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DDSSN015-「宇宙的起源-大爆炸理论 (II)」

已有 3596 次阅读 2015-9-8 15:17 |系统分类:科普集锦

(承前文)就在这大约 38 万年前后,温度持续下降,所有各种荷电粒子,又重新结合形成不荷电的原子,由于这些不荷电的原子,不再散射或吸收光线,而「光子」也开始能在宇宙间自由的穿梭,这时的宇宙才开始变的清澈透明(transparent),这种过程称之为「光子的去耦作用(photon decoupling)」,也就是因为有了这种过程,今天科学家们才能观测到,在「大爆炸」瞬间后所残留下的辐射,即所谓的「宇宙微波背景(Cosmic Microwave BackgroundCMB)」辐射图(容我在接下来的博文里再为你详细说明)。

接下来,由于所有恒星或能发光的物体,在此时尚未形成,整个宇宙进入一所谓的「晦暗期(cosmic Dark Ages)」。直到「大爆炸」后约4 亿年时,宇宙才脱离了「晦暗期」,进入了持续约 5 亿年之久的「再离子化世纪(epoch of re-ionization)」,这时弥漫在宇宙间的气体,便逐渐聚结,逐步形成了所有我们今天所见的不同元素(elements)、物质(matter)和银河(galaxies),自此我们习称的「宇宙(universe)」也就于焉形成了,此时外层空间的温度,也降到了只有絶对温度 3度而已。下图所示即为上述宇宙形成过程中,各个不同阶段事件发生的时序说明(credit: ESA and the Planck collaboration)。

 

另外,要厘清的是,虽然「大爆炸理论(the Big Bang theory)」中,「Bang这个字在英文字意上确是指「碰」的一声,但是读者千万不要被这个名称误导,以为这个「大爆炸(Big Bang)」就是我们日常生活中,听到任何东西爆炸(或爆裂)时的「轰隆」一声巨响,或是像爆米花时的「碰」的一声。其实,这个「大爆炸」只是用来形容宇宙最初形成时的那一「剎那」或「瞬间」,是一个「时间」上的概念和「爆炸」的声音大小,一点也扯不上闗系。你要是还是没搞懂,那没闗系,我就换个方式解释给你听,你总该知道声音是靠空气中的气体分子来传递的吧?!也就是说,在真空中,声音是无法传送的。例如在外层空间,你要是出了意外,大声呼救,鐡定是没人会赶来救你的,因为没有人能听得到你的呼叫吶喊。而由上文的解释,你已知道在宇宙形成的那一瞬间(即大爆炸的那一瞬),整个宇宙充满着的只是各种「粒子」,其他所有元素(包括空气中的各种分子)都还不存在,怎么可能有任何媒介传送,「大爆炸」当时的「轰隆一声」让你听到呢?

虽然如此,要注意的是,以上所说的没有「轰隆一声」,指的只是因为我们耳朵「听」不到,并不表示真的就没有「任何声音」。因此,假如还是难免「有声音」的话,那到底是什么「声音」?或是说这「声音」听起来像什么?要回答这个问题,可还真是不容易。这里要感谢美国华盛顿大学(University of Washington, USA)的物理学教授 John Cramer ,最近(去年四月)利用「宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background CMBradiation)」的数据,仿真了「宇宙大爆炸」发生后的 38 76 万年间,你可能听到的声音(http://soundcloud.com/michael-bolen/sound-of-the-big-bang,你登入该网页后,即点选最上方的音频图谱或箭头即可;credit: John G. Cramer: sound of the bigbang)。

我恳请你一定要上此网站听听,因为设想一下,我们活在今天当下,居然还能聴到 138 亿多年前,宇宙中最古老的声音,是何其有幸的事啊!套句中国成语,那就是「万籁无声」中的「有声」。由于该声音的频率(frequency)非常的低(人耳是无法听到的),因此该模拟声音已把原音放大了 100 x 1024100 septillion)倍。其次,在该模拟声音中,其由低(弱)逐渐变高(强),然后又逐渐变低(弱),主要是因受「多卜勒效应(Doppler Effect)」的影响,以及由于宇宙的持续膨胀,把声音的波长(wavelength)拉的愈来愈长(因此频率变得愈来愈低)的缘故。

最后,虽然「大爆炸」后的宇宙,此时还在持续不断的膨胀,但是由于各种不同星体的陆续形成,在其等相互「重力(gravity)」的牵引下,宇宙的膨胀速率也因而趋缓下来。直到「大爆炸」后约五、六十亿年时,一种所谓的「暗能量(dark energy)」〔注:目前科学家们还无法充分了解其生成机制,也是目前该领域的重点研究主题之一,往后我当再为读者,加以整理说明〕,开始弥漫充斥在宇宙之中,受此能量之影响,宇宙的膨胀速率又重新加快了起来,这种来自「暗能量」的加速膨胀,迄今仍在持续进行中。到了差不多「大爆炸」后的90 亿年(即距今约 46 亿年前),今天我们熟知的「太阳系(our solar system)」(包括我们赖以生存的地球),就在此时形成了。(全文完)




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1 李颖业

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