事实如此浪漫

我们总是沐浴在大爆炸的光辉中

来自COBE卫星的宇宙微波背景图。 国家航空和航天局

当宇宙只有10个人的心跳时,t诞生了。一种称为光子的电磁能量的小爆发。一种原始的光粒子。

当时的宇宙是电离氢和氦的炽热混合物,充满正电荷的原子核和电子的海洋。这片海洋是如此的炎热和稠密,以至于光子不断地散射,或者在它们之间反弹,从未在它们之间移动过很远。在38万年的时间里,随着宇宙的冷却,光被散射,直到最后离子和电子减速到足以合成氢和氦。这些原子对光子散射不多光子终于自由了开始一段漫长的旅程

尽管到那时宇宙已经明显冷却,但它仍然相当热,大约和红矮星表面一样热。光子穿过宇宙的深红色辉光。随着宇宙膨胀,它继续冷却,红光逐渐消失。不久,宇宙变得黑暗。没有恒星产生光,只有氢和氦云,以及光子在日益空旷的空间中飞驰。

那时引力开始对氢和氦产生影响,逐渐将气体聚合成星系大小的团块。但引力在宇宙尺度上起作用很慢,星系的形成花了上亿万年。大约四亿年后,新的光出现了,在第一批恒星的内部诞生。当恒星开始将氢和氦融合成碳和氧等较重的元素时,释放出巨大的能量。很快,无数的恒星和星系开始照亮宇宙。时不时地,一颗恒星会消耗掉它所有的气体燃料并爆炸成为超新星。在一段短暂的时间内,它的亮度会超过整个星系,并将气体和尘埃抛回遥远的太空。

光子仍然以恒定的速度前进。它运行了数十亿年,一些恒星爆炸成为超新星,而新恒星则是由它们的气体和尘埃残留物形成的。一些气体和尘埃形成行星、小行星和彗星。太阳系变得很普遍,它们的一些行星恰好形成在可居住的区域,距离它们的恒星很远,那里可能存在液态水。不要太热也不要太冷。至少在其中一个世界上,但也许在数百万个世界上,生命出现了。

尽管如此,光子还是不断地运动了130多亿年。有一次,它经过一个星系的几十万光年范围内,星系的质量使光子偏转,使其稍微偏离先前的路径,这种效应称为引力透镜效应。光子的方向发生了足够大的变化,它开始直接向一个不起眼的星系移动。一个直径约10万光年的棒状螺旋星系。

当第一批人类在地球上行走时,这个古老的光子开始传播。它随着文明的兴衰而传播。它在你出生的那天旅行。年复一年,日复一年。一天晚上,当你抬头仰望夜空时,它正好砸在你的额头上。你没有注意到。你不可能注意到。当光子开始它的旅程时,它又热又亮,但当它旅行了数十亿年时,宇宙的不断膨胀延长了光子的波长。拉伸使它变得凉爽而暗淡,以至于人眼看不见它,而且它太弱而感觉不到。像这样的远古光子一直撞击着我们,而我们从未注意到。

在20世纪60年代,我们开始注意到这一点。射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现宇宙辐射出微弱的微波光——这些光子几乎从宇宙大爆炸以来就在宇宙中旅行,现在正到达我们的太阳系。这种光线被称为宇宙微波背景。20世纪90年代,一颗名为“宇宙背景探索者”(Cosmic Background Explorer)的卫星观测到辉光温度的微小变化,证实了宇宙始于大爆炸,在遥远的过去,这一时刻的能量足以产生辉光。在过去的十年中,被称为WMAP的新卫星和普朗克卫星对这个背景进行了更详细的观测,很明显,宇宙开始于大约138亿年前。

就在本周,一个名为BICEP2的项目在宇宙微波背景中发现了一个微妙的模式。这种模式是由穿过宇宙的引力波形成的。这些波是由宇宙膨胀引起的,这种膨胀称为膨胀,发生在宇宙只有一秒钟的极小部分时。138亿年后,我们仍然可以在古老的微波光中看到它的影响。

下次当你仰望夜空时,你可能会看到行星经过几个小时的飞行才到达你的星球发出的光。你会看到穿越数年,甚至数个世纪的星光。你甚至可能看到来自一个旅行了数百万年的星系的光。你看不到的是宇宙微波背景的微弱辉光,它旅行的时间太长,以至于空间膨胀本身已经把光子拉伸到我们看不到的地方。

但当你敬畏地仰望时,其中一些光子会击中你。来自宇宙最早时刻的光,穿越浩瀚的太空到达你身边。从你的角度来看,光已经传播了数十亿年。然而,对于光子来说,没有时间的经验。以光速,光子的旅程在瞬间发生。从宇宙诞生到你的旅程。


布莱恩·科伯林是一位天体物理学家,也是哈佛大学的物理学教授罗切斯特理工学院.他在博客上写天文学和天体物理学方面的文章一次一个宇宙.你也可以在Twitter上找到他@BrianKoberlein

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