一项使宇宙学进入“精确研究”时代的标志性成果,本月初被授予2006年度诺贝尔物理学奖。获此殊荣的是两位美国物理学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们在过去的10多年里,带领着一支研究团队,精确测量出宇宙微波背景辐射的波长分布的黑体谱。诺贝尔奖评审委员会发布的公报称:他们的研究成果为有关宇宙起源的大爆炸理论提供了支持。
本年度的这个物理学奖项,我以为有两点值得关注:其一,在天体物理学领域,这是第二次为微波背景辐射方面的研究成果授奖;其二,该成果与虽被视为解释宇宙起源的标准理论,但却一直存在争议的“大爆炸”模型关联度极大,而后者所涉及的又是一个十分敏感的问题:这个世界到底是在某个特定时刻诞生的,还是一直就存在着?
让我们把时间回溯到1927年,当时的比利时天文学家乔治·勒梅特就提出一种理论,认为宇宙的物质和能量最初都高密度聚集在一个不稳定的“宇宙蛋”或“原初原子”中,由于不明的原因,“宇宙蛋”向外爆炸,破裂成向外扩散的碎块,逐渐形成了今天我们所看到的各种宇宙成分。该设想提出两年后,美国天文学家爱德温·哈勃观察到远方星系的红移,这表明宇宙正在膨胀。
到了20世纪40年代末,俄裔美籍物理学家乔治·盖莫夫开始认真考虑将已知的物理学理论用于勾画宇宙早期状况的可能性。他阐明了早期宇宙火球中发生的核反应的过程,并预言大爆炸后残留下来的“余温”——宇宙背景辐射,会以微波的形式抵达地球。1965年,美国天文学家阿农·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在排除卫星信号接收的背景噪音时意外地观测到宇宙背景辐射,从而为大爆炸理论提供了有力的佐证。他们也因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。
然而,近几十年来,经由媒体宣传早已“深入人心”的大爆炸理论却争议不断,而作为大爆炸理论主要支柱的宇宙微波背景辐射现象也一直受到质疑。质疑者指出,有一部分宇宙背景辐射很可能与大爆炸毫无关系,而是局部物理现象所致,如星际尘埃、恒星际尘埃和星系际气体等等。
2004年5月,数十位科学家和工程师在英国《新科学家》杂志发表《致科学界的公开信》,对大爆炸理论提出了强烈的批评。信中称:如今,大爆炸理论越来越多地以一些假设,一些从未被实际观察到的东西作为自己的论据:暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的一些例子。更重要的是,“大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证……”
具有讽刺意味的是,“大爆炸”这个名词,实际上是英国天文学家、宇宙“稳恒态假说”创始人之一的弗雷德·霍伊尔在1950年创造,用来嘲笑这个在他看来“精美得就像从蛋糕中跳出来的交际花”的理论的,不成想后来它竟成了一个标准术语,名声也越来越响。(其实,“大爆炸”这个比喻并不恰当,确切地说应该是某种神奇的力量促使宇宙发生急促膨胀,而不是“爆炸”。)
目前,大爆炸理论仍被认为是解释宇宙起源的最好模型,尽管它已经出现了些许观测上的裂缝和理论上的缺口,而且对许多问题尚不能做出回答。 |