宇宙大爆炸的發現過程,居然與愚人節有關?

熱大爆炸宇宙之父，伽莫夫，沒能得獎；最早預言宇宙微波背景的人，阿爾菲和赫爾曼，沒能得獎；最早發明探測宇宙微波背景儀器的人，迪克，沒能得獎。倒是最年輕的，皮布爾斯，得獎了。這應該就是命吧？

2019年10月8日，瑞典皇家科學院公布了2019年諾貝爾物理學獎的名單。獲獎者中有一位宇宙學家，名叫詹姆斯 皮布爾斯。

詹姆斯 皮布爾斯 | Wikipedia/Juan Diego Sole

在他的獲獎理由中，有這麼一段話：「他從上世紀60年代中期起發展起來的理論框架，成為了我們當前理解宇宙的基礎。」 這句話說的，是他於1964年與自己老師合寫的一篇論文。在這篇論文中，他們預言了宇宙微波背景的存在。巧的是，沒過多久，宇宙微波背景輻射真的被探測到了，從而成了支持宇宙大爆炸理論的最強有力的證據。

說到這裡，你可能已經一頭霧水了。宇宙大爆炸是什麼東西？宇宙微波背景又是什麼東西？別急，且聽我從源頭慢慢道來。

愚人節的諧音梗

關於宇宙大爆炸，我們得從一個俄裔美國人說起。他的名字是喬治·伽莫夫。

喬治·伽莫夫 | wikipedia

伽莫夫出生在俄國，30歲的時候移民美國，成了華盛頓大學的教授。在那裡，他決定開始宇宙學的研究。

也正是在那段時期，伽莫夫遇到了兩個非常有天賦的學生，分別是拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼。

拉爾夫·阿爾菲（左）和羅伯特·赫爾曼（右） | arvix.org

在1948年4月1日，也就是愚人節的那天，《物理評論》雜誌刊發了一篇伽莫夫團隊寫的論文。這是一篇很有愚人節特色的論文。在作者列表中，伽莫夫強行添加了一個對這篇論文沒有任何貢獻的人，那就是1967年諾貝爾物理學獎得主漢斯·貝特。伽莫夫之所以要添加貝特，並不是因為他名氣大。而是因為阿爾菲、貝特、伽莫夫，合起來恰好能湊成αβγ。

伽莫夫也向赫爾曼提出了一個建議，讓他起一個筆名，叫德爾塔。這樣，這篇論文的作者就能湊成αβγδ。結果這個提議，遭到了赫爾曼的憤然拒絕。

如果我是赫爾曼，肯定後悔得腸子都青了。因為正是這篇發表在愚人節、頗有搞笑色彩的αβγ論文，首次提出了大名鼎鼎的宇宙大爆炸理論（嚴格地說，此理論應該稱為「宇宙熱大爆炸」理論，因為它首次提出宇宙起源於一個極為熾熱的狀態。但為了方便起見，我們還是稱它為宇宙大爆炸）。

宇宙大爆炸，到底是個啥？

下面，我來給你科普一下宇宙大爆炸理論。這個理論說的是，創生之初的宇宙，是一個體積極小、密度極大、溫度極高的火球。由於溫度太高，火球內的光子具有極高的能量，可以輕鬆擊碎原子核。所以那時的宇宙，是一片極端混沌的存在。不過隨著時間的推移，這個火球會不斷地向外膨脹，從而讓它的密度不斷減小，溫度也不斷降低。經過130多億年的悠悠歲月，這個大火球就膨脹成了我們今天看到的宇宙。

宇宙大爆炸概念圖 | 東方ic

提出宇宙大爆炸理論以後，伽莫夫又單獨寫了一篇關於宇宙大爆炸理論的論文，被《自然》雜誌接受發表。但沒過多久，阿爾菲和赫爾曼就發現這篇文章出了錯，倆人隨後也在《自然》雜誌上發表了一篇糾錯論文。在這篇論文裡，他們偷偷地夾帶了一點私貨，挑錯之餘，順帶介紹了一下自己最新的研究成果。

