本世纪重大天体物理问题：星系形成与演化

宇宙从何而来？由大量恒星组成又作为宇宙基本单元的星系是如何形成和演化的？赵刚向记者推荐毕洪、邹振隆 、陈学雷撰写的《宇宙大爆炸》一文，回答这一问题。

300多年前，牛顿认为：宇宙永恒存在，且空间无边无际。20世纪，一些科学家包括爱因斯坦、勒梅特、伽莫夫等，彻底颠覆了这种见解。经研究和观测证实，宇宙起源于一次“大爆炸”。

“大爆炸”理论认为，大约137亿年前，宇宙从极端高温高密状态起源，此后随其体积膨胀和温度下降，以质子、中子等基本粒子形态存在的物质，最先结合形成氘、氚、氦、锂等较轻元素；随后进一步冷却形成恒星，在恒星内部合成碳、氧、硅、铁等重元素；再抛射到周围形成行星；最终，像地球这样条件适合的行星演化出生命，成为目前的宇宙。

1905年，爱因斯坦提出狭义相对论；10年之后，他又提出广义相对论。相对论同量子论一起推动了20世纪物理学革命，亦为从整体上研究哈勃发现的星系宇宙，奠定了理论基础。

20世纪20年代，天文界围绕星系是否为银河系一部分的问题，曾展开一场大讨论。就在这时，天文界新秀埃德温·哈勃来到美国威尔逊天文台。1922年～1924年期间，他分析一批造父变星亮度之后断定，这些造父变星和它们所在的星云距地球远达几十万光年，因而一定位于银河系外。1925年，他根据河外星系形状对其分类，又得出第二个重要结论：星系看起来都在远离地球而去，且距离越远，远离速度越高。哈勃于1929年发表的这个初步结论后来被更多观测所证实，成为人们公认的“哈勃定律”。

“哈勃定律”的重要意义在于，它表明宇宙并非如天文界以前认为的那样是静止的；它显示出宇宙中的星系就像一个膨胀气球上的斑点，随膨胀而退行已达100亿年～200亿年，从而为此前弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙模型提供了观测依据。

1946年，一位移居美国的苏联科学家探索宇宙中基本元素如何形成问题。他坚信，高热爆炸产生的辐射，即使是在100多亿年后的今天，亦不会完全消失。

这一预言被后来的观测研究证实：微波背景辐射即是大爆炸的“余烬”；随着宇宙不断膨胀，其背景辐射温度亦逐渐降低，迄今相当于绝对温度２．７度即零下２７０．４６摄氏度黑体发出的微波辐射。所谓黑体，是指能全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射的理想物体。黑体发出的辐射在不同波长上的分布，仅与黑体温度有关。

1989年的一个早晨，美国航空航天局将COBE卫星送上太空。COBE最初9分钟的观测结果就表明，宇宙微波背景辐射具有完美的黑体辐射谱。宇宙大爆炸理论进一步得到证实。

两名美国学者约翰·马瑟和乔治·斯穆特，根据ＣＯＢＥ卫星测量结果进行分析计算后发现，宇宙微波背景辐射与绝对温度２．７度黑体辐射非常吻合，此外微波背景辐射在不同方向上温度有着极其微小的差异，亦即是说存在所谓的各向异性。

2006年12月3日，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。

诺贝尔奖评审委员会发布的公报说，马瑟和斯穆特的成果有助于研究早期宇宙，并能帮助人们更多地了解星系和恒星的起源。 （大众科技报 朱广菁）