本主题是配合琼璘博文《哈勃看不到我们》而发，只是我把侧重点放在了科普知识上。关于“宇宙微波背景辐射”的概念我最早是从《十万个为什么（物理篇）》中看到的，但书中讲解不详细，所以重新搜集资料整理出来。原书中是“宇宙微观背景辐射”，我觉得“宇宙微波背景辐射”更恰当，所以此处作了改动。

　　爱因斯坦于1915年建立了广义相对论后，他运用非欧几里得几何学(黎曼几何)把引力解释为空间弯曲的效应，而空间弯曲是由物质存在决定的。后来他于1917年发表了题为《对广义相对论的宇宙学的考察》的论文。他将广义相对论的引力方程用于整个宇宙，并试图求得一个宇宙不随时间变化的宇宙静态解，为此，他引入一个所谓“宇宙常数”项，作为斥力作用因子，从而得出了一个有限无边的静态宇宙。爱因斯坦弯曲的宇宙模型可看成是四维空间的一个三维超球面。球面的面积是有限的，但沿着球面没有边界，也没有中心，球面保持静止状态。这个有限的宇宙，不存在奥伯斯佯谬(olbers'paradox)。　　1930年，爱丁顿证明这个模型是不稳定的，只要有小扰动，就会膨胀或收缩，因而实质上不可能保持静态。不过，爱因斯坦的那篇论文还是被人们认为是现代宇宙学的开端，而他本人被誉为相对论宇宙学的先驱者。

　　1922年，前苏联数学家弗里德曼(A·Friedmann)求得了爱因斯坦场方程的解，建立了弗里德曼宇宙模型，证明了宇宙并非必须静止，从而为宇宙模型研究的进展打下了基础，这个模型也称为标准宇宙学模型。当宇宙常数∧=0时，根据所选择的K值的不同，分出三种宇宙类型：　　K=+1为封闭宇宙，K=0或K=-1为开放式宇宙。在目前时刻，三种模型都得到膨胀的宇宙。对于K=0或K=-1的情形，宇宙会无限膨胀下去；对于K=+1的情形，宇宙膨胀到最大程度后，又会开始收缩，最后所有的星系又都挤在一起。从大爆炸到大挤压大约要500亿年，天文学家推测宇宙年龄约150亿年，因此，目前的观测还无法说明我们的宇宙属于那种情形的。根据弗里德曼宇宙模型，上面三种情形的宇宙也可以由另外一个参量，即宇宙平均物质密度(r)来描述：如果宇宙平均物质密度小于临界密度，物质的引力不够大，宇宙将无限膨胀下去，最后星系以稳恒的速度相互离开；若平均物质密度等于临界密度，宇宙的膨胀快到足以刚好避免坍缩，宇宙虽然也是无限膨胀，但星系分开的速度越来越慢，趋向于零，而永远不为零；若宇宙平均物质密度大于临界密度，物质的引力能够阻止宇宙继续膨胀，最后转为收缩。弗里德曼给出的宇宙发展的三种模式，预示了宇宙可能的动态变化，为大爆炸学说以及暴胀宇宙学说的建立打下了理论基础。

　　稳恒态宇宙学是1948年英国天文学家赫尔曼·邦迪、托马斯·戈尔德和弗雷德·霍伊尔共同提出的。模型以哈勃定律的发现和宇宙膨胀的观测事实为支撑。他们提出了所谓完全宇宙学原理。完全宇宙学原理是指宇宙除了在空间上均匀及各向同性外，在时间上是稳恒的，即在宇宙的大尺度特征下任何时候都一样。为了使宇宙保持稳恒，必须要求在宇宙各处不断地有物质创造出来。他们还算出，每2000亿年在一升体积内创造出一个氢原子。稳恒态宇宙论认为物质可以从虚无中产生出来，这就违背了物质守恒定律。尽管稳恒态模型有很多吸引人的特点，但由于它所预言的星系分布情况和射电源计数都与实际观测不符，另外它难以解释1965年宇宙微波背景辐射而未能被广泛接受。

　　1922年，弗里德曼改进了爱因斯坦描述宇宙本性的方程，并导出了这些方程的动态解。五年后，比利时天文学家勒梅特也得到了同样的解并提出了一个大胆而明确的概念，认为“空间要随时间而膨胀”，这正是爱因斯坦方程的动态意义。1929年，埃德温·哈勃发现了一个具有里程碑意义的观测结果，即远处的星系总是远离我们而去。也就是说宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。　　1946年，乌克兰裔美国物理学家伽莫夫与他的学生阿尔菲和赫尔曼共同研究，建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是应该理解为空间的急剧膨胀。根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。　　从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：　　大爆炸开始时：150～200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。　　大爆炸后10E-43秒：宇宙从量子背景出现。　　大爆炸后10E-35秒：同一场分解为强力、电弱力和引力。　　大爆炸后10E-5秒：10万亿度，质子和中子形成　　大爆炸后0.01秒：1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅1/10亿，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。　　大爆炸后0.1秒后：300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。　　大爆炸后1秒后：100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。　　大爆炸后13.8秒后：30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。　　大爆炸后35分钟后：3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。　　大爆炸后30万年后：3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。

