宇宙通俗演义

2021-08-26 04:40豌豆皮
科学Fans 2021年4期
关键词:案板黑体面粉

豌豆皮

上回书说到,弥漫在整个宇宙中的带电粒子终于正负两两婚配,变成了电中性的原子,于是光子从带电粒子的海洋中挣脱出来,宇宙发起的“光子解放战争”大获全胜。这些在一百多亿年前被解放出来的光子,无拘无束地在宇宙中穿行。从那时起,它们在宇宙中飞行了137亿年,从未与其他物质发生任何作用,直到今天。这种“跳出三界外,不在五行中”的逍遥状态,天文学家有个行话叫“解耦”。

而在这个过程中,宇宙不断地在膨胀。要知道在那个阶段,宇宙还是一个超级均匀的热源,它的辐射符合标准的黑体辐射规律。黑体辐射的最大特点,就是辐射体温度越低,它辐射的波长就越长。

对于宇宙来说,膨胀与降温是分不开的,所以随着宇宙持续膨胀,它变得越来越高冷,辐射的波长也越来越长,直到到达3000K这个临界温度。在黑体辐射的光谱中,3000K时散发的辐射波呈现红光,也就是可见光里频率最小,波长最长的一部分。

随着宇宙温度进一步降低,它的辐射波长就跌出了可见光的范畴,一路奔着光谱中红外光的方向而去。在这个阶段,宇宙“拉灯”了——当辐射波长位于可见光谱之外时,宇宙失去了光源,几乎变得一片黑暗,史称宇宙的“黑暗时代”。不过这并不意味着那时的宇宙完全不能被观測到。到了今天那时的辐射波也变成了微波。这些宇宙最早期辐射的微波又被天文学家们称为宇宙的“微波背景辐射”,简称CMB,其温度已经降到了2.7K,上一回中提到的宇宙童年留影,都是在这个波段上拍到的。

列位看官也不用太担心,“黑暗时代”毕竟只是宇宙要经历的一个小小低潮。在这片黑暗中,宇宙正憋着大招要放呢。

这个大招的准备过程相当辛苦,而且漫长。宇宙需要把它的物质慢慢集中起来,捏合成团,达到足够的密度。妨碍它达成这个目标的因素主要有两个:第一,宇宙在膨胀;第二,它的物质和能量分布都太均匀了,不同地点的密度相差不超过十万分之一。想象你在案板上均匀地撒了一层面粉,然后需要把这些面粉收集起来做成面团,但这个案板却还在不断变大,让面粉变得更加稀疏。宇宙面对的情况与此类似,但是它有一项大大超越你我的优势:它有很多很多的耐心和时间。

要想知道宇宙接下来如何集中这些物质,我们下次接着讲。

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