来源：数字北京科学中心
你知道下面这个大彩球是什么吗？
来源|你可能会震惊于北京科学中心小球世界主题展教区讲述它的“人生经历”。它是宇宙诞生后发出的第一缕光线，我们观测描绘了大约138亿年，学名宇宙微波背景辐射。
你知道宇宙微波背景辐射无处不在，一直困扰着我们。当你仰望天空时，它正以光速向你袭来。
创造的第一缕光是什么样的存在？138亿年经历了什么？谁最先发现它的存在？
这应该从80多年前干掉鸽子窝的两位无线电工程师开始.
无法消除的神秘噪音
20世纪60年代，贝尔实验室的两名无线电工程师阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊陷入了一场神秘的噪音中。
当时，他们正在调试一个位于新泽西的喇叭天线，试图用它接收来自卫星的微波信号，并想用微波实现地面和卫星之间的通信。为了使接收信号更清晰，实现高效通信，他们首先要尽可能地消除干扰，尽量减小噪声。
Arno penzias、robert wilson和Holmdel喇叭天线。来源|贝尔实验室一开始进行的很顺利，但是随着工作的进行，他们发现总会收到一种频率在4080MHz附近的奇怪噪音。对应于该频率下噪声的能量相当于3开尔文的理想黑体辐射的能量。
Arno penzias、robert wilson和Holmdel喇叭天线。来源|更奇怪的是|NASA这个鬼魅般的噪音好像是凭空出现的，没有明确的来源。不管他们把天线对准天空的哪个方向，他们都能探测到同样强度的噪音。
他们一度怀疑噪音来自天线里的鸽巢和天线上鸽子留下的粪便。阿诺彭齐亚斯也称鸽子粪便为“白色电介质”。
于是，他们一举“终结”了鸽子窝，赶走了鸽子，清理了天线上的鸽子粪便，顺便重新组装了天线，对设备内外做了一次全面的清理，清理了周围所有可能影响信号质量的杂物。
鸽子：咕咕咕？把锅扔给我！来源|未闪然而，令人失望的是，这种神秘的噪音仍然存在。
这噪音不是来自地球，而是来自浩瀚的太空？
这时，普林斯顿大学的一位天体物理学家注意到了这两个人，认为事情没那么简单。他的名字是罗伯特亨利迪克。
迪克：我知道事情没那么简单！来源|维基百科1965年，阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊在《天体物理学报》年发表了他们关于神秘噪音的发现，书名为《在4080兆赫上额外天线温度的测量》。然后迪克和其他天体物理学家解释了阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊描述的现象。
事实上，天线中令人讨厌的噪声就是天体物理学家一直在寻找的宇宙微波背景辐射。这一发现为大爆炸理论提供了强有力的证据。宇宙起源的奥秘在于小噪音。
你的朋友不合拍吗？噪音怎么可能是揭示宇宙秘密的关键？这得说说愚人节年发表的“搞笑论文”了。
“谐音梗”命题与第二作者被玩坏
1948年4月1日愚人节，《物理评论》突然出现一篇奇怪的文章。这篇文章的作者是阿尔菲、伯特和加莫夫，他们与前三个希腊字母、和完全相同。
其实真正对这篇文章有贡献的只有伽莫夫和他的学生阿尔菲，但是当出版日期和作者签名同时进入伽莫夫的脑海时，奇怪的事情发生了！
他实际上强迫一个从未参与过他们研究的人担任第二作者，这个人就是汉斯.贝特。这可以算是学术界最著名的恶作剧之一了。
阿尔菲，伯特，伽莫夫依次。来源|francis.naukas.com比论文署名更让人吃惊的是文章的内容。伽莫夫和他的学生发展了牧师和天体物理学家勒迈特的理论，认为宇宙最初是一个小的“大火球”，这个“大火球”变大并冷却，形成各种化学元素，最终演变成今天的宇宙。
同样是物理学家但反对这一理论的弗雷德霍伊尔(Fred Hoyle)给出了“大爆炸”这个名字，这就是“大爆炸”一词的由来。
伽莫夫等人根据他们的假设计算出宇宙中氦的丰度，并预言宇宙中存在背景辐射，辐射能量相当于一个温度为5 ~ 10开尔文的理想黑体。
说到这里，你的朋友们已经有反应了吗，啊
诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊观测到的噪声难道就是伽莫夫预言中的背景辐射？
答案正是如此，物理学家苦苦追寻多年的宇宙背景辐射就这样被两位无线电工程师误打误撞地发现了。
这个发现鼓舞了天体物理学家，一代代科学家与工程师开始投入到对宇宙微波背景辐射更精细的测量工作中。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊也因此获得1978年诺贝尔物理学奖。
