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解宇宙起源和命運的線索隱藏在它早期產生的微波背景輻射中。美國科學家約翰·馬瑟和喬治·斯穆特憑藉他們在宇宙微波背景輻射研究領域取得的成果,將宇宙學帶入“精確研究”時代,並因此榮膺今年諾貝爾物理學獎。
目前科學界普遍接受的宇宙起源理論認爲,宇宙誕生於距今約137億年前的一次大爆炸。微波背景輻射作爲大爆炸的“餘燼”,均勻地分佈於宇宙空間。測量宇宙中的微波背景輻射,可以“回望”宇宙的“嬰兒時代”場景,並瞭解宇宙中恆星和星系的形成過程。
雖然人們在上世紀60年代就已知道微波背景輻射的存在,但針對這種大爆炸“餘燼”的測量工作一開始都是在地面上展開,進展十分緩慢。大爆炸理論曾預測,微波背景輻射應該具有黑體輻射特性,但一直未能得到地面觀測結果的確認。
藉助1989年發射的COBE衛星,馬瑟和斯穆特領導的1000多人研究團隊首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測研究。他們對COBE衛星測量結果進行分析計算後發現,宇宙微波背景輻射與黑體輻射非常吻合,從而爲大爆炸理論提供了進一步支持。
另外,馬瑟和斯穆特等還藉助COBE衛星的測量發現,宇宙微波背景輻射在不同方向上溫度有着極其微小的差異,也就是說存在所謂的各向異性。這種微小差異揭示了宇宙中的物質如何積聚成恆星和星系。諾貝爾獎評審委員會提供的材料介紹說,如果沒有這樣一種機制,那麼今天的宇宙很可能完全不是現在這個樣子,其中的物質也許像淤泥一樣均勻分佈。
馬瑟和斯穆特等人實現了對微波背景輻射的精確測量,標誌着宇宙學進入了“精確研究”時代。著名科學家霍金評論說,COBE項目的研究成果堪稱20世紀最重要的科學成就。在COBE項目的基礎上,耗資1.45億美元的美國“威爾金森微波各向異性探測器”2001年進入太空,對宇宙微波背景輻射進行了更精確的觀測。而歐洲“普朗克”衛星不久也將發射升空,繼續提高研究的精確度。(完)
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