■COBE（左）、WMAP（中）和Planck（右）愈來愈準確地量度宇宙微波背景輻射在天空各處的微細差別。 網上圖片上次跟大家分享了「宇宙微波背景輻射（Cosmic Microwave Background Radiation）」的發現故事，並介紹了大爆炸如何「生出」這種充斥於天空各個角落的電波。今天再跟大家延續這個未完的故事。
電視機雪花 部分是微波
上次並沒有為大家解說，為什麼這些電波被叫作「微波輻射」？其實根據宇宙學家的認識，當這些「背景輻射」被釋放的時候，宇宙的溫度高達攝氏3,000度，因此不能說當時的溫度不高，而當時的輻射應該以紅光為主。
不過，大家千萬不要忘了宇宙是在膨脹中：在這些「背景電波」從遙遠的天際、久遠的過去來到我們身邊，被我們觀察到的過程中，它們也會跟隨宇宙的膨脹而被「拉長」，因此逐漸由波長約為400納米（1納米就是10億分之一米）的紅光，被「拉長」成波長約為1毫米的微波（對，就是跟微波爐裡的微波同一類的東西）。因此，這些「微波輻射」，跟宇宙大爆炸的關係真的是十分密切：宇宙的大爆炸產生了這些電波，更將它們「改頭換面」，變成現在我們見到的面貌。
量度這些「微波輻射」的技術，在上世紀後期已經十分成熟：其中一個主要的部分就是接收電波。其實大家家中可能早已有這樣的儀器了：電視機。
在我們轉換成數碼廣播以前，大家在調校頻道的時候，可能都曾見過電視機熒幕上出現的「雪花」。這些「雪花」的1%，就是來自「宇宙微波背景輻射」。
這也指出了測量「宇宙微波背景輻射」的困難：要清楚研究這些電波，我們需要懂得刪走不需要的雜音，並把我們想要的信號準確地量度下來。
為了擺脫大氣層的干擾，科學家在1989年向太空發射了第一個主力研究宇宙初始狀態的衛星：宇宙背景探測者（Cosmic Background Explorer，簡稱COBE）。
均勻滿天空 仍有微差別
不過，科學家有更大的野心：「宇宙微波背景輻射」基本上來說是均勻地佈滿整個天空的，但是科學家們希望能夠測量到這些電波在天空不同部分的細微差別。
這些差別真的是極其細微：在10萬分之一的水平，也就是說，如果我們是在確定香港的人口，我們需要肯定是7,000,120人而不是7,000,130人。
我們在這方面非常成功，COBE以後，科學家們一直在開發更準確的測量衛星：2001年發射的威爾金森微波各向異性探測器（簡稱WMAP）、2009年的普朗克衛星（簡稱Planck），都容許我們無比準確地量度宇宙微波背景輻射在天空各處的微細差別。
這些準確的測量數據，對宇宙學的發展起了十分重要的作用。1979年諾貝爾物理學獎得主温伯格（Steven Weinberg）在他的著作《宇宙的起源：最初三分鐘（The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe）》的第一章中曾提過，1950年代的科學界普遍認為，一位可敬的科學家並不會致力於研究宇宙的早期狀態。這是因為當時還沒有相關的準確測量數據，所以科學家在研究早期宇宙的時候，會感到無所適從，無法決定哪個才是可靠的方向，無法說服大家哪個模型才是正確的。能夠準確地量度宇宙微波背景輻射，正正解決了以上的問題，令宇宙學變成了現今十分嚴謹的科學領域。■張文彥博士 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
逢星期三見報