科学家如何找到宇宙大爆炸的证据
1964年,Bell Labs科学家偶然捕捉到神秘噪声,最终揭示宇宙大爆炸的证据,改写人类对自身起源的理解。
1964年,位于新泽西州霍尔姆德尔的喇叭天线,探测到了一种神秘的嗡嗡声,结果证明是宇宙微波背景辐射。它帮助证实了大爆炸理论。
“我们从何而来?”
这个问题困扰人类几百年。1927年,比利时神父兼宇宙学家Georges Lemaître提出,大千世界源于一个他称为“原始原子”的微小粒子。它在某个时刻炸裂,时间与空间从此展开,宇宙开始膨胀。这就是后来被称为“大爆炸理论”的雏形。
然而,直到四十年后,才有人意外找到直接证据。
1964年,Bell Labs的Arno Penzias和Robert Woodrow Wilson正在新泽西Holmdel用一座巨大的喇叭形天线做实验。这座天线原本是为NASA的“回声计划”制造的,用来捕捉来自卫星的微弱信号。它当时是全世界最灵敏的天线,曾在1961年通过Echo卫星完成首次高质量远距离语音传输,又在1963年借助Telstar卫星再次成功。
然而,当两位科学家用它绘制银河系的无线电图时,却听到了一种奇怪的持续噪声。无论他们怎么调试,噪声始终存在。
那并不是地球、大气层或仪器的问题,也不是鸽子粪的捣乱(他们甚至动手清洗了天线,赶走了鸽子)。这种嗡嗡声来自四面八方,昼夜不息。最终,他们意识到,这其实是宇宙大爆炸遗留下的“微波背景辐射”。这一信号遍布整个宇宙,是宇宙诞生时留下的余音。
这个意外发现彻底改写了人类的认知。1978年,Penzias和Wilson因此获得诺贝尔物理学奖。
IEEE在Holmdel举行仪式,正式将“回声计划”、Telstar实验和宇宙微波背景辐射的发现列为历史里程碑。2024年IEEE主席Thomas Coughlin评价道:这是20世纪下半叶最具变革性的发现之一,它不仅让我们理解宇宙的起源,也推动了灾难救援等非地面通信技术的发展。
巨喇叭天线的诞生
1957年,苏联成功发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克”。美国政府随即加大投入,推动卫星通信技术研发。NASA与Bell Labs合作,在Holmdel建造了一台巨型喇叭天线。它长15米,宽6米,重达16吨,如同一只朝向天空的巨大金属扩音器。
这台天线不仅能接收不同频率的信号,还能处理不同形态的电波,灵敏度极高。为了减少干扰,接收器被安置在喇叭顶点,避免杂音。1961年,它成功通过Echo卫星实现跨洲通话;1963年,又通过Telstar再次突破。
正是这样一台工程奇迹,让Penzias和Wilson在1964年走向历史舞台。
那不肯消失的嗡嗡声
为了得到纯净的信号,两位科学家使尽浑身解数。他们将接收器冷却到零下269摄氏度,仅比绝对零度高四度。他们检查地面干扰,甚至清理鸽子粪,但噪声依旧存在。
这种低沉而持续的嗡声,比任何已知干扰都强百倍,仿佛来自整个宇宙。
直到他们与普林斯顿大学的Robert H. Dicke、P. James Peebles和David Todd Wilkinson的研究相互印证时,谜底才揭晓。普林斯顿团队早就预测过:如果大爆炸真的发生过,就必然会有这样的背景辐射。而Penzias与Wilson听到的,正是这宇宙起源的余音。
天线的命运
1989年,这座Holmdel喇叭天线被定为国家历史地标。但在2021年,Bell Labs的母公司Nokia出售了这片土地,地标面临被拆除的风险。当地社区随即展开请愿与宣传,最终赢得官司,将天线及其所在的土地保护下来,并命名为“Robert Wilson公园”。
如今,这片公园成了人们回望宇宙起点的象征。正是在这里,人类第一次清晰听见了宇宙的回响。
在距离不远的AT&T实验室大厅,一块纪念碑写着:1964至1965年间的实验,第一次揭示了与大爆炸相关的宇宙背景辐射。
那是一段嗡嗡作响的信号,却让我们真正明白——宇宙从何而来,我们又身在何处。