【宇宙大爆炸】什么是宇宙大爆炸？大爆炸的余晖又是怎么回事？

识盈虚之有数，觉宇宙之无穷，大家好，我是昼伏夜出的叶老师，欢迎与我一起，叶观星空。

自人类文明开始兴起，天文学也随之诞生，人类通过观察天象来探求天体的运行规律和关于这个世界、这个宇宙的奥秘。人类关于宇宙的认识也随着视野的不断扩展而发展着。从我国古代的浑天说到古希腊的地心说，再到16世纪哥白尼提出日心说，从康德宇宙岛的提出，到20世纪初哈勃将望远镜指向银河系之外。

关于这个世界的外延不断向外拓展着，地球不再是宇宙的中心，太阳不再是宇宙的中心，银河系也不是宇宙的中心，直到这个宇宙没有中心。1917年，爱因斯坦在广义相对论的基础上开创了现代宇宙学，他建立了一个有限无界的静态宇宙模型。在这个静态模型中，宇宙在空间上是封闭的，但却是没有边界的。就像在二维球幕上放映的电影，电影中的二维人物可以出现在球幕的任何位置，不会触碰到球幕的边界，但同时它也被禁锢在二维球面内，这是二维空间下的“有限无界”。当然，在三维空间下，有限无界的宇宙似乎很难想象。

1929年，哈勃观测发现遥远的星系正在离我们远去，而且，距离我们越远的星系，退行速度越快。而且这一点不仅适用于位于银河系中的我们，无论你位于宇宙中的哪个星系，都能发现其它遥远的星系都在彼此远离。也就是说，整体上看所有星系之间的距离都是在不断增加的。就像一个不断膨胀的气球，气球表面的任意两点，在气球膨胀的过程中，在二维气球表面上的距离都是不断增加的。

1932年，比利时天文学家勒梅特根据哈勃的观测证据，提出我们现在的宇宙是由早期极高温，高密度的原始宇宙膨胀演化而成的。

1948年，美国天文学家伽莫夫进一步发展了勒梅特的思想，开创了我们现在熟知的“大爆炸宇宙学说”。“大爆炸宇宙学说”的主要观点是：在大约137亿年前，今天可观测宇宙的全部物质和能量都集中在一个无穷小的点内，这个点称为奇点。关于宇宙、时间、空间、物质、能量等等一切我们可以描述的事物，都始于这个奇点开始的宇宙大爆炸。

我们这里说宇宙诞生于一次大爆炸，但是这里的爆炸和我们一般意义上的爆炸是完全不一样的。我们平时说的爆炸一般是指炸弹或者烟花爆竹这种爆炸，炸弹物质在爆炸作用下向各个方向高速散开，从而具有很强的破坏力。而宇宙大爆炸指的是宇宙空间的快速膨胀，空间里的物质是随着宇宙空间的膨胀而膨胀的。

关于奇点的尺度，密度，温度等都是无法描述的，我们能够描述的时间是大爆炸10-43秒之后，这个时间被称为普朗克时期，这时宇宙的温度高达1032度，经过137亿年的持续膨胀和冷却，根据大爆炸理论，现在宇宙的平均温度应该在2.7开氏温度。我们都知道只要有温度就会有黑体辐射，虽然现在的宇宙温度只比绝对零度高2.7度，但它也是有辐射的，辐射的波长位于微波波段。如果谁能率先发现这种辐射，那对大爆炸宇宙学说是非常重要的一个观测证据。

好运降临到了两位工程师头上，彭齐亚斯和威尔逊，他们两位是美国贝尔实验室的工程师，主要工作是改造调试一架位于新泽西州的喇叭状天线用来接收来自银河系边缘的射电信号。1964年，彭齐亚斯和威尔逊为了检测这台天线的性能，将天线对准天空中各个不同的方向进行测量。

奇怪的事情随之发生了，无论天线指向何方，无论白天还是黑夜，在波长7.35厘米处总会有一个噪音信号出现。这说明信号与地球自转和公转无关，与各种天体也无关。他们甚至将天线指向80公里外的大都市纽约，也看不出任何变化，说明与人类行为也没有任何关系。那么最大的可能应该是天线坏了……他们当时是这样猜测的，然后将天线整个拆除检查，与此同时，有两只鸽子经常在天线附近捣乱，甚至还在天线上排便，彭齐亚斯和威尔逊逮到了这两只鸽子，并将它们送到了一百多公里外的地方。但是，重新组装好的天线还是会收到这种信号，最后彭齐亚斯和威尔逊接受了这一现实。信号和天体无关，和人类无关，和设备无关，和鸽子也没有关系，这就是无处不在的一种辐射。但是这种辐射来自于哪里，究竟是什么辐射，他俩并不清楚。

彭齐亚斯和威尔逊随后联系了几位天文学家，其中有皮布尔斯和威尔金森，这两位我们后面还会提到。最终证实，这个信号就是宇宙大爆炸的余晖，是宇宙大爆炸后遗留下来的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射是它的专属称谓，意思是来自于宇宙背景各个方向，位于微波波段的一种黑体辐射。这一发现与类星体、脉冲星和星际有机分子共称为20世纪60年代天文学的四大发现。彭齐亚斯和威尔逊也因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。

大爆炸宇宙学说得到了重要的观测证据，但遗憾的是这个理论的提出者勒梅特和伽莫夫在此之前已经去世，诺贝尔奖规定不授予已经身故者。不过，当年彭齐亚斯和威尔逊第一时间联系到的几位天文学家中有一位名叫皮布尔斯，他因为宇宙学方面的贡献获得了2019年的诺贝尔物理学家。

后续关于宇宙微波背景辐射的研究更加深入，对大爆炸宇宙模型进行了更多的完善。1989年，NASA发射了COBE卫星，发现宇宙微波背景辐射的各向异性，这一成果获得了2006年诺贝尔物理学奖。2001年发射的WMAP卫星是以前面提到过的天文学家威尔金森命名的，卫星的全称是威尔金森微波各向异性探测器。WMAP一共运行了9年时间。2009年，欧空局发射了普朗克卫星继续微波背景辐射的研究，得到了迄今为止最为清晰的宇宙微波全景图像，同时还对哈勃常数进行了修正，哈勃常数的倒数就是可观测宇宙的年龄，普朗克卫星给出的数据是138.13亿年，我们的可观测宇宙似乎比之前的认识老了一亿年。

在关于宇宙年龄的估计中，中微子质量是需要考虑的一个重要参数。中微子在很长一段时期内都是一种看不见摸不着的物质，但它却是人类认识这个宇宙的重要信息来源之一。下期节目我们将介绍关于中微子发现的故事。

感谢收听夜观星空，我是昼伏夜出的叶老师，我们下期再见。