宇宙存生争未休，稳恒膨胀两山头。  

忽闻天线嘶声起，爆炸余晖遗韵悠。  

上回说到，哈勃和勒梅特证明了宇宙在膨胀。但膨胀的宇宙有没有起点，还是它一直在那里、从未改变过？两种截然不同的答案在二十世纪中叶激烈交锋，谁也说服不了谁。论战持续了二十年，直到一个完全偶然的声音——像远方微弱的沙沙声——从一只天线里传出。

一、

1948年，华盛顿大学。乔治·伽莫夫和他的学生拉尔夫·阿尔弗、罗伯特·赫尔曼正在做一件事：把宇宙早期的历史倒推回去。如果宇宙起源于一次极其高温、极高密度的爆炸，那么在最初的几分钟里，它应该充满了炽热的光子。

那时的宇宙像一座体积极小、亮度极高的熔炉。宇宙中的元素便是在这种环境中开始产生了，由于宇宙膨胀的速度很快，仅产生了氢、氦和少量的锂元素。随着空间膨胀，宇宙的密度和温度逐渐降低，光子的波长也会被拉长，能量降低，但不会完全消失。

图 16.1: 伽莫夫和他的研究生们

伽莫夫在办公室的黑板上画了一条降温曲线，在末端标了一个数字：约五开尔文。

“它们应该还存在，”伽莫夫说，“作为一锅均匀的辐射，充满整个宇宙，哪都不多，哪都不少。”

阿尔弗和赫尔曼记录了这个预言，发表在论文中。但那篇论文没有引起太多关注。物理学界正在忙着别的事情，宇宙学在当时还是一个小众领域。

同一时期，英国。弗雷德·霍伊尔和赫尔曼·邦迪、托马斯·戈尔德提出了完全相反的理论——稳恒态宇宙。宇宙一直在膨胀，但新的物质不断被创造出来填补空隙，使宇宙的平均密度始终保持恒定。宇宙没有起点，没有终点，永远是这个样子。

霍伊尔对伽莫夫等人的宇宙起源学说持怀疑态度。他认为，这一学说带有某种神创论的色彩，因为单独某一瞬间的创造。在他看来，宇宙起源的理论似乎暗示了某种超自然的力量。

霍伊尔是个很健谈的人，喜欢在BBC广播节目里谈论科学。1949年，他在一次广播节目中谈到勒梅特的理论时说：“勒梅特先生和伽莫夫先生的观点……似乎在说宇宙是在一次巨大的‘大爆炸’中诞生的。”他本意是讽刺，想让听众觉得这个说法可笑。

“大爆炸”这个词是霍伊尔创造的。然而当它轻飘飘地从麦克风里传出来，落进了无数收音机里，却引起了轰动。“大爆炸”这个词很形象，听众们记住了这个词，比记住任何公式都牢。

图 16.2: 霍伊尔做客 BBC 广播电台

“大爆炸”这个名称，本身就是一场命名史上的美丽误会，但它对宣传和普及宇宙起源理论起到了正面推动作用。霍伊尔先生没有料到，这个随口造出的词后来成了那个理论的正式名字。而他自己的稳恒态理论，在不到二十年后就失去了最有分量的实验支持——只是那时候，他还不相信那个实验结果。

二、

1964年，美国新泽西州，贝尔实验室。一个巨大的喇叭形天线竖立在霍姆德尔镇的丘陵上。它原本是为“回声”卫星通信项目建造的，项目结束后被闲置下来。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊是两个年轻的天文学家，被派来调试这台天线，准备用它进行射电天文观测。

他们遇到了一件麻烦事：不管天线指向哪里——无论天空的哪个方向、白天还是黑夜、夏天还是冬天——都有一股持续的微弱噪音，像远处有人在低声说话，听不清说什么，但一直在说。

彭齐亚斯第一次注意到那个信号时，以为是仪器故障。他们检查了所有电子设备，换了几个部件，关掉某些电源反复测试，噪音还在。他们以为是天线本身有干扰，爬上去检查了一遍，看到缝隙里卡着一些鸽子的羽毛和灰色的粪便。于是他们爬上去清理干净，还顺便加固了接缝，堵了几处可能渗水的地方。

回到控制室再次测量——噪音还在。

威尔逊皱眉看着示波器上的波形：“不会是天线的定向性有什么暗伤？”

图 16.3: 彭齐亚斯和威尔逊与天线的合影

彭齐亚斯没有说话。他重新换了参照波段、调整了接收机的增益，那个信号依然平稳地浮在本底噪音之上，不肯消失。后来他们甚至把整个天线重新拆装了一遍，检查了每一处焊点。噪音依然在那里，不多不少，恒定得像有人在远处不停地吹着同一只哨子。

