制作宇宙大爆炸视频过程居然能让我笑出鹅叫

2019年10月8日，瑞典皇家科学院公布了2019年诺贝尔物理学奖的名单。获奖者中有一位宇宙学家，名叫詹姆斯‧皮布尔斯。

在他的获奖理由中，有这么一段话：“他从上世纪60年代中期起发展起来的理论框架，成为了我们当前理解宇宙的基础。” 这句话说的，是他于1964年与自己老师合写的一篇论文。在这篇论文中，他们预言了宇宙微波背景的存在。巧的是，没过多久，宇宙微波背景辐射真的被探测到了，从而成了支持宇宙大爆炸理论的最强有力的证据。

说到这里，你可能已经一头雾水了。宇宙大爆炸是什么东西？宇宙微波背景又是什么东西？别急，且听我从源头慢慢道来。

愚人节的谐音梗

关于宇宙大爆炸，我们得从一个俄裔美国人说起。他的名字是乔治·伽莫夫。

伽莫夫出生在俄国，30岁的时候移民美国，成了华盛顿大学的教授。在那里，他决定开始宇宙学的研究。

也正是在那段时期，伽莫夫遇到了两个非常有天赋的学生，分别是拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼。

在1948年4月1日，也就是愚人节的那天，《物理评论》杂志刊发了一篇伽莫夫团队写的论文。这是一篇很有愚人节特色的论文。在作者列表中，伽莫夫强行添加了一个对这篇论文没有任何贡献的人，那就是1967年诺贝尔物理学奖得主汉斯·贝特。伽莫夫之所以要添加贝特，并不是因为他名气大。而是因为阿尔菲、贝特、伽莫夫，合起来恰好能凑成αβγ。

伽莫夫也向赫尔曼提出了一个建议，让他起一个笔名，叫德尔塔。这样，这篇论文的作者就能凑成αβγδ。结果这个提议，遭到了赫尔曼的愤然拒绝。

如果我是赫尔曼，肯定后悔得肠子都青了。因为正是这篇发表在愚人节、颇有搞笑色彩的αβγ论文，首次提出了大名鼎鼎的宇宙大爆炸理论（严格地说，此理论应该称为“宇宙热大爆炸”理论，因为它首次提出宇宙起源于一个极为炽热的状态。但为了方便起见，我们还是称它为宇宙大爆炸）。

宇宙大爆炸，到底是个啥？

下面，我来给你科普一下宇宙大爆炸理论。这个理论说的是，创生之初的宇宙，是一个体积极小、密度极大、温度极高的火球。由于温度太高，火球内的光子具有极高的能量，可以轻松击碎原子核。所以那时的宇宙，是一片极端混沌的存在。不过随着时间的推移，这个火球会不断地向外膨胀，从而让它的密度不断减小，温度也不断降低。经过130多亿年的悠悠岁月，这个大火球就膨胀成了我们今天看到的宇宙。

提出宇宙大爆炸理论以后，伽莫夫又单独写了一篇关于宇宙大爆炸理论的论文，被《自然》杂志接受发表。但没过多久，阿尔菲和赫尔曼就发现这篇文章出了错，俩人随后也在《自然》杂志上发表了一篇纠错论文。在这篇论文里，他们偷偷地夹带了一点私货，挑错之余，顺带介绍了一下自己最新的研究成果。

正是在这篇夹带私货的挑错论文里，阿尔菲和赫尔曼首次预言了宇宙微波背景的存在。

宇宙大爆炸的遗迹

什么是宇宙微波背景呢？答案是，宇宙大爆炸留下的遗迹。你想啊，一个在130多亿年前爆炸的火球，能有什么东西留得下来？唯一有可能的，就是这个火球发出的光。

不过严格地说，这并不是宇宙创生那一刻发出的光。创生之初的火球过于炽热，原子核和电子处于游离状态，不断地和光子相撞。这意味着，光处于一种被囚禁的状态，无法自由地传播。而在宇宙诞生38万年以后，这个火球的温度下降到3000K（开尔文），原子核与电子结合而形成原子，光子才得以自由穿行。

这些在宇宙诞生后38万年发出的光，经历了130多亿年的悠悠岁月，终于到达地球。此外，这些光的波长，会被宇宙的膨胀拉长，从而变成微波波段的光。这些在宇宙诞生后38万年发出、现在已处于微波波段的光，就是所谓的宇宙微波背景。

