（威尔金森各向异性探测器） 

　　（下面是《南方周末》的稿子，请勿转载） 

　　一门学科的成熟标志是研究进入误差很小的定量化阶段。仅仅是20年前，我们还不能说宇宙学是一门严密的学科，因为那时许多重要的宇宙学参数还非常不确定。我们可以举一个例子看看宇宙学那时是一个什么样的状况。大家都知道宇宙在膨胀，膨胀的最重要的标志是远方的天体在退行，越远的天体退行的速度越快-这就像一个膨胀的气球，气球上的任意两点之间的距离都在变大，本来距离较大的两点以较大的速度相互离开。天体和我们之间的距离每增大一倍，其退行的速度就增大一倍，这就是有名的哈伯定律。决定宇宙膨胀速度的叫哈伯常数，这个常数的测量在宇宙学史上一直是一个核心问题，20年前的测量误差是百分之一百。 

　　今天，哈伯常数的测量已经可以精确到百分之二以内，具体数值大约是：距离我们有一百万光年的天体相对我们的退行速度大约是每秒22公里。我们可以想象，如果这个常数的测量不够准确，那么许多我们关心的数据也不会准确。例如，哈伯常数直接决定了宇宙的年龄。如果哈伯常数的精确度只有百分之百，那么宇宙年龄的准确度大约也是百分之百。这个范围太大了，如同我们说一个女孩的年龄在10岁到20岁之间。 

　　直到十年以前，我们一直觉得过去宇宙膨胀的速度比现在膨胀的速度要大，而未来的膨胀速度要比现在的速度要小，所以，大爆炸发生的那一刻宇宙膨胀的速度最大。这种观念和万有引力很符合，因为既然物体之间存在的万有引力是吸引力，那么这种吸引力只能将物体之间的速度减低。宇宙学的观测手段的发展在十年前完全革新了我们的误信，就是说，现在宇宙的膨胀速度不是越来越小，而是越来越大。这是非常反直观的现象，最合理的解释是宇宙间除了万有引力之外，还存在着一种无所不在的斥力，是这种斥力在宇宙的尺度上克服了万有引力，导致宇宙的加速膨胀。这个革命性的结果被多种观测手段所证实，正是这些观测手段同时帮助我们精确测量了宇宙膨胀速度、宇宙年龄和其它一些重要的决定宇宙图像的物理量。我们今天要介绍的，是这些手段中的一种也是最重要的一种，测量宇宙中弥漫的微波背景辐射的微小涨落。 

　　那么，什么是微波背景辐射？什么是微波背景辐射的涨落？这些涨落的测量又意味着什么？我们要从头谈起。1964年，彭齐亚斯和威尔逊无意之间发现了弥漫在空间所有方向的微波辐射，这种辐射对应的温度很低，后来被确认为宇宙间无所不在的微波背景辐射。微波背景辐射正是大爆炸理论预言的宇宙在大爆炸时期遗留到今天的遗迹。彭齐亚斯和威尔逊的发现是现代宇宙学的开端，他们也因此获得诺贝尔物理学奖。微波背景辐射是一种特殊的辐射，叫黑体辐射，这是有着固定温度的辐射。当天文学家将各种不同的微波探测器对准天空的深处的时候，他们发现，微波辐射的温度在天空的所有方向上几乎完全一样，都是2.725开尔文。这里开尔文是温度的单位，冰点的温度是273.15开尔文，说明微波辐射的温度远远低于冰点的温度，这说明宇宙是一个很空很冷的地方。90年代初的一项实验发现告诉我们，几乎完全均匀的微波辐射有着非常微弱的不均匀性，温度的涨落只有18个微开尔文。换句话说，温度的涨落只有10万分之一。这个发现被授予了2006年诺贝尔物理学奖。授奖的一个重要原因是，这项发现再次证实了大爆炸理论，因为大爆炸理论预言了微波辐射的涨落，这种涨落是宇宙在婴儿期产生的涨落的遗迹。 

　　大爆炸宇宙论中有一个非常重要的领域，是研究宇宙间的结构如何产生的，如恒星的起源，像银河系一样的星系的起源，以及由一些星系组成的星系团的起源，这些结构在宇宙学中统称为大尺度结构，因为涉及的尺度非常大，经常在百万光年以上（一光年是光走了一年的距离，大约是9万亿公里）。最初，有很多学说解释这些结构如何产生于宇宙创生的不久之后。这些学说的共同之处是假定宇宙中的一切不均匀性，包括物质组成的星系、星系团，以及微波背景辐射中的不均匀性，都来源于宇宙在极早期的原始不均匀性。爱因斯坦的引力理论告诉我们，宇宙中任何不均匀性都会导致引力的不均匀性，而引力的不均匀性也会反应在微波背景辐射中。可以说，被探测到的微波背景辐射的不均匀性，虽然非常小，是宇宙留给我们的最原始的化石。 

　　就像考古学家能够从化石的研究中发现生物的进化历史，宇宙学家也能够从微波背景辐射的温度涨落中分析出宇宙的进化历史，甚至能够帮助我们精确地测定宇宙演化的一些重要数据，例如我们前面提到的宇宙膨胀速度和加速度，宇宙年龄，宇宙中的平均物质密度，以及导致宇宙加速膨胀的一种过去闻所未闻的能量：暗能量。