大爆炸与稳态理论

大爆炸理论如何赢得20世纪最重大的宇宙学辩论

1964年我开始在大学教书时,我的普通科学课程的必读书目包括两篇由两位著名物理学家在八年前发表于《大众科学》杂志上的文章。大爆炸理论的主要构建者之一乔治·伽莫夫为宇宙起源于数十亿年前的爆炸提出了论据,这场爆炸源于一个无限稠密和无限小的能量种子。稳态理论的坚定拥护者弗雷德·霍伊尔则为一个无限的、没有开始也没有结束的宇宙辩护,在这个宇宙中,物质在星系之间的空间中不断产生。

这两种理论都解释了维斯托·斯莱弗、埃德温·哈勃和米尔顿·胡马森在本世纪最初几十年发现的星系向外飞驰现象。两种理论都有优点和缺点。例如,大爆炸理论成功地解释了宇宙中已知的氢和氦的丰度,但却提出了一个令人尴尬的开端,即无法解释的起源。稳态理论避免了宇宙似乎凭空产生的绊脚石,但取而代之的是许多微小的、无法解释的开端(那些物质粒子不断地从虚无中出现)。然而,大爆炸理论做出了一个可检验的预测:如果宇宙起源于一次耀眼的光芒,那么这种辐射的退化残余物应该仍然弥漫在宇宙中,并且可以计算出这种微波频率背景的精确光谱分布。

与此同时,完全独立地,新泽西州贝尔实验室的两名射电天文学家罗伯特·威尔逊和阿诺·彭齐亚斯,正试图找到他们微波天线中恼人的嘶嘶声的来源,这种嘶嘶声似乎均匀地来自天空的各个部分。结果证明,这种嘶嘶声恰好具有大爆炸宇宙学家预测的特征。


支持科学新闻业

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。


人类历史上第一次,人类的思想构建了一个可以被实证检验的创世故事。随着宇宙微波背景辐射的发现,大爆炸理论给其稳态理论竞争对手带来了致命一击。

这是一个精彩的故事,值得一位讲故事大师来讲述。西蒙·辛格——一位具有公认科学普及者资质的物理学家——胜任这项任务。他之前的著作《费马大定理》和《密码书》成为国际畅销书。辛格巧妙地将故事的众多线索编织在一起,从古希腊人的宇宙学推测开始,到当代棘手的问题“大爆炸之前发生了什么?”结束。他的故事开始缓慢,但这仅仅是因为我们对早期参与者的个人生活知之甚少。随着我们进入20世纪,以及其中活跃的、性格鲜明的人物与宇宙以及彼此争论不休,辛格的故事才真正加速。

本书的核心是两个伟大的历史辩论。第一个辩论涉及整个19世纪编目的螺旋星云,是我们银河系的一部分,因此相对较近,还是遥远的“岛宇宙”。解决这场辩论意味着找到一种可靠的方法来测量星云的距离。辛格将20世纪天文学界的两位巨人——哈洛·沙普利和埃德温·哈勃——推上舞台,他们分别站在星云辩论的对立面。他还让安妮· Jump·坎农和亨丽埃塔·勒维特等应该更广为人知的天文学家也闪亮登场。望远镜在辩论中发挥了主导作用,最著名的是威尔逊山上的100英寸胡克望远镜和帕洛马山上的200英寸海尔反射望远镜,两者都在加利福尼亚州。这些仪器使天文学家能够将星云分解成恒星,从而提供了必要的距离指标。

螺旋星云确实是其他的银河系。一旦星云辩论得到解决,哈勃就认识到宇宙的膨胀,第二次伟大的辩论就提上了日程:大爆炸与稳态理论。重大的思想和巨大的自我都在其中。尤其是伽莫夫和霍伊尔,甚至在本杂志的版面上也互相争论。[中断]

然后是20世纪60年代中期贝尔实验室射电天文学家发现的宇宙背景辐射。我刚向我的学生介绍了20世纪最具争议的宇宙学辩论,宇宙就低语着答案。

辛格生动幽默地展开了戏剧性的故事。我们遇到了害羞内向的科学家,也遇到了热衷于争论的科学家,偶然做出的史诗般的发现,以及被顽固的事实击垮的美丽理论,一只名叫开普勒的小狗,以及一只在贝尔实验室望远镜中安家的顽固鸽子。对于任何想了解科学究竟是什么的人来说,这是一本完美的书。

© . All rights reserved.