来源|nobelprize.org
目前，主流的学术观点认为在宇宙诞生后的大概第38万个年头，光子“解脱了束缚”（物质与辐射退耦合）得以向外辐射，那时的辐射相当于一个温度约3000开尔文的黑体。随着宇宙的膨胀，辐射向外传播，由于红移效应，现在的宇宙背景辐射仅相当于一个温度约3开尔文的黑体。
更精细的观测
自阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊之后，天体物理学家开展了一系列更精细的观测，其中有三个探测器最为瞩目，它们分别是1989年至1996年运行的宇宙背景探测者卫星（COBE）；2001年发射2010年退役的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）；2009年升空的普朗克卫星（Planck）。
COBE、WMAP、Planck得到的结果对比，随着技术进步，人们得以观测到宇宙微波背景辐射更多的细节。来源|NASA/JPL-Caltech/ESA
正如之前所讲，阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊用微波天线观测到的宇宙微波背景辐射在天空的各个方向基本上是完全相同的，十分地均匀。这也与人们猜想基本一致，来自早期宇宙的光在宇宙膨胀的同时基本上是均匀地向外辐射的，光的频率也随之降低。
然而，以COBE、WMAP、Planck为代表的更精细的观测发现，宇宙微波背景在黑体辐射光谱的平均温度约为2.72548开尔文，并且它不是完全均匀的，而是在不同方向有着微小的起伏，起伏的范围在平均温度上下万分之二开尔文之间。
人们发现宇宙微波背景辐射并不是均匀的，并通过更精细的观测一步步发现了它的细节。图中央温度较高的信号来自银河系，可通过一些手段消除。来源|NASA
可别小看“不均匀”三个字（物理学上叫做各向异性），这些细微的不均匀性是由于光子在旅途中与天体发生了相互作用，它们也因此携带了这些天体的信息。如同信使一般，为我们带来宇宙深处的消息。从这上下万分之二开尔文的起伏之间科学家可能解读出宇宙演化过程中的秘密。
上图为宇宙微波背景辐射在全天空的分布，越红表示辐射对应的温度越高，越蓝则代表辐射的温度越低，辐射平均温度约2.7开尔文，范围在平均温度上下万分之二开尔文。原始数据与图像来自美国国家航空航天局威尔金森微波各向异性探测项目（NASA WMAP Science Team）来源|北京科学中心小球大世界主题展教区
对此，物理学家提出了许多理论与假说，比如有些物理学家提出宇宙中的高能电子可能会把自己的一部分能量转移给微波背景辐射中的光子，使得这些光子的能量增加（这个过程叫逆康普顿散射），解释了微波背景辐射中为什么有一部分区域温度更高，这被称为Sunyaev-Zel‘dovich效应。
此外，物理学家还拓展了观测的频率范围，观察了几个典型波段下辐射的温度分布。
几个典型频率下的背景辐射，中央的温度较高的信号来自银河系，越红表示辐射对应的温度越高，越蓝则代表辐射的温度越低。原始数据与图像来自美国国家航空航天局威尔金森微波各向异性探测项目（NASA WMAP Science Team）来源|北京科学中心小球大世界主题展教区
把球面展开来看几个典型频率下的背景辐射，中央的温度较高的信号来自银河系，越红表示辐射对应的温度越高，越蓝则代表辐射的温度越低来源|美国国家航空航天局威尔金森微波各向异性探测项目（NASA WMAP Science Team）
光波本质是电磁场振荡的传播，而振荡是有方向的，这被称为光的偏振。人们意识到来自不同方向的背景辐射的偏振情况也是不同的，于是出现了大量关于背景辐射偏振情况分布的研究。
包含偏振信息的宇宙微波背景辐射在全天空的分布来源|美国国家航空航天局威尔金森微波各向异性探测项目（NASA WMAP Science Team）；北京科学中心小球大世界主题展教区
虽然人们已经从微波背景辐射中发现了许多宇宙的秘密，但是关于宇宙的大尺度结构与宇宙的起源仍有许多未解之谜，我们至今还没有一套完整的模型来描述我们的宇宙。
曾有学者将宇宙微波背景辐射比作宇宙学研究的“富矿”。随着普朗克卫星的发射，我们能看到微波背景辐射中更多的细节，然而人类目前从中解读出的信息可能依然只是“冰山一角”，在宇宙138亿年的历史中，仍有许多“故事”等待我们去发现。
探索网：世界之大，无奇不有！