　　宇宙膨胀过程是引力与膨胀初速度之争，谁胜谁负取决于宇宙物质密度。如果宇宙物质密度小于或等于某一临界密度（临界密度约为 5×10E-30g/cm3），将没有足够的引力阻止膨胀，宇宙膨胀永无止境，我们称宇宙的膨胀是开放的，称为开宇宙；如果宇宙物质密度大于临界密度，巨大的引力会使得膨胀最终停止并接下来收缩，在这一情形下称宇宙的膨胀是封闭的，称为闭宇宙。所以讨论宇宙可能的演化结局与讨论宇宙的有限或无限是完全等价的！　　根据广以相对论框架下的宇宙膨胀动力学方程，宇宙学家发展了三种判断有限还是无限也即推断其演化结局的方法：　　1) 以密度为判据　　2) 以膨胀的减速参量为判据　　3) 以宇宙年龄为判据　　由于目前为止还不能在宇宙的两种可能结局间作出判断，我们不妨都看一看：　　a) 开宇宙（可能性比较大些）　　随着恒星不断从气体中诞生，气体越来越少，直至无法再形成新的恒星。　　10E14年后，恒星全部失去光辉，宇宙变暗，星系核处黑洞不断变大。　　10E17～10E18年后，只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星。恒星中质子开始变得不稳定。　　10E24年后，质子开始衰变成光子和各种轻子。　　10E32年后，衰变过程结束，宇宙中只剩下光子、轻子和大黑洞。　　10E100年后，黑洞完全蒸发，可称为世界末日。　　b) 闭宇宙　　膨胀停止的早晚取决于宇宙物质密度的大小。　　假设物质密度是临界密度的2倍，这膨胀过程经过约500亿年后停止，宇宙半径比现在大一倍。一旦自引力占上风，宇宙开始收缩，收缩过程几乎正好是膨胀过程的反演，1000亿年后重新回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。且收缩过程越来越块，最后称为“大暴缩”。　　闭宇宙的结局似乎比开宇宙差得多，但我们不必杞人忧天。

　　宇宙是有限的还是无限的？有没有中心？有没有边？有没有生老病死？有没有年龄？　　到这里为止，除了第一个尚需更高精度的观测外，都可作出较明确的回答：宇宙没有中心没有边，不管它是有限的还是无限的；宇宙在时间上有一个开端，有没有终结则要看其密度而定。

　　1978年度的诺贝尔物理学奖，由两位美国的无线电工程师彭齐亚斯（A.A.Penzias）和威尔逊（R.W.Wilson）所获得。瑞典科学院在颁奖的决定中指出：“彭齐亚斯和威尔逊的发现是一项带有根本意义的发现：它使我们能够获得很久以前，在宇宙的创生时期所发生的宇宙过程的信息。”这样一个重要发现，称得上是哈勃定律以来宇宙学上最重大的进展，却是在无线电通讯的研究中完全偶然发现的。　　1964年，美国贝尔电话实验室在新泽西州荷尔姆德的克劳福德山上建起了一架巨大的喇叭形天线，这架不寻常的天线的特征是一个20英尺、具有极低噪声的角状反射器。他们建立这架天线的目的是为了改善卫星通信的质量，提高通信的效率，消除各种噪声，或者至少查明各种噪声的来源。彭齐亚斯和威尔逊正是利用这架方向性很好的喇叭形天线来查明太空中各种原因的噪声，无线电工程师的行话就是测量天空的有效噪声温度。　　无线电工程技术中所说的噪声，与日常生活中所谓的噪声不同，它指的是通信、广播中影响正常信号传递的各种无规则信号。例如，天线结构和放大器电路中，由于电路材料中导电电子的无规则热运动所产生的电路器件的固有噪声。一般来说，温度越高，电子的热运动越激烈，它的噪声也越大。因此，噪声的大小与温度有一定的对应关系。无线电工程上常用温度来标志噪声，对于那些不是由于热运动所造成的噪声，也用一个对应的“等效温度”来表示噪声辐射强度，即统一用“温度”来表示各种原因的噪声水平。　　彭齐亚斯和威尔逊为了测量来自太空的微小噪声，首先采用方向性特别好的喇叭形天线以减少地面及周围的无线电干扰，他们设计的性能优良的天线，使地面噪声的贡献只有绝对温度0.3K。另外为了减少天线、接收器、波导管等电路对于噪声的贡献，他们用了一种称为“冷负载”的设备，将接收到的功率和一个浸在绝对温度为4K左右的液氦里的人工噪声源所给出的功率相比较，因为放大电路的噪声电平对于两种情况都是一样的，因此，在比较中就可以消除它，从而可以直接测量天线接收到的功率。

