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1934年，Tolman是第一個研究有關宇宙背景輻射的人。他發現在宇宙中輻射溫度的演化裏溫度會隨著時間演化而改變；而光子的頻率隨時間演化(即宇宙學紅移)也會有所不同。但是當兩者一起考慮時，也就是討論光譜時(是頻率與溫度的函數)兩者的變化會抵銷掉，也就是黑體輻射的形式會保留下來。
1948年，由旅美的俄國物理學家伽莫夫帶領的團隊估算出，如果宇宙最初的溫度約為十億度，則會殘留有約5~10k 的黑體輻射。然而這個工作並沒有引起重視。
1964年，蘇聯的澤爾多維奇(Zel'dovich)、英國的霍伊爾(Hoyle)、泰勒(Tayler)、美國的皮伯斯(Peebles)等人的研究預言，宇宙應當殘留有溫度為幾開的背景輻射，並且在釐米波段上應該是可以觀測到的，從而重新引起了學術界對背景輻射的重視。美國的狄剋(Dicke)、勞爾(Roll)、威爾金森(Wilkinson)等人也開始着手製造一種低噪聲的天綫來探測這種輻射，然而另外兩個美國人無意中先於他們發現了背景輻射。 |
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1964年，美國貝爾實驗室的工程師阿諾·彭齊亞斯(Penzias)和羅伯特·威爾遜(Wilson)架設了一臺喇叭形狀的天綫，用以接受“回聲”衛星的信號。為了檢測這臺天綫的噪音性能，他們將天綫對準天空方向進行測量。他們發現，在波長為7.35cm的地方一直有一個各嚮同性的訊號存在，這個信號既沒有周日的變化，也沒有季節的變化，因而可以判定與地球的公轉和自轉無關。
起初他們懷疑這個信號來源於天綫係統本身。1965年初，他們對天綫進行了徹底檢查，清除了天綫上的鴿子窩和鳥糞，然而噪聲仍然存在。於是他們在《天體物理學報》上以《在4080兆赫上額外天綫溫度的測量》為題發表論文正式宣佈了這個發現。
緊接着狄剋、皮伯斯、勞爾和威爾金森在同一雜志上以《宇宙黑體輻射》為標題發表了一篇論文，對這個發現給出了正確的解釋：即這個額外的輻射就是宇宙微波背景輻射。這個黑體輻射對應到一個3k的溫度。之後在觀測其他波長的背景輻射推斷出溫度約為2.7K。
宇宙背景輻射的發現在近代天文學上具有非常重要的意義，它給了大爆炸理論一個有力的證據，並且與類星體、脈衝星、星際有機分子一道，並稱為20世紀60年代天文學“四大發現”。彭齊亞斯和威爾遜也因發現了宇宙微波背景輻射而獲得1978年的諾貝爾物理學奬。 |
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| 根據1989年11月升空的微波背景探測衛星(COBE，Cosmic Background Explorer)測量到的結果，宇宙微波背景輻射譜非常精確地符合溫度為 2.726±0.010K 的黑體輻射譜，證實了銀河係相對於背景輻射有一個相對的運動速度，並且還驗證，扣除掉這個速度對測量結果帶來的影響，以及銀河係內物質輻射的幹擾，宇宙背景輻射具有高度各嚮同性，溫度漲落的幅度衹有大約百萬分之五。目前公認的理論認為，這個溫度漲落起源於宇宙在形成初期極小尺度上的量子漲落，它隨着宇宙的暴漲而放大到宇宙學的尺度上，並且正是由於溫度的漲落，造成物質宇宙物質分佈的不均勻性，最終得以形成諸如星係團等的一類大尺度結構。WMAP的發現2003年，美國發射的威爾金森微波各嚮異性探測器對宇宙微波背景輻射在不同方向上的漲落的測量表明，宇宙的年齡是137±1億年，在宇宙的組成成分中，4%是一般物質，23%是暗物質，73%是暗能量。宇宙目前的膨脹速度是71公裏每秒每百萬秒差距，宇宙空間是近乎於平直的，它經歷過暴漲的過程，並且會一直膨脹下去。 |
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weibo beijing fushe
微波背景輻射
microwave background radiation
來自宇宙空間背景上的各嚮同性的微波輻射，也稱為宇宙背景輻射。二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進衛星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天綫係統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度時，發現總有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35釐米的微波噪聲相當於3.5K。1965年，他們又訂正為3K，並將這一發現公諸於世，為此獲1978年諾貝爾物理學奬金。
微波背景輻射的最重要特徵是具有黑體輻射譜，在0.3～75釐米波段，可以在地面上直接測到；在大於100釐米的射電波段，銀河係本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射，因而不能直接測到;在小於0.3釐米波段，由於地球大氣輻射的幹擾，要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。從 0.054釐米直到數十釐米波段內的測量表明，背景輻射是溫度近於2.7K的黑體輻射，習慣稱為3K背景輻射。黑體譜現象表明，微波背景輻射是極大的時空範圍內的事件。因為衹有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。由於現今宇宙空間的物質密度極低,輻射與物質的相互作用極小,所以，我們今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠星係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徵是具有極高度的各嚮同性。這有兩方面的含義：①小尺度上的各嚮同性：在小到幾十弧分的範圍內，輻射強度的起伏小於0.2～0.3％；②大尺度上的各嚮同性：沿天球各個不同方向，輻射強度的漲落小於0.3％。各嚮同性說明,在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互聯繫。
除微波波段外，在從射電到γ射綫輻射的各個波長上，大都進行過背景輻射探測，結果是微波波段的輻射最強，其強度超過其他所有波段的背景輻射的總和。微波背景輻射的發現被認為是二十世紀天文學的一項重大成就。它對現代宇宙學所産生的深遠影響，可以與河外星係的紅移的發現相比擬。當前，流行的看法認為背景輻射起源於熱宇宙的早期。這是對大爆炸宇宙學的強有力的支持。早在四十年代，伽莫夫、阿爾菲和海爾曼根據當時已知的氦豐度和哈勃常數等資料，發展了熱大爆炸學說，並預言宇宙間充滿具有黑體譜的殘餘輻射，其溫度約為幾K或幾十K。3K微波背景輻射的實測結果與理論預期大體相符。此外，還有用其他模型或機製來解釋微波背景輻射的宇宙學說。
（方勵之） |
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- : feather background radiation
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