参观宇宙大爆炸的发现地,新泽西霍姆德尔角天线(Holmdel Horn Antenna),美国全国重点文物保护单位。
霍姆德尔角天线是位于美国新泽西州霍姆德尔镇克劳福德山上的一座大型微波角天线。1965年两位无线电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在这里发现宇宙微波背景辐射,这一发现为大爆炸理论提供了关键证据,彻底改变了宇宙学研究的方向。
霍姆德尔角天线由贝尔电话实验室于1959年建造,最初用于支持美国国家航空航天局(NASA)的“回声计划”。铝制天线长15米,开口6.1米见方,采用喇叭形设计,内部有一个45度角的抛物面反射器,能够将无线电波聚焦到天线的小端,接收器位于此处的设备舱内,避免了连接线引入的噪声。
1964年,彭齐亚斯和威尔逊使用霍姆德尔角天线进行无线电天文观测,试图测量银河系之间的无线电信号。他们原本的目标是校准天线,消除所有可能的干扰,以研究天空的无线电噪声。但在实验过程中,他们发现了一种持续的、均匀的微波噪声,无论天线指向天空的哪个方向,无论是白天还是黑夜,这种噪声始终存在,强度约为3.5 K(开尔文)。他们尝试了多种方法排除干扰,连鸽子粪都清了一遍,但完全没用,最后只能怀疑这个噪声来自银河系之外。
在20世纪50年代,科学界对宇宙起源存在两种主要理论竞争。第一种稳态理论认为宇宙是静态的,永恒不变,一直以当前状态存在。第二种大爆炸理论由乔治·勒梅特和乔治·伽莫夫等人提出,认为宇宙起源于约138亿年前的一次剧烈暴胀。尽管埃德温·哈勃在1929年通过观测星系退行证实了宇宙正在膨胀,支持大爆炸理论,但直到1965年之前,缺乏直接的观测证据。普林斯顿研究大爆炸理论的学者罗伯特·迪克推测宇宙中应该存在一种大爆炸的“遗迹”,具体而言是低强度的微波辐射,并准备设计实验来寻找这种辐射。
彭齐亚斯听说后联系了迪克,并邀请他来查看天线和噪声数据。迪克访问后确认,彭齐亚斯和威尔逊发现的正是宇宙微波背景辐射,这是大爆炸后约38万年时,宇宙冷却到足以让光子自由传播时留下的辐射,经过宇宙膨胀后红移到微波波段。于是,彭齐亚斯和威尔逊与迪克团队决定在《天体物理学报快讯》上联合发表研究成果。彭齐亚斯和威尔逊报告观测结果,迪克团队提供理论解释。前者团队因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。
这一发现被认为是20世纪最重要的科学发现之一,使宇宙学成为一门可以通过直接观测验证的科学,开启了实验宇宙学的新时代。1988年,霍姆德尔角天线成为美国全国重点文物保护单位。威尔逊年近九十,依然居住在霍姆德尔镇上,镇政府将天线所在的35英亩土地命名为“罗伯特·威尔逊博士公园”,以纪念他对人类科学事业的贡献。
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