　　普林斯顿的天体物理学家究竟是如何作出这一预言的？彭齐亚斯和威尔逊的发现又为什么正好证实了他们的预言呢？这还得从大爆炸宇宙学说起。　　我们已经知道，本世纪40年代末期，伽莫夫、阿尔菲及赫尔曼根据河外星系光谱的红移现象，得出了宇宙膨胀的结论，从而提出了宇宙演化的大爆炸模型理论。　　根据这一理论，宇宙起源于一次原始的大爆炸，此后宇宙不断膨胀，不断降温，从核子合成到元素生成，直至构成今天的世界。他们在1948年曾经作出过一个预言：宇宙经过100多亿年的不断冷却，到今天应当还留下5K的辐射背景。但是，由于当时大爆炸生成元素理论所遇到的一些困难，这些宇宙学的早期工作几乎没有引起人们的重视，并很快被人们遗忘。普林斯顿大学迪克等人也不知道伽莫夫等人的这一预言。但是，他们继承了大爆炸理论的思想。大爆炸宇宙学关于宇宙背景辐射的预言，同彭齐亚斯和威尔逊测到的结果正好相符。

　　为了进一步证明，彭齐亚斯和威尔逊所发现的微波背景辐射确实是宇宙早期一度处于热平衡状态时所遗留下来的辐射，科学家们提出了一个十分严格的检验办法。因为宇宙背景辐射来自宇宙一度达到的热平衡状态，它应当具有热平衡物体辐射——黑体辐射的特征，即辐射能量随波长的分布应符合普朗克公式的黑体谱曲线。紧接着，彭齐亚斯和威尔逊发现，所测的背景辐射，强度随波长的变化恰好符合温度为2.7K到3K的黑体谱曲线。1990年，根据人造卫星（Cobe卫星）对于背景辐射的测量，给出了更加精确的符合温度为2.7K的黑体谱曲线。这次测量结果之所以引起人们的特别重视，原因是利用卫星才有可能精确测量到波长小于0.1厘米的红外波段的背景辐射，而在此之前红外波段背景辐射的测量是比较粗糙的。　　当我们了解了微波背景辐射的来源后，就立即认识到这项发现的重要意义了。假如我们把宇宙学亦看作为一门考古学，那么，宇宙背景辐射就是100多亿年前，宇宙早期遗留下来的、被红移了的辐射“化石”。我们从这一宝贵的“化石”中可以推出宇宙演化的许多历史事实。　　从宇宙微波背景辐射的实测温度为3K这个关键性的数字，首先可以得到一个最重要的定量结论，即在宇宙早期，每个核子都伴随着10亿个光子，即核子数与光子数之比为109，这个数字对于考察早期宇宙的历史是一个重要的数据。从这个数据出发，我们可以得出结论，星系和恒星的出现必然在宇宙温度降到3000K以下、中性原子形成之后。另外，从这个数据再往前推，我们又可以知道，在宇宙更早一段时间，必然是以辐射为主，即宇宙中辐射所含的能量比物质所含的能量大得多。　　宇宙微波背景辐射的各向同性，表明宇宙在大尺度上确实是非常均匀的。它也反映了在大爆炸后50万年的那个时候的均匀性，因为背景辐射正是在这一时刻发出的。这也说明星系、星系团等天体在那时，还没有一点要凝聚而成的迹象，因为假如当年等离子体状态的宇宙介质，已经有了集团的现象，那么今天的背景辐射也会出现某些可观察到的斑点。所以，混沌初开之时的宇宙，只能是均匀的等离子气体，星系等的凝聚肯定是在这以后相当长时间后的事情。　　由此可见，宇宙背景辐射的发现极大地支持了大爆炸宇宙学。距今150多亿年前的事，居然可以作为理论预言，并被实际测量所证实，这是非常令人鼓舞的。大爆炸宇宙学终于赢得了人们的信任，确立了其应有的地位。

从吧主的文章里,领略到宇宙的无限了.一个人尽其一生智慧,也无法知晓宇宙奥秘之亿万分之一.但略有所知,无论如何也胜过一无所知.做个天文吧的链接,http://post.baidu.com/f?kz=35197770大家如果有心去看一看.

……………………………………宇宙太深奥……………………