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微波背景輻射發現者──威爾遜生日|科學史上的今天:1/10

2015/01/10 | 未分類 |

1965 年春季,28 歲的威爾遜望著他的同事彭齊亞斯(Arno Penzias),希望這位大他三歲、又有過兩年雷達實務經驗的夥伴還能想出新點子。他已經沒轍了,打從去年到現在,他們就是無法擺脫那神秘的雜訊,甚至連它的來源是什麼都毫無頭緒。

合影於貝爾實驗室之號角形天線的威爾遜(左)與彭齊亞斯。圖片來源:wikimedia

他們兩人的任務是要修改一座特殊的號角形天線,為 AT&T 新的通訊衛星傳輸系統作準備。這座巨大的號角形天線可偵測極低溫度的雜訊,又有極佳的方向性,很適合查明空中的各種雜訊,提高通訊效率。然而當他們在 1964 年五月開始接收訊號時,發現扣除來自大氣、地面與天線本身的雜訊後,在 7 公分波長的微波頻段上仍有約為凱式(絕對溫度)3 度的神祕雜訊。他們確認過設備的所有元件都沒有問題,檢查了天線的每個接縫,甚至清除天線上的鳥糞,仍然無法消除這剩餘的雜訊。

那麼,這雜訊的來源是什麼?無論他們把天線轉向天空哪一個角落,無論一年四季或是一天中的什麼時候,雜訊從不間斷也沒有改變,可見其源頭既不是人造衛星,也不是太陽或在銀河系內。他們無法解釋究竟是什麼原因造成這均勻瀰漫在整個天空背景上的「3K 微波背景輻射」。

就在他們打算放棄繼續搜尋,如實寫入調校過程的技術報告中時,彭齊亞斯的朋友告知他們有天文學家預測:如果宇宙起源於大霹靂,至今殘餘的輻射溫度應該會在凱式 10 度左右,而且波長會落在微波區域。他們邀了這組天文學家前來,大家討論之後都一致認為 3K 微波背景輻射就是大霹靂的餘燼,彭齊亞斯與威爾遜兩人無意間發現繼宇宙學紅移之後最重要的天文學證據。

威爾遜和彭齊亞斯如釋重負,他們並沒有把工作搞砸。當然他們更高興因為發現宇宙微波背景輻射,證實了大霹靂理論而獲得 1978 年的諾貝爾物理獎,畢竟他們的博士論文可都是關於無線電天文學,他們骨子裡其實是天文學家啊!

圖片說明:1978年,威爾遜(左)與同事彭齊亞斯在當時工作地點的合影

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

 

關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。