時間點，因此「射電星系」的分佈不符合「完全宇宙學原理」。

圖解：嬰兒星系

「穩恆態模型」的預測和天文觀測出現了矛盾，「大爆炸模型」也有一個非常重要的預測，那就是「宇宙微波背景輻射」

伽莫夫、阿爾福和赫爾曼在1948年預言了「宇宙微波背景輻射場」的存在，他們提到早期的宇宙溫度極高，整個宇宙都在發光，在宇宙經歷膨脹並冷卻的今天，遠古宇宙發出光的遺蹟依然充滿了整個宇宙空間，他們還估算出如果宇宙最初的溫度為10億度，那麼當前的宇宙就會殘留5~10開爾文，均勻分佈於宇宙的「黑體輻射」，他們的估算已經非常準確了，現在的測量結果是「宇宙微波背景輻射」的溫度是2.725開爾文，但在上個世紀40~50年代，他們的這項工作沒有得到關注，沒有人願意為他們的預言做實驗證實，這件事情也就不了了之了。1963年初在美國貝爾實驗室，兩位年輕人彭齊亞斯和威爾遜改造了架設在新澤西州克勞福德山上的一臺本來用於接收衛星訊號的喇叭狀天線，想用它來研究銀河系邊緣的微波訊號，為了檢測這臺天線的噪音效能，他們將天線對準天空的不同方向進行測量，無論他們將天線指向何方，在波長為7.35釐米的波段上總會收到一個噪音訊號，後來他們又將天線指向不同的星系，結果還是一樣，訊號還是沒有變化，於是他們又排除了這個訊號是來自某個外星系的可能性。

彭齊亞斯和威爾遜調查了周圍的散雜噪聲源，甚至將望遠鏡指向紐約大都會，但這種噪聲既沒有增加也沒有減少，他們還監測了噪聲水平隨時間的變化，結果發現這種噪聲是連續的，總之無論將望遠鏡指向何處，這個噪聲就是恆定不變的。噪聲是如此的穩定，於是兩人開始考慮這樣的噪聲是否來自於儀器本身，射電望遠鏡包括許多部件，每個部件都有可能產生自身的噪聲，這就如同你聽廣播，即使廣播公司發出的是很強的訊號，但是你接收到的訊號，有可能因為你的收音機功放、揚聲器或者線路產生的噪聲而降低品質。

彭齊亞斯和威爾遜為此檢查了他們射電望遠鏡的每一個環節，查詢可能的虛焊點、佈線的瑕疵，電子學的故障、接收器的偏差等等，甚至為保萬全所有的介面處都拿鋁箔膠帶纏定了，特別值得一提的是，他們的望遠鏡還遭到過“天屎”的襲擊，一對鴿子在喇叭天線內做了“窩”，並留下了白色粘稠狀的固體，彭齊亞斯和威爾遜認為沉積在喇叭天線上的鴿子糞便這種白色介電材料就是可能的噪聲原因，但是即便他們把“天屎”全部都清除乾淨，甚至把天線大卸八塊，然後再重新地組裝起來，噪聲依舊存在，無法抹去。

圖解：彭齊亞斯和威爾遜

當時的他們並不知道是什麼導致了「宇宙微波背景輻射」，只好假設是大氣的影響或者是環境在射電望遠鏡的號角壁上產生的效應。彭齊亞斯和威爾遜無法解釋他們觀測到的恆定噪聲，在彭齊亞斯和威爾遜聯絡上羅伯特·迪克（Robert H. Dicke）以後，迪克立即意識到了彭齊亞斯和威爾遜的發現意味著什麼。迪克是普林斯頓大學的宇宙學家，他的團隊一直在研究「宇宙大爆炸模型」並意識到宇宙間應該存在一種無處不在的輻射，這種輻射在今天應當是1毫米左右波長的無線電訊號。

當得知彭齊亞斯和威爾遜的發現以後，迪克是既興奮又沮喪，興奮是因為迪克深知如果其他進一步獨立觀測確認彭齊亞斯和威爾遜的發現是正確的話，那麼就進一步證實了「宇宙微波背景輻射」的存在，從而為「宇宙大爆炸模型」提供了一項具有決定意義性的支援，這將是科學史上極為重要的發現，而彭齊亞斯和威爾遜就是這一歷史事件最早的見證人。

但是另一方面，迪克又感到有些沮喪，因為在科學研究上誰搶到第一，誰就能勝者通吃，迪克的團隊在探測「宇宙微波背景輻射」方面做了大量的前期工作，而發現「宇宙微波背景輻射」到的卻是別人，這樣他的前期工作基本上就沒有多大的價值了。

不過迪克最終還是決定把工作進行到底，畢竟科學實驗或者觀測是需要多次獨立驗證的，幾個月後迪克的團隊架設的天線也得到了與彭齊亞斯和威爾遜一致的資料，由於彭齊亞斯和威爾遜他們的理論知識十分有限。經過協商，大家決定由彭齊亞斯和威爾遜在《天體物理學報》上，以他們的發現為標題發表論文，正式公佈這個發現。而迪克的團隊在同一雜誌上以《宇宙黑體輻射》為標題發表另外一篇論文，對這個發現給予理論上的解釋論證彭齊亞斯和威爾遜所觀測到的這種輻射就是宇宙大爆炸殘留下來的「宇宙微波背景輻射」。

圖解：宇宙微波背景輻射

「宇宙微波背景輻射」的發現在近代天文學具有非常重要的意義

「宇宙微波背景輻射」給了「宇宙大爆炸模型」理論一個有力且直接的證據，因而與「類星體」「脈衝星」和「星際有機分子」的發現一起被稱為20世紀60年代天文學的四大發現。彭齊亞斯和威爾遜也因為他們的這一發現，獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。