他们证明这种背景噪音不是源于地球，也不是宇宙中的任何星球，而是在宇宙层面上处处皆有的一个微弱的背景噪声。

它的温度——如果他们把它折算成温度——大约是绝对零度以上三点五度。

三、

彭齐亚斯和威尔逊没有立刻意识到这意味着什么。他们只是记录数据、排除干扰，准备写一篇技术报告，说明天线存在一个无法解释的持续背景噪声。

可有一天，彭齐亚斯打电话给一位射电天文学家同行，聊到他们在新泽西遇到的麻烦。电话那头的人忽然停顿了一下：“你说那个噪音哪个方向都有？”

“哪个方向都有。”

“温度大约三度多一点？”

“对。”

电话那头沉默了一会儿。彭齐亚斯听见对方说：“你应该联系一下普林斯顿大学的罗伯特·迪克。他们正在找一种东西——可能就是你听到的那种声音。”

彭齐亚斯放下电话，拿起铅笔，在笔记本上写下了迪克教授的名字和电话号。他拨了过去。接电话的是一位中年物理学家。彭齐亚斯简洁地把他们观测的现象描述了一遍——天线方向不变、频率恒定、温度三开尔文左右。电话那头的呼吸声变重了。

“你确定不是仪器问题？”

“确定。”

“所有的方向都一样？”

“一样。”

迪克沉默了几秒。然后他转身，对着办公室里的同事说了一句后来被很多人引用的话：“我们被抢先了。”他放下电话，双手撑在桌面上，像是刚刚错过了一直在等候的东西。

四、

迪克团队已经为寻找宇宙背景辐射准备了很长时间。2019年诺贝尔物理学奖金获得者詹姆斯·皮布尔斯就是当时的研究骨干。他们建造了一台专用的探测器，准备架在普林斯顿校园里，瞄准天空寻找一个弥漫在宇宙各处的低温信号——伽莫夫二十年前预言的余晖。他们的仪器还没装完，贝尔实验室的消息就到了。那个他们准备去捕捉的信号，已经被两个调试天线的人无意中捕捉到了。

图 16.4: 迪克与皮布尔斯的照片

迪克带着几个同事驱车前往霍姆德尔。他们见到了彭齐亚斯和威尔逊，参观了那个巨大的喇叭形天线，查看了数据记录。迪克当场确认：这就是他要找的东西。宇宙微波背景辐射——大爆炸的直接余晖。

彭齐亚斯和威尔逊对宇宙学了解不多。他们只是观测到了那个信号，并认真排除了所有可能的干扰，但不太清楚它有什么意义。那两只天线的曲线图表上，每一格都密密麻麻标着日期和时间，像一条平整的路面，没有起伏，没有断裂——只是一声持续均匀的低鸣。

一年后，彭齐亚斯和威尔逊的发现论文与迪克团队的理论解释论文同时发表在同一期天体物理学杂志上。一篇很短，讲天线观测到了什么；另一篇稍长，讲那意味着什么。两篇相邻，像两个从未见过面的人突然并肩站在了一起。

“大爆炸”理论获得了决定性证据。稳恒态理论无法解释这种均匀的、来自宇宙早期的背景辐射——如果宇宙没有起点，就不应有这样的余晖。霍伊尔最初拒绝相信，称那只是某种干扰，但后来越来越多的独立测量反复验证了那个三开尔文的信号，误差范围越缩越窄。他沉默了一阵子，终于不再否认，但也没有公开承认自己错了。他只是把研究方向转向了其他领域。

五、

从那以后，更多的测量核实了微波背景确实存在，依据黑体辐射公式的拟合结果，给出了更加精准的背景温度——2.726 K。

图 16.5: 微波背景辐射与黑体辐射的对比

宇宙微波背景辐射的发现，回答了哈勃和勒梅特留下的问题——宇宙确实有一个起点。大爆炸确实发生过。那些恒星的星光、星系的红移、空间的膨胀，全都从同一个时刻出发。而彭齐亚斯和威尔逊听到的那阵模糊的嘶嘶声，正是那个时刻留下的最后一道回响。

彭齐亚斯和威尔逊因为这项意外的发现获得了1978年的诺贝尔物理学奖。有人戏称这一故事，说他们“从鸽子粪中淘出来了黄金”。

彭齐亚斯后来在获奖感言中说：“我们只是碰巧把天线指向了正确的地方。真正的发现不在我们的仪器里，而在普林斯顿的理论里。”

可那个信号的温度不足以精确回答宇宙的年龄。伽莫夫预言的约五开尔文，实际测量到的约三开尔文，经过反复校准后最终被精确定在二点七二五开尔文。它已经冷却了太久，温度低到只比虚无热一点点。通过那个温度，物理学家们可以估算宇宙从大爆炸到现在膨胀了多少倍，从而推算出它的年龄——但那个推算的误差还很大，大约在一百到两百亿年之间。

二十年后，另一群人把目光投向了另一种更亮、更精准的测量工具。他们要用超新星来测距，去核实那条哈勃已经画出来的斜线到底有多准。可他们发现的东西，比预期更令人意外——它将改写整个宇宙学的下半部。

欲知以后的精彩故事，请看下回分解。

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