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科学随手拍

2015-09-10

课堂内外(小学版) 2015年3期
关键词:恒星噪音微波

科学家们认为宇宙在大约180亿年前还是一个小得不能再小的点,温度和密度都高得不得了——这个点叫做“奇点”。然后在极短的时间内,宇宙开始了爆炸性膨胀,不到一秒的时间,宇宙就有1光年那么大了!再经过不断膨胀,就到了今天这种几乎无边无际的状态。宇宙在膨胀的过程中,温度也在急剧下降,里面的光子、电子、质子、中子什么的小东西开始活跃起来,互相结合、反应、聚变。它们形成了组成物质的原子核,还有氢、氦等气体。这些新的物质东一团、西一块聚在一起,好像在宇宙中找到了各自的地盘,形成一团团的气态球,也就有了最初的超星系气体云。然后又在里面分裂演化成星系团,形成许许多多大小不一像太阳那样的恒星。恒星的内部时刻都在进行着激烈的核反应,产生巨大的热量,也产生了越来越多的新元素,宇宙就这样渐渐热闹起来。

从一个看都看不到的点变成一个看不到尽头的空间,是不是很神奇呢?也许你会说,凭什么说宇宙是这样形成的啊?毕竟宇宙在诞生的时候也没有现场直播,谁也没看到嘛!其实科学家和警察一样,都是讲证据的,我的工作就为这个“大爆炸理论”找到了证据。

1965年,我和同事罗伯特·威尔逊在一个小镇的山上建立了一个射电辐射器,我们打算做一个利用电波和卫星通信的实验。我们架设了一个喇叭形状的天线,把它对准天空。在测试天线噪音的性能时,我们发现,在某个波段总有一个噪音存在,这个信号非常顽固,无论周末休假还是季节变换,全年无休,一直都在,就像长在了天线上一样。起初我们怀疑这个信号来源于天线系统本身,于是把天线仔细检查了一番,甚至把天线上的鸟粪都清扫得干干净净,但是那个信号依然存在。我们无法解释为什么多了那么一点莫名其妙的噪音,于是我们在科学杂志上发文公开了这个发现。果然有同行(hang)对我们的发现作出了回应——普林斯顿大学的科学家来电说,他们在研究宇宙的微波背景辐射时,也发现了同样顽固的噪音。之后,我们和普林斯顿的同行进行了亲切的会晤,通过共同研究确定:那个信号来自宇宙辐射。大概在宇宙38万岁的时候,那些活跃在宇宙中的光子形成了今天可以观测到的微波辐射。

宇宙微波背景辐射对近代天文学有非常重要的意义,我和威尔逊也因为这个发现而获得了诺贝尔奖。那么被我们发现的那个幽灵般的信号,对于人类究竟有什么意义呢?它和宇宙大爆炸又有什么关系呢?

如果大爆炸的理论是真实的,那么根据科学家的推测,宇宙膨胀总会留下点什么痕迹吧?曾经有科学家预言,宇宙中一定存在一些微波辐射,而我们真的发现了!那就是很多很多年前宇宙留下的痕迹,也是大爆炸的证据。之后,分别在1989年和2003年,美国宇航局发射了宇宙背景探测卫星,测量结果也说明了微波背景辐射的存在,还获得了一些精确的宇宙参数。探测器甚至绘制出了宇宙微波背景的图,这张图看起来虽然一点都不美观,还没有你的涂鸦漂亮,但它可是花了9年时间才绘制而成的。

现在让我们畅想一下未来,宇宙未来会变成什么样呢?在科学家的眼中,宇宙的未来并不美好。他们为宇宙描绘了两种图景:一是宇宙像一个不断被充气的气球那样会膨胀啊膨胀,但是总不能一直膨胀个没完吧?当宇宙膨胀到最大体积后,开始坍缩,就像气球漏气一样,越缩越小,温度和密度再次升高,最终回到大爆炸开始时的样子。第二种情况呢,就是宇宙膨胀的速度会越来越慢,但是永远不会停止,只是宇宙中恒星的能量会慢慢耗尽,直至变成黑洞,宇宙的温度也会下降到绝对零度。就好似在黑夜中,灯泡的电能被耗尽,最后一丝温暖的光线消逝在冰冷可怕的黑暗中……

这两种结果真是没有最糟,只有更糟。当然了,你们也不用替宇宙担心,那些结果只是我们猜测的,宇宙中还有很多我们不知道的东西呢!就算科学家们猜对了,那也不知道是几亿年后才会发生的事情。如果你们对宇宙感兴趣,咱们还是先好好学习吧,关于研究宇宙这事儿,我就把接力棒交给你们了!

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