你將看出我是用煉金術(shù)

    來偽造金銀的加波喬的幽靈；

    假使我沒有把你看錯(cuò)，你一定會(huì)想起

我是一個(gè)多么善于模仿自然的猴子。

——神曲：地獄篇，第二十九歌

宇宙在不斷地膨脹，它的溫度不斷地下降。當(dāng)溫度下降到約1萬度時(shí)，宇宙的演化開始進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)期，這時(shí)，宇宙的年齡大約等于10萬年。在這個(gè)時(shí)期之前，宇宙物質(zhì)的主要成分是氫核、氦核、自由電子和光子。在這個(gè)時(shí)期的前后，原子核已經(jīng)有可能與自由電子結(jié)合成中性原子了。不過，由于溫度仍然比較高，能量較高的光子仍然很多，當(dāng)這些光子與原子碰撞時(shí)，就會(huì)使原子瓦解，因此，原子核和電子還不能順利地結(jié)合成中性原子。

在中性原子大量形成之前，宇宙物質(zhì)中含有大量的自由電子。在這個(gè)時(shí)期，自由電子的運(yùn)動(dòng)速率極高，其性質(zhì)與光子的性質(zhì)幾乎是一樣的。這就使得光子有足夠的機(jī)會(huì)與自由電子發(fā)生碰撞而處于熱平衡狀態(tài)。由于這個(gè)原因，光子不可能傳播得太遠(yuǎn)，用通俗的話說就是，這個(gè)時(shí)期宇宙物質(zhì)對(duì)光是不透明的。

在溫度進(jìn)一步下降的過程中，高能光子的數(shù)目將逐漸減少到不能有效地瓦解原子的程度，宇宙物質(zhì)開始從電離狀態(tài)向中性原子狀態(tài)轉(zhuǎn)化。當(dāng)宇宙的溫度下降到約3000K時(shí)，中性原子在宇宙物質(zhì)中的比例已經(jīng)占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，這時(shí)，宇宙的年齡大約等于40萬年。隨后的演化將使中性原子所占的比例進(jìn)一步提高，一直到未被合成的電子只占10萬分之一的比例，這時(shí)，自由電子已經(jīng)沒有機(jī)會(huì)與原子核相遇了，中性原子的合成過程宣告結(jié)束。

在中性原子大量形成的時(shí)期，自由電子的數(shù)目迅速減少，運(yùn)動(dòng)速率也降到很低，光子就沒有多少機(jī)會(huì)與它們發(fā)生碰撞了。隨著中性原子合成過程的結(jié)束，宇宙中的自由電子基本上耗盡，光子完全失去與它們碰撞的機(jī)會(huì)。在此之前，除自由電子之外的其他實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)速率早就降到很低，光子沒有機(jī)會(huì)與它們發(fā)生碰撞?，F(xiàn)在，連自由電子都不與光子發(fā)生碰撞，于是，光子與實(shí)物粒子就幾乎沒有任何相互作用。從現(xiàn)在開始，宇宙物質(zhì)對(duì)光變得透明了。

退出與實(shí)物粒子相互作用的光子叫做背景光子，也叫做背景輻射。光子退出與實(shí)物粒子的相互作用后，在宇宙中一直存在下去，獨(dú)立地演化，直到今天，溫度已經(jīng)降到3K左右。由于背景光子的溫度如此低，以致它的能量主要分布在微波波段，所以，也叫做微波背景輻射。

1965年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的彭齊亞斯和威爾遜首次偶然地觀測(cè)到了宇宙微波背景輻射。他們因此獲得1978年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

微波背景輻射于1965年由彭齊亞斯(Arno Penzias)和威爾遜(Robert Wilson)在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)下發(fā)現(xiàn)，這是宇宙學(xué)發(fā)展中的一件重大事件。在隨后的10年里，天文學(xué)家在無線電波的若干個(gè)不同波長(zhǎng)上對(duì)天空進(jìn)行了觀測(cè)，初步證實(shí)了背景輻射的預(yù)言。1989年，一個(gè)叫做宇宙背景探測(cè)器(COBE)的衛(wèi)星發(fā)射升空，在30多個(gè)波長(zhǎng)上對(duì)背景輻射的強(qiáng)度做了精密的測(cè)量，推算出的背景溫度等于2.725K，測(cè)量的誤差只有正負(fù)0.001K，這個(gè)結(jié)果與理論預(yù)言符合得相當(dāng)好。

?理論預(yù)言↑COBE觀測(cè)結(jié)果

在密度高的區(qū)域內(nèi)，粒子就會(huì)凝聚成氣團(tuán)。

點(diǎn)燃星系的火焰

為了使觀測(cè)到的星系的特性與理論預(yù)言一致，要求早期宇宙的物質(zhì)密度的起伏：

Δρ/ρ~10?3

根據(jù)背景溫度與物質(zhì)密度之間的關(guān)系。上述要求導(dǎo)致微波背景輻射的溫度的漲落必須滿足：

ΔT/T~10??

1992年4月，COBE的最終觀測(cè)結(jié)果顯示，宇宙微波背景輻射的溫度的偏差

ΔT=16±4μK

觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)言完全一致。

我們看到，大爆炸宇宙學(xué)為我們勾畫出一幅宇宙演化的優(yōu)美的圖景，它的兩個(gè)最重要的證據(jù)，輕元素的豐度和微波背景輻射，都已經(jīng)得到了天文觀測(cè)的檢驗(yàn)。但是，當(dāng)蓋莫夫提出熱大爆炸假說時(shí)，學(xué)術(shù)界對(duì)宇宙膨脹本身還未能接受，因此，人們拒絕接受蓋莫夫的這些想法。宇宙膨脹的一個(gè)自然結(jié)果是宇宙的演化必然有一個(gè)起始時(shí)刻，宇宙是在這個(gè)時(shí)刻被創(chuàng)生出來的，這被看作是科學(xué)與宗教的妥協(xié)，人們無法接受這樣的想法。基于這樣一個(gè)原因，蓋莫夫關(guān)于早期宇宙演化的假說被斥為偽科學(xué)，并被譏諷地稱為宇宙的“大爆炸”理論。不過，后來的天文觀測(cè)已經(jīng)證實(shí)，蓋莫夫的想法是對(duì)的，當(dāng)初用來譏諷他的理論的名稱也被人們正面地沿用下來了。經(jīng)過將近半個(gè)世紀(jì)的考驗(yàn)，熱大爆炸宇宙理論成為描寫宇宙演化的眾多假說中最成功的假說。