正是在這篇夾帶私貨的挑錯論文裡，阿爾菲和赫爾曼首次預言了宇宙微波背景的存在。

宇宙大爆炸的遺蹟

什麼是宇宙微波背景呢？答案是，宇宙大爆炸留下的遺蹟。你想啊，一個在130多億年前爆炸的火球，能有什麼東西留得下來？唯一有可能的，就是這個火球發出的光。

不過嚴格地說，這並不是宇宙創生那一刻發出的光。創生之初的火球過於熾熱，原子核和電子處於游離狀態，不斷地和光子相撞。這意味著，光處於一種被囚禁的狀態，無法自由地傳播。而在宇宙誕生38萬年以後，這個火球的溫度下降到3000K（開爾文），原子核與電子結合而形成原子，光子才得以自由穿行。

這些在宇宙誕生後38萬年發出的光，經歷了130多億年的悠悠歲月，終於到達地球。此外，這些光的波長，會被宇宙的膨脹拉長，從而變成微波波段的光。這些在宇宙誕生後38萬年發出、現在已處於微波波段的光，就是所謂的宇宙微波背景。

根據阿爾菲和赫爾曼的估算，宇宙微波背景的溫度應該是5K。不過，他們認為以人類當時的技術，根本探測不到宇宙微波背景。我們後面會看到，這是一個多麼要命的錯誤。

阿爾菲和赫爾曼預言了宇宙微波背景以後，在學術界獲得了什麼樣的反響呢？答案是，壓根沒人理睬。在那個年代，學術界一直把宇宙學視為一種玄學。玄學的研究，有誰會在乎呢？

伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼，就這樣成了宇宙學的先烈。後來伽莫夫還是留在學術圈，但是把主要精力放在寫科普書上了。至於阿爾菲和赫爾曼，則先後放棄了學術界的生涯，轉行去了工業界。

在經歷了1948年的高潮後，宇宙大爆炸理論很快就陷入了沉寂。這一沉寂，就是15年。

一直過了15年，才出現另外一群對宇宙大爆炸感興趣的人。這群人有一個領袖，名叫羅伯特·迪克。

羅伯特·迪克 | wikipedia

尋找宇宙微波背景輻射

迪克是普林斯頓大學天文系的教授。為了完成探測宇宙微波背景的艱巨任務，他在學校招收了好幾名研究生，其中最有才華的，就是咱們在本文一開頭就見到的詹姆斯 皮布爾斯。

終於輪到我出場了 | princeton.edu

1964年，迪克與皮布爾斯合作寫了一篇論文。在這篇論文裡，他們幾乎是重複了阿爾菲和赫爾曼的研究工作，再次預言宇宙微波背景的存在。區別僅僅是，迪克與皮布爾斯認為宇宙微波背景的溫度應該是3K左右。或許是因為年代久遠，他們根本沒意識到阿爾菲和赫爾曼曾經做過相同的研究，還以為自己是原創。因此，這篇論文隻字未提阿爾菲和赫爾曼的研究。

「理論預言」了宇宙微波背景，這並不能讓迪克滿意。他決定申請經費，自己來尋找聖杯般的宇宙微波背景。

1965年的一天，當迪克和他的團隊成員一起吃午餐的時候，他接到了一通電話。這通電話，讓迪克的夢想化為泡影。

打電話的是兩個貝爾實驗室的工程師，分別叫阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜。

阿諾·彭齊亞斯（左）和羅伯特·威爾遜（右）| wikipeia/Kartik J/Victor R. Ruiz

一年以前，彭齊亞斯和威爾遜在貝爾實驗室的支持下，建造了一個大型的射電望遠鏡，希望測試遠距離通訊技術。這臺射電望遠鏡有一個巨大的喇叭口，裡面裝著能接收無線電和微波信號的天線。此外，這個喇叭口的方向也可以任意調整。

