鸽粪和奇怪的静电：我们如何证明了大爆炸

有时，科学发现诞生于世界一流的实验室，杰出的科学家们齐聚一堂，通过全新的实验来证明一个美妙的设想。而有时，宇宙的秘密却隐藏在堆积如山的鸽子粪之下。

于是，大爆炸最初能量的“噼啪”声的首次观测，并非某个长期追寻的科学圣杯。相反，它是一种恼人的静电干扰，被误认为是鸟粪。这就是宇宙微波背景辐射——大爆炸仍然回响的余音——的宏伟起源。

20世纪中期，有两个理论在争夺解释宇宙起源的地位。其中一种是稳恒态理论，其支持者认为宇宙是永恒的，无论何时何地，只要足够大的尺度下观察，看起来都一样。

但更有力的证据指向大爆炸理论，该理论当时认为宇宙是有限的，从一个单独的点膨胀而来。该理论的大部分支持来自埃德温·哈勃，他早已观察到宇宙正在膨胀。他的观测结果与大爆炸模型非常吻合，描绘了一幅气球从虚无中膨胀并仍在充气的画面。然而，大爆炸理论的硬性证据仍然缺乏。

1964年，普林斯顿大学的三位研究员——罗伯特·迪克、吉姆·皮布尔斯和大卫·威尔金森——推测，如果大爆炸理论是正确的，它应该产生一种至今仍可见的惊人辐射爆发。经过130多亿年的传播，它将被红移到非常长的波长，很可能表现为无线电波。他们忙于收集仪器并制定观测计划，以捕捉这个不懈的信号。他们无疑也想到了证明宇宙起源将是多么重大的成就——足够赢得声名，并且极有可能获得诺贝尔奖得主应得的一笔小财富。

新泽西州的霍尔姆德尔喇叭形天线最初是作为一项富有进取心的通信卫星计划的一部分建造的。但它以收集宇宙早期数据而闻名于世。(图片来源：NASA)

彭齐亚斯和威尔逊的持续噪音

与此同时，在大约40英里之外，同样在新泽西州，贝尔实验室的两名研究员阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊正在追寻更平凡的信号。他们使用长达50英尺的霍尔姆德尔喇叭形天线，试图测量来自我们银河系之外星系的无线电波。即使在50年前，我们本地的无线电波就已经很繁忙了，彭齐亚斯和威尔逊花时间过滤广播电台和军用雷达的干扰，更不用说太阳的持续轰鸣，以便分辨出较弱的星系外信号。

然而，即使移除了明显的干扰，一种嘈杂的嗡嗡声仍然存在。

他们将望远镜指向纽约市，然后又移开，但信号没有变化。所以问题不在“大苹果”。

他们考虑了银河系，因为毕竟他们正在寻找来自星系的信号。但无论他们在天空中看向哪里——看向银河系的中心还是黑暗的深处——噪音都没有改变。

他们想，仪器本身也可能产生噪音，因为所有机械都会振动、散热，或者仅仅因为存在和工作就会产生信号。彭齐亚斯和威尔逊用液氢冷却了他们的接收器，试图消除这些信号，但嗡嗡声仍然持续。

最后，承认了更多世俗的缺陷，他们检查了无线电天线本身。与用于观察光学光的望远镜不同，光学望远镜使用小心屏蔽免受环境影响且没有任何瑕疵的镜子，而无线电望远镜通常是坚固的仪器，放置在户外。

就霍尔姆德尔喇叭形天线而言，一群鸽子在仪器内部和周围筑巢。显然，彭齐亚斯和威尔逊没有研究生或其他帮手，他们撸起袖子，用他们的专业知识来驱逐鸽子。他们用来捕捉这些飞翔的闯入者的金属笼子现在收藏在国家航空航天博物馆。一旦鸽子被赶走，研究人员必须清除它们的巢穴和粪便，这无疑弄脏了实验的现场。

当他们看到观测中信号仍在嗡嗡作响时，很容易想象他们的沮丧。也许他们摔了东西，然后喝了一大杯烈酒。官方记录没有说明，所以你可以随意想象。

从2001年到2009年，威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP) 以惊人的细节绘制了大爆炸的残余能量图。(图片来源：NASA / WMAP科学团队)

从噪音到诺贝尔奖

最终，由于新泽西州的物理学界就那么大，普林斯顿小组听说了霍尔姆德尔小组的噪音问题。他们去拜访了，并发现彭齐亚斯和威尔逊完全是偶然地发现了皮布尔斯及其同事一直在寻找的信号。

人们大概可以想象更多的酒和摔东西，尽管记录再次保持沉默。我们所知道的是，本着真正的科学合作精神，两组人简单地同意同时发表。彭齐亚斯和威尔逊撰写了关于他们持续信号的文章，而普林斯顿小组则撰写了理论解释。

但有了彭齐亚斯和威尔逊的证据，大爆炸理论就击溃了已经摇摇欲坠的稳恒态理论。十年后，清理鸽子的研究人员赢得了诺贝尔奖。

那个最初低语大爆炸秘密的喇叭形天线，现在已成为注册的历史地标。谷歌评论目前给它打了4.7星（满分5星）。评论中没有提到鸽子是否回来了。