宇宙微波背景辐射

1934年，托尔曼(Tolman)发现在宇宙中辐射温度的演化里温度会随着时间演化而改变；而光子的频率随时间演化(即宇宙学红移)也会有所不同。但是当两者一起考虑时，也就是讨论光谱时(是频率与温度的函数)两者的变化会抵消掉，也就是黑体辐射的形式会保留下来。

1948年，美国科学家阿尔弗(Ralph Alpher)和赫尔曼(Robert Herman)预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，它所具有的温度约为绝对零度以上5K。

1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回声”卫星的信号。为了检测这台天线的噪音性能，他们将天线对准天空方向进行测量。在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在，这个信号既没有周日的变化，也没有季节的变化，因而可以判定与地球的公转和自转无关。起初他们怀疑这个信号来源于天线系统本身。1965年初，他们对天线进行了彻底检查，发现天线上有一些鸟屎。清理了天线上的鸟屎后，然而噪声仍然存在，于是他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文正式宣布了这个发现。不久狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文，对这个发现给出了解释，即：这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。他们认为这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K，并在1965年又订正为3K。

微波背景辐射的另一特征是具有极高的各向同性。这具有两方面的含义：①小尺度上的各向同性：在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2%；②大尺度上的各向同性：沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3%。

正反粒子偶极子是电磁场物质，不仅是电磁辐射介质，而且本身也进行着一定的“热运动”。而这种“热运动”会产生所谓的宇宙微波背景辐射。只要有正反粒子偶极子的地方就会有这种宇宙微波背景辐射；而这种热运动的程度与正反粒子偶极子的密度和温度相关，密度不同则波长不同。另外，如果是来自宇宙的辐射，那么这种辐射是可以进行电磁屏蔽的，而正反粒子偶极子充满整个宇宙，渗透进任何物质，在任何位置都会进行“热运动”，因此只有这个频率是无法屏蔽的。

预测与验证：

① 将测试的整个空间进行电磁屏蔽，进行测试，检验是否仍能接收到相同的宇宙微波背景辐射。

② 随着离地高度的变化，正反粒子偶极子密度会逐渐降低，那么所谓的宇宙微波背景辐射波长将会产生变化。

暗物质自身“热运动”

正反粒子偶极子是电磁场物质，不仅是电磁辐射介质，而且本身也进行着一定的“热运动”。而这种“热运动”会产生所谓的宇宙微波背景辐射。只要有正反粒子偶极子的地方就会有这种宇宙微波背景辐射；而这种热运动的程度与正反粒子偶极子的密度相关，密度不同则波长不同。另外，如果是来自宇宙的辐射，那么这种辐射是可以进行电磁屏蔽的，而正反粒子偶极子充满整个宇宙，渗透进任何物质，且在内部也具有同样的热运动，因此只有这个频率是无法屏蔽的。将测试的整个空间进行电磁屏蔽，进行测试，检验是否仍能接收到相同的宇宙微波背景辐射。另外随着离地高度的变化，正反粒子偶极子密度会逐渐降低，那么所谓的宇宙微波背景辐射波长将会产生变化。

预测与验证：

①正反粒子偶极子的热运动产生的宇宙微波背景辐射是唯一不能屏蔽的电磁波，设置电磁屏蔽的装置，在内部还是能接收到宇宙微波背景辐射。

②正反粒子偶极子的热运动产生的宇宙微波背景辐射在不同高度的频率会有所变化。

许多人不知道的是，与大爆炸理论已经成为常识的今天相比，在该理论刚刚提出之后的很长一段时间，世界科学界对其的态度是“嗤之以鼻”的。

这种奇怪的现象，是因为当时的科学界受进化论推翻“上帝创造论”的哲学思潮影响，盲目地反对传统理论，不承认如《圣经》所言，宇宙是有一个起点的。

这一时期的西方科学界普遍坚持宇宙和物质是恒定不变、无始无终的。因此对于所有涉及说宇宙和万物都“有一个起点”的理论一概不予承认。包括像爱因斯坦这样的大科学家也受其影响。爱因斯坦在总结引力场方程，发现这个Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv的公式将推导出宇宙其实是一个有着从未停止的物质变化的动态宇宙，于是在该公式中又强加了一个“宇宙常数”，以维持静态宇宙的计算结果。

但是自从1922年美国天文学家埃德温·哈勃开始观测到到“红移现象”开始，有关“宇宙膨胀”的观点开始形成。经过多个回合的较量，大爆炸理论逐渐占了上风，然而还缺乏更直接的证据，物理不是宗教，需要切实的证明。

前苏联物理学家伽莫夫（曾写过广受欢迎的相对论及量子论科普读物《物理世界奇遇记》）相信，宇宙创生之初产生大量辐射，很多辐射转化成了物质，但应该还有些辐射残存下来，而且应该充斥整个宇宙空间，像是宇宙的背景一样。如果能观察到这种辐射，就可有力的证明大爆炸理论的正确性。

由于宇宙的膨胀，这些大爆炸产生的背景辐射要在今天观察到，其波长应强烈的红移到微波波段，温度冷却到约3K。美国两位科学家彭齐亚斯和威尔逊在调试贝尔实验室的微波卫星通讯装置时无意中发现了这个辐射，大爆炸理论由此得到多数宇宙学家的认同。

如果宇宙是在某次大爆炸中形成的，那最初所有物质应该在空间中均匀分布着。那么随着宇宙膨胀，宇宙中物质的分布应该也是很均匀才对，但为什么我们看到的宇宙这么不均匀呢？有的地方星系密集，有的地方空空如也。

哈勃太空望远镜绘制出的宇宙图像进一步表明，宇宙存在着许多大尺度结构。星系的分布并非均匀，有长河和巨洞。有些地方，上百万个星系聚集到一起形成巨大的星系团。这种大尺度的不均匀性是哪里来的？

大爆炸理论引入量子机制解释这一问题。量子力学中一个基本规律是不确定性原理，物质的位置和速度不能同时精确测定，具有一定的随机涨落。由于宇宙诞生自一个比原子还小的奇点，空间的局域导致量子涨落效应特别明显，所以容易由随机涨落形成一点点不均匀，进而在宇宙迅速膨胀过程中，这种不均匀保留下来，形成我们看到的大尺度不均匀结构。

那么又要问，证据在哪里？1989年美国航空航天局（NASA）专门为此发射“科比”(COBE)卫星，全面探测了微波背景辐射在各个方向上的分布，绘制了宇宙早期的辐射图像（宇宙蛋），真的发现了微小的辐射强度起伏分布，证明宇宙早期的确存在不均匀性，可形容为“宇宙的褶皱”。

张延年 - 暗物质与宇宙模型.pdf