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微波背景辐射不是大爆炸遗迹
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微波背景辐射不是大爆炸遗迹 早在微波背景辐射被发现之前，已经有一些理论物理学家和宇宙学家根据宇宙大爆炸理论预言，如果宇宙最初大爆炸时的温度高达十亿度，虽然经过长时间膨胀，温度不断下降，到现在它还会残留有约5~10k 的黑体辐射的遗迹。然而这个工作当时并没有引起重视。1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺•彭齐亚斯(Penzias)和罗伯特•威尔逊(Wilson)架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回声”卫星的信号，结果在波长为7.35厘米的微波波段，却意外地发现了噪声温度相当于约为3K的微波背景辐射。彭齐亚斯和威尔逊的这个发现被认为给了宇宙大爆炸理论一个有力的证据。彭齐亚斯和威尔逊也因为这个发现而获得1978年的诺贝尔物理学奖。宇宙大爆炸理论也因此达到了它发展历史上鼎盛的时期。 但是好景不长，由于彭齐亚斯和威尔逊的这个发现的重大宇宙学意义，科学家们对微波背景辐射进行了广泛的研究。随着对微波背景辐射的更深入的观测，天文学家发现事情并不不像原来想象的那么简单。用灵敏度和分辨率更高，波段覆盖范围更广的COBE和WMAP卫星上的观测设备对微波背景辐射的观测表明，微波背景辐射的温度谱中显然存在有偶极矩成分。这是彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊1965年的观测没有发现的现象，因为他们所用设备的灵敏度和波段覆盖范围都不足以发现有这样偶极矩成分的存在。理论物理学家和宇宙学家原来在预言微波背景辐射的存在时也没有想到会有这样偶极矩的成分。微波背景辐射观测结果中偶极矩成分的出现，有点出乎他们的意料之外。 对COBE和WMAP卫星观测结果中的偶极矩成分进行深入研究后，理论物理学家和宇宙学家认为，微波背景辐射中这个偶极矩成分，只能被解释成是由观测者在宇宙空间中的运动导致的多普勒效应所形成的。但在扣除了已知的各种运动的多普勒效应后，宇宙学家发现，银河系的中心并不像原来在宇宙学中引进‘共动坐标系’时所希望的那样，可以被认为是宇宙空间中只随‘共动坐标系’做膨胀运动的参考系原点。北京大学俞允强教授在他的‘物理宇宙学讲义’一书中，根据COBE的观测结果，在扣除了已知的各种运动的多普勒效应后，得出银河系中心在宇宙空间中运动的数据是：速度547 km/s，方向指向银经266度，银纬29度。 这个结果给理论物理学家和宇宙学家提出了难题，银河系中心为什么会发生相对于‘共动坐标系’的运动？它的运动方向是不是宇宙空间中的一个特殊方向？利用微波背景辐射的这个特性是不是可以建立起一个绝对惯性系？如果可以用它建立起一个绝对惯性系，则它和牛顿的绝对空间就没有什么本质的区别。如果宇宙空间中存在一个特殊方向，宇宙学原理就不能成立。这样根据宇宙学原理建立起来大爆炸宇宙学动力学方程也就不能成立。因此微波背景辐射不再可能是‘对大爆炸宇宙学和宇宙学原理的最有力的支持’。而是反过来证明大爆炸宇宙学中引进‘共动坐标系’没有可依托的物质原点；宇宙学原理不能成立。 为了解释由于微波背景辐射中的偶极矩成分出现提出的这些难题，北京大学俞允强教授在他的‘热大爆炸宇宙学’一书中是这样解释的： ‘考虑到宇宙介质和它占据的空间都在膨胀，全局性的参考系是不存在的。因为参考系须由一群相对静止的物体组成。实际使用的参考系都只是局域的测量基准。上面讲的静止系也只是局域的。以观测到的背景辐射为各向同性作准则，不同的地方有各自的静止系。它们之间是随着宇宙的膨胀而有相对运动。所以，这样的静止系与牛顿的绝对空间很不一样’。我不知道其他理论物理学家和宇宙学家有什么更好的解释。 如果俞允强教授这个解释成立，则微波背景辐射就应当是‘局域性’的背景，而不是属于‘整个宇宙’的全局性质的背景。这样微波背景辐射就不可能被认为是整个宇宙大爆炸后留下的遗迹。加上XMM—牛顿X射线卫星的观测结果证明，宇宙空间中还有大量电离气体的存在，这些电离气体要和背景辐射发生相互作用，因此微波背景辐射只能是局部区域物质和辐射相互作用平衡的结果。因此微波背景辐射再不能认为是‘支持大爆炸理论的一个有力证据’。 |
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