「宇宙大爆炸模型」不僅預言了「宇宙微波背景輻射」的存在，還預言了它的波長，這都與彭齊亞斯和威爾遜的發現完全符合，然而「穩恆態模型」中宇宙是沒有那個極高溫、極高密度的時刻的，無法解釋這種微波的存在，在很長一段時間對「穩恆態模型」的擁護者來說，他們反對「宇宙大爆炸模型」最有力的武器就是——「宇宙大爆炸模型」沒有留下任何還能夠探測到的痕跡。

1950年，霍伊爾指出——當我們觀察我們的銀河系時，這裡沒有留下任何最小印跡表明這樣的爆發曾經發生。

赫爾曼曾經也說過——“如果存在大爆炸，那麼就讓我們看看它的化石吧！”

而現在大爆炸的化石就在我們身邊，我們每時每刻都在感受到它的沐浴，彭齊亞斯曾經這樣描述「宇宙微波背景輻射」——“當你今晚走到戶外並摘下帽子，你的頭皮就能感到大爆炸帶來的一絲溫暖。”「宇宙微波背景輻射」與2.725開爾文的「黑體輻射」相同，如果有溫度的話，我相信那也是極度寒冷的。

想要看看「宇宙微波背景輻射」也並不一定需要射電望遠鏡，它們在宇宙中無處不在，任何普通電視、電線都能捕捉到，如果你將電視調到一個沒有節目的頻率上，看到螢幕上出現的雪花，聽到嘶嘶的噪聲，它們之中大約1%實際上是「宇宙微波背景輻射」，是宇宙大爆炸之後經過100多億年直接傳送到你家裡的電視上的。

圖解：黑體輻射

「宇宙微波背景輻射」的發現，使得「穩恆態模型」完全沒有招架之力

如果不認為「宇宙微波背景輻射」與大爆炸模型有聯絡，那麼就必須認為這是由星系的射電輻射疊加形成的。「射電星系」的確可以發出背景輻射的射電波，但目前已知的射電源尚不足以給出足夠的強度，有一種設想是認為存在著許多沒有探測到的弱強度的射電源，如果它發出的強度只有目前射電源的百萬分之一，而且有許多這樣的射電源，當這種射電源的數量達到10¹⁴時就能滿足要求，但是這個數量是目前可見星系數量的1萬倍，是否真的存在這樣的弱射電源還是一個非常大的疑問，所以說到了這個時候，「穩恆態模型」已經變得搖搖欲墜，幾乎就要徹底玩完了。

在1980年的一項調查中，支援「宇宙大爆炸模型」的天文學家數量上升到了69%，而支援「穩恆態模型」的只有2%了，霍伊爾一度也想放棄「穩恆態模型」支援「宇宙大爆炸模型」，並且與福勒一起用「宇宙大爆炸模型」理論闡明瞭氫元素的起源問題，他成功解釋了氦的高丰度，這是因為宇宙在大爆炸之初的溫度遠遠高於恆星內部的溫度，而對於鋰、鈹、硼等輕元素的起源，他也能給出合理的解釋，這樣一來宇宙中各種自然元素的生成來源便給予了最全面的解釋，這對「宇宙大爆炸模型」來說是一種豐富和完善。

但到了20世紀80年代，當霍伊爾看到宇宙學家們為了解釋星系的形成和其他一些難題，而引入「暴脹」「暗物質」等懸乎的概念時，他的疑慮又出現了，在霍伊爾看來，假如一個理論是正確的，那就會得出許多正確的結論，可是20多年過去了，不僅沒有多少事實支援「宇宙大爆炸模型」，相反這個理論自身倒是要不斷求助一些玄乎的概念來解釋新觀察到的現象，這恰恰是一個不可靠的訊號，於是霍伊爾將原始的「穩恆態模型」改造成為一個看上去與天文觀測比較一致的升級版，這個模型叫做——「新的純穩恆態宇宙模型」。

圖解：新的純穩恆態宇宙模型

「新的純穩恆態宇宙模型」要求宇宙在兩次長期膨脹之間有一次規則的收縮階段，在這個模型中，宇宙在演化的過程中不是存在一次大爆炸，而是有許多小爆炸誕生，這些小爆炸產生的輕元素並造成了星系紅移，至於「宇宙微波背景輻射」霍伊爾的解釋是——這是星際間金屬塵埃發出的輻射。

「新的純穩恆態宇宙模型」的理論已經和當時所有的觀測都吻合了，但這個模型還是沒有贏得大家的支援，「宇宙大爆炸模型」的觀念已經深入人心了，可以說「宇宙微波背景輻射」的發現是「宇宙大爆炸模型」徹底打敗「穩恆態模型」最重要的因素，但「穩恆態模型」的強健生命力也著實令人佩服，就連發現「宇宙微波背景輻射」的威爾遜也曾經表達過他對「穩恆態模型」的偏愛，部分原因是他曾經在霍伊爾的課上上過課，他曾經說過：“我的宇宙觀是在加州理工學院從霍伊爾那裡學到的，我非常喜歡「穩恆態模型」，哲學上，我還是有點喜歡它。”

圖解：宇宙大爆炸模型

射電天文學有時充滿了幸運的因素，彭齊亞斯和威爾遜的發現有點意外，他們最初的目標是進行射電天文學普查，但他們最大的分心竟是他們最大的發現。30年前，央斯基曾經在貝爾實驗室做過一個幸運的發現，並因此創立了射電天文學，現在還是在同一學科、還是在同一研究機構偶然性再度來臨，但這次發現更加輝煌。

雖然「大爆炸模型」打敗了「穩恆態模型」，但自身也不是完全沒有問題的，有關「宇宙微波背景輻射」的探測，還有大量的工作是需要後人來研究的，下回繼續分解。

未完·待續......08