彭齊亞斯和威爾遜從建好望遠鏡的第一天起，就遇到了一個巨大的麻煩：喇叭口裡的接收天線總會不斷發出「燒開水」般的刺耳噪音。更奇怪的是，不管他們怎樣調整天線的方向，這種噪聲都不會消失。換句話說，這種噪音來自於宇宙中的各個方向，而且完全不受晝夜和季節的影響。

彭齊亞斯和威爾遜的超大射電望遠鏡 | NASA

彭齊亞斯和威爾遜懷疑望遠鏡本身出了問題。他們花了大量的時間排除故障，最後終於找到了「癥結」所在：有一對鴿子在喇叭口裡築了窩，並在天線上拉了很多鴿子屎。所以，他們就清理了這個鴿子窩，還把整個喇叭口都徹徹底底地打掃了一遍。

做完清潔工作以後，彭齊亞斯和威爾遜又打開了儀器。他們異常沮喪地發現，那個折騰了他們近一年的噪聲，依然存在。

當彭齊亞斯被這個神秘噪音折磨得精疲力盡之際，他的一個在麻省理工學院工作的朋友，給他帶來了福音。這個朋友給彭齊亞斯寄去了一篇論文，那正是迪克與皮布爾斯合寫的預言宇宙微波背景輻射的論文。

看完論文之後，彭齊亞斯終於明白自己發現了什麼。那折磨他整整一年的神秘噪音並不是命運的詛咒，而是上天的眷顧。

登上神壇的大爆炸理論

然後，他就和威爾遜一起，給迪克打了一通電話。他們告訴迪克，自己已經發現了迪克想要尋找的東西。放下電話以後，迪克無奈地向還在吃午飯的團隊成員說到：「各位，我們已經被人搶先了。」

1965年的夏天，《天體物理學期刊》上發表了兩篇劃時代的論文。在第一篇論文中，彭齊亞斯和威爾遜簡短地報告了他們發現的無處不在的微波噪音。而在第二篇文章中，迪克等人把彭齊亞斯和威爾遜的發現，與大爆炸理論的終極預言，也就是宇宙微波背景，聯繫在了一起。

宇宙微波背景的發現，讓沉寂了整整15年的宇宙大爆炸理論，在一夜之間登上了神壇。也正是由於這個史詩般的發現，宇宙學才登堂入室，成為了一門真正意義上的現代科學。

根據宇宙微波背景輻射的觀測繪製的圖像 | NASA

但並不是所有人，都喜歡這兩篇發表在《天體物理學期刊》上的劃時代的論文。有3個人，就對這兩篇論文極為不滿。他們是我們的老熟人：伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼。

原因很簡單。他們15年前的工作，已經被世人遺忘了。所以這兩篇發現和解釋宇宙微波背景的論文，對他們3個人隻字不提。

阿爾菲曾經向一個記者抱怨道：「我沒有受到傷害嗎？他們考慮過我的感受嗎？他們甚至沒有邀請過我去看看那個該死的望遠鏡！」

由於發現了宇宙微波背景，彭齊亞斯和威爾遜獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。至於對宇宙學貢獻更大的那5個理論家，全都沒能戴上諾獎的桂冠，直到本屆諾貝爾物理學獎的揭曉。

10月8日，2019年諾貝爾物理學獎授予了5人中最年輕、也是唯一在世的皮布爾斯。由於諾獎向來不給死人，這回終於不再有任何爭議了。

熱大爆炸宇宙之父，伽莫夫，沒能得獎；最早預言宇宙微波背景的人，阿爾菲和赫爾曼，沒能得獎；最早發明探測宇宙微波背景儀器的人，迪克，沒能得獎。

倒是最年輕的，皮布爾斯，得獎了。

這應該就是命吧？

作者：王爽

編輯：大琳砸

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