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在鸽子粪中淘出了黄金 精选

已有 4948 次阅读 2022-9-1 21:45 |系统分类:科普集锦

在创世的争论中,伽莫夫的大爆炸理论仅能产生3种元素,而霍伊尔的恒星核合成理论则能产生90余种元素。而且,恒星核合成理论完全能重现宇宙元素丰度指纹。因此,在这一回合中,霍伊尔取得了大胜。

失败的挫折对一般人来说是巨大的打击,就像阿尔弗,他甚至放弃了自己的研究领域,去做了工程技术工作。但伽莫夫不是这样,此时他正在RNA俱乐部里玩得不亦乐乎。

RNA领带俱乐部(RNA Tie Club)是由沃森与伽莫夫共同创立的,主要工作为解开DNA序列和蛋白质上氨基酸之间谜样的关系。因为只有20种氨基酸,所以俱乐部的人数限制在20人,各代表一种氨基酸;同时另有四位荣誉成员,各代表一种核苷酸(有悉尼.布伦纳等人)。每个成员都有一条印着螺旋结构的针织领带与各自特殊的领带夹,领带夹上有此人负责研究的氨基酸的缩写,这也是”RNA领带俱乐部“名字的由来。

RNA俱乐部成员

1953年,沃森和克里克提出DNA上的碱基序列编码蛋白质的氨基酸序列。当伽莫夫从论文中看到DNA中有A、T、C、G这4种碱基,他以一名理论物理学家化繁为简的直觉,大胆断定组成蛋白质的氨基酸只有20种,并推测DNA链相连的3个核苷酸(三联体)编码一种氨基酸,因为如果是1个核苷酸对应一种氨基酸,则只能编码4种氨基酸,如果相连的2个核苷酸对应一种氨基酸,也只能编码16种氨基酸,都少于组成蛋白质的20种氨基酸。如果相连的4个核苷酸组合对应一种氨基酸,则会出现 4的4次方个四联体核苷酸组合,即编码256种氨基酸,又远远多于已知的氨基酸数。只有当相连的3个核苷酸对应一种氨基酸,则只有64个三联体组合,共20种氨基酸。

1954年10月,伽莫夫将自己的见解发表在《自然》杂志上,在文章中他提出每4个核苷酸形成一个空穴,氨基酸镶嵌其中,就像“钥匙和锁”一样。同时,他将文章副本给了克里克,激起了克里克研究遗传密码的兴趣。受到伽莫夫的启发,克里克开始认真研究遗传密码,并在1955年向俱乐部提交了一篇论文手稿。克里克肯定了伽莫夫关于三联体密码子和多个密码子编码同一种氨基酸等理论贡献,同时指出DNA的密码子并非与蛋白质的氨基酸直接对应,而是需要有中间物质RNA的帮助。

遗传密码与氨基酸的对应关系,每三个核苷酸组合对应一个氨基酸。

伽莫夫不知道的是,当他正在RNA俱乐部里玩得不亦乐乎时,元素合成的争议也发生了喜剧性的转换。那就是伽莫夫预言的5K宇宙背景辐射在1965年被证实了。

1964年彭齐亚斯和威尔逊用贝尔电话实验室在新泽西的一架噪声极低的角状反射天线去测量高银纬区(即银河平面以外区域)发出的射电波强度。这种测量特别困难,主要问题是怎样将信号与天线的噪声区别开来。

他们二人本打算在7.35 cm波长上验证天线本身的噪声可以忽略不计,之后再在21 cm波长上去观测星系本身。出乎他二人意料之外,在7.35 cm波长上收到了相当大的与方向无关的微波噪声。在随后的一年里他们发觉这天线噪声既在一日之中没有变化,也不随季节而涨落。

为了彻底弄清噪声的来源,还需检验一下天线本身,看它的电噪声是否比预期的高。检查后果然发现有一对鸽子曾在天线的喉部筑过巢,在那里遗留了一层被彭齐亚斯委婉地称之为“白色分泌物”的东西。他们拆开天线,把这些鸽子粪便清除掉,再调整好仪器测量。但噪声依然存在,这种噪声到底是从哪里来的?这种噪声显然不像是来自银河系之内。否则应该观察到来自酷似银河系的仙女座大星云M31强烈的7.35 cm电磁辐射。这些观测到的噪声似乎产生于广阔的宇宙深处。

为了弄清这奇怪的现象,彭奇亚斯就打电话给另一位射电天文学家、麻省理工学院的伯克,伯克隐约地想起普林斯顿大学的一个青年物理学家皮布尔斯在一次学术报告中说起,早期宇宙应遗留下一个5K左右的微波背景辐射。于是,彭齐亚斯就给皮布尔斯打电话询问情况。

听了彭齐亚斯的叙述,皮布尔斯的心哇凉哇凉的。原来,当时他正和自己的导师迪克教授设计微波背景辐射的测量装置,准备去探测宇宙大爆炸留下的微波背景辐射,以验证伽莫夫的宇宙演化模型。现在,快到手的重大成果被彭齐亚斯和威尔逊得到了,内心的苦楚可想而知。

1978年诺贝尔物理学奖获得者卡皮查、彭齐亚斯和威尔逊

就这样,伽莫夫的宇宙演化模型预测的微波背景辐射被美国无线电工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊的偶然发现得到了证实。彭齐亚斯和威尔逊与卡皮查分享了1978年的诺贝尔物理学奖,被人戏称“掏粪掏出了黄金”。可惜的是,此时伽莫夫早已在1968年7月去世了。他同样错过了1968年的诺贝尔生理和医学奖。

金质的诺贝尔奖章

现在,伽莫夫的宇宙学理论和霍伊尔的恒星元素合成理论一起,被认为都是自然界元素创生的重要理论。大爆炸核合成产生了氢、氦和少量的锂元素,而这些元素作为恒星核合成的原料,最终产生了自然界中形形色色的可见物质。




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