微波背景輻射.
來(lái)自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射,也稱為宇宙背景輻射.20世紀(jì)60年代初,美國(guó)科學(xué)家阿諾·彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進(jìn)衛(wèi)星通訊,建立了高靈敏度的號(hào)角式接受天線系統(tǒng).1964年,他們用它測(cè)量銀暈氣體射電強(qiáng)度時(shí),發(fā)現(xiàn)總有消除不掉的背景噪聲.他們認(rèn)為,這些來(lái)自宇宙的的波長(zhǎng)為7.35厘米的微波噪聲相當(dāng)于3.5K.1965年,他們又訂正為3K,并將這一發(fā)現(xiàn)公諸于世,為此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)金獎(jiǎng).
微波背景輻射的最重要的特性是具有黑體輻射譜,在0.75厘米波段,可以在地面上直接測(cè)到；在大于75厘米的射電波段,銀河系本身的超高頻輻射掩蓋了來(lái)自河外空間的輻射,因而不能直接測(cè)到；在小于0.3厘米波段,由于地球大氣輻射的干擾,要依靠氣球、火箭或衛(wèi)星等空間探測(cè)手段才能測(cè)到.從0.054厘米直到數(shù)十厘米波段的測(cè)量表明,背景輻射是溫度近于2.7K的黑體輻射,習(xí)慣稱為3K背景輻射.黑體譜現(xiàn)象表明,微波背景輻射是極大的時(shí)空范圍內(nèi)的事件.因?yàn)橹挥型ㄟ^輻射與物質(zhì)之間的相互作用,才能形成黑體譜.由于現(xiàn)今宇宙空間的物質(zhì)密度極低,輻射與物質(zhì)的互相作用極小,所以,我們今天觀察到的黑體譜必定起源于很久以前.微波背景輻射應(yīng)具有比遙遠(yuǎn)星系和射電源所能提供的更為古老的信息.
微波背景輻射的另一特征是具有極高度的各向同性.這兩個(gè)方面的含義：①小尺度上的各向同性：在小到幾十弧分的范圍內(nèi),輻射強(qiáng)度的起伏小于0.2%~0.3%；②大尺度上的各向同性：沿天球各個(gè)不同方向,輻射強(qiáng)度的漲落小于0.3%.各向同性說(shuō)明,在各個(gè)不同方向上,在各個(gè)相距非常遙遠(yuǎn)的天區(qū)之間,應(yīng)該存在過相互聯(lián)系.
除微波波段外,在從射電到γ射線輻射的各個(gè)波長(zhǎng)上,大都進(jìn)行過背景輻射探測(cè),結(jié)果是微波波段的輻射最強(qiáng),其強(qiáng)度超過其他所有波段的背景輻射的總和.微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是二十世紀(jì)天文學(xué)的一項(xiàng)重大成就.它對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響,可以與河外星系的紅移的發(fā)現(xiàn)相比擬.當(dāng)前,流行的看法認(rèn)為背景輻射起源于熱宇宙的早期.這是對(duì)大爆炸宇宙學(xué)的強(qiáng)有力的支持.早在40年代,伽莫夫、阿爾菲和海爾曼根據(jù)當(dāng)時(shí)已知的氦豐度和哈勃常數(shù)等資料,發(fā)展了熱大爆炸學(xué)說(shuō),并預(yù)言宇宙間充滿具有黑體譜的殘余輻射,其溫度約為幾K或幾十K.3K微波背景輻射的實(shí)測(cè)結(jié)果與理論預(yù)期大體相符.此外,還有用其他模型或機(jī)制來(lái)解釋微波背景輻射的宇宙學(xué)說(shuō).
背景輻射已經(jīng)有了更加深遠(yuǎn)的意義,說(shuō)明了宇宙的膨脹理論和經(jīng)典物理之間的矛盾是不可調(diào)和的.