Page 347 - 世界学

第九章 世界演化学 331

在大约 100 亿至 200 亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现
暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。但也无法否定宇宙本来也就

在膨胀。或者宇宙本身就具有膨胀和收缩相间的运行模式呀。当然世界上所有的东
西都在运动，小到粒子大到星辰、星系、星系团，都在快速飞行。确定远离，免不

了让人伤感。
（3）微波背景辐射的发现

1948 年，前苏联宇宙学家 George Gamow 提出热大爆炸理论，并且以此预言了
来自宇宙极早期的热大爆炸余晖，指出宇宙微波背景辐射的探测是检验热大爆炸理

论的重要手段。1964 年贝尔实验室的 A. Penzias 和 R. W. Wilson 在调试一个为回声
卫星计划而建造的 20 英尺角形反射天线时，在射电波段意外发现了约为 3.5K 的过
剩天线温度。该“噪声”非常微弱，但是始终存在，在排除了来自天线内部或临近

环境的可能性后，他们肯定这一各向同性、非极化的、与地点和季节无关的辐射是
来自宇宙远处。与 R. Dicke 和 P. J. E. Peebles 等人讨论后证实这正是他们在寻找的

微波背景辐射（CMB）。这一发现使 A. Penzias 和 R. W. Wilson 荣获 1978 年诺贝
尔物理学奖。

在 CMB 光子自由传播之前，一直处于和电子、重子的热平衡状态中，所以
CMB 的能谱理论上应该是几乎完美的黑体谱。故早先人们主要是通过多个频率波

段上的 CMB 能谱，来考察是否均为相同辐射温度下的黑体辐射谱。具有黑体谱性
质的 CMB 能谱是宇宙早期高度热平衡的直接证据，其高度各向同性又对应着宇宙
早期的高度各向同性，以此可以验证大爆炸理论的正确性。

此外，为了形成今天的宇宙大尺度结构，极早期均匀宇宙的背景上必须有原初
密度扰动。随着宇宙的演化，在引力的作用下，原初密度的扰动导致的非均匀性不

断增长，形成所观测到的宇宙大尺度结构。而密度的不均匀性体现在 CMB 温度的
各向异性之上：观测来自不同方向的 CMB 光子，其温度有微小的差别。类似于世

界地图的做法，人们将 CMB 温度函数的分布绘制到二维的温度图上。可以看到，
CMB 的温度分布具有高度的各向同性，这表明 CMB 诞生之时宇宙高度的均匀性。

通过精确的测量，人们发现 CMB 的确有着极小量级的各向异性，对应着宇宙原初
密度的微小扰动。
有人估计曾有 20 次宇宙大爆炸，CMB 又是哪一次爆炸的余波呢？若再把具有