根据阿尔菲和赫尔曼的估算，宇宙微波背景的温度应该是5K。不过，他们认为以人类当时的技术，根本探测不到宇宙微波背景。我们后面会看到，这是一个多么要命的错误。

阿尔菲和赫尔曼预言了宇宙微波背景以后，在学术界获得了什么样的反响呢？答案是，压根没人理睬。在那个年代，学术界一直把宇宙学视为一种玄学。玄学的研究，有谁会在乎呢？

伽莫夫、阿尔菲和赫尔曼，就这样成了宇宙学的先烈。后来伽莫夫还是留在学术圈，但是把主要精力放在写科普书上了。至于阿尔菲和赫尔曼，则先后放弃了学术界的生涯，转行去了工业界。

在经历了1948年的高潮后，宇宙大爆炸理论很快就陷入了沉寂。这一沉寂，就是15年。

一直过了15年，才出现另外一群对宇宙大爆炸感兴趣的人。这群人有一个领袖，名叫罗伯特·迪克。

寻找宇宙微波背景辐射

迪克是普林斯顿大学天文系的教授。为了完成探测宇宙微波背景的艰巨任务，他在学校招收了好几名研究生，其中最有才华的，就是咱们在本文一开头就见到的詹姆斯‧皮布尔斯。

1964年，迪克与皮布尔斯合作写了一篇论文。在这篇论文里，他们几乎是重复了阿尔菲和赫尔曼的研究工作，再次预言宇宙微波背景的存在。区别仅仅是，迪克与皮布尔斯认为宇宙微波背景的温度应该是3K左右。或许是因为年代久远，他们根本没意识到阿尔菲和赫尔曼曾经做过相同的研究，还以为自己是原创。因此，这篇论文只字未提阿尔菲和赫尔曼的研究。

“理论预言”了宇宙微波背景，这并不能让迪克满意。他决定申请经费，自己来寻找圣杯般的宇宙微波背景。

1965年的一天，当迪克和他的团队成员一起吃午餐的时候，他接到了一通电话。这通电话，让迪克的梦想化为泡影。

打电话的是两个贝尔实验室的工程师，分别叫阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊。

一年以前，彭齐亚斯和威尔逊在贝尔实验室的支持下，建造了一个大型的射电望远镜，希望测试远距离通讯技术。这台射电望远镜有一个巨大的喇叭口，里面装着能接收无线电和微波信号的天线。此外，这个喇叭口的方向也可以任意调整。

彭齐亚斯和威尔逊从建好望远镜的第一天起，就遇到了一个巨大的麻烦：喇叭口里的接收天线总会不断发出“烧开水”般的刺耳噪音。更奇怪的是，不管他们怎样调整天线的方向，这种噪声都不会消失。换句话说，这种噪音来自于宇宙中的各个方向，而且完全不受昼夜和季节的影响。

彭齐亚斯和威尔逊怀疑望远镜本身出了问题。他们花了大量的时间排除故障，最后终于找到了“症结”所在：有一对鸽子在喇叭口里筑了窝，并在天线上拉了很多鸽子屎。所以，他们就清理了这个鸽子窝，还把整个喇叭口都彻彻底底地打扫了一遍。

做完清洁工作以后，彭齐亚斯和威尔逊又打开了仪器。他们异常沮丧地发现，那个折腾了他们近一年的噪声，依然存在。

当彭齐亚斯被这个神秘噪音折磨得精疲力尽之际，他的一个在麻省理工学院工作的朋友，给他带来了福音。这个朋友给彭齐亚斯寄去了一篇论文，那正是迪克与皮布尔斯合写的预言宇宙微波背景辐射的论文。

看完论文之后，彭齐亚斯终于明白自己发现了什么。那折磨他整整一年的神秘噪音并不是命运的诅咒，而是上天的眷顾。

登上神坛的大爆炸理论

然后，他就和威尔逊一起，给迪克打了一通电话。他们告诉迪克，自己已经发现了迪克想要寻找的东西。放下电话以后，迪克无奈地向还在吃午饭的团队成员说到：“各位，我们已经被人抢先了。”

1965年的夏天，《天体物理学期刊》上发表了两篇划时代的论文。在第一篇论文中，彭齐亚斯和威尔逊简短地报告了他们发现的无处不在的微波噪音。而在第二篇文章中，迪克等人把彭齐亚斯和威尔逊的发现，与大爆炸理论的终极预言，也就是宇宙微波背景，联系在了一起。