我們都聽過這樣一個故事：138億年前，宇宙誕生于一場大爆炸。

這很容易使我們聯(lián)想到這樣一幅簡單的畫面：在空間中的某一點，發(fā)生了一場劇烈的爆炸。但事實是？這里并沒有發(fā)生任何傳統(tǒng)意義上的爆炸，而是指空間的膨脹。此外，宇宙也并非是從一個點開始的，而是在各處同時發(fā)生的！

第一個用科學解釋宇宙起源的科學家之一是一位天主教神父——喬治·勒梅特。在1933年時，勒梅特在一次題為”起源的假設“的演講中，提出了宇宙有一個開始，他個人更喜歡用“宇宙蛋”和“太古原子”來比喻宇宙的起源，但從沒有流傳開來。1949年，大爆炸理論的最大競爭理論——恒穩(wěn)態(tài)宇宙模型的創(chuàng)始人弗雷德·霍伊爾在做客BBC時提出了”大爆炸“這個詞，從此便流傳開來。

物理學家并不知道大爆炸后的第一瞬間發(fā)生了什么，那段極短的時期被稱為普朗克時期。所有已知的物理理論在那段期間都失效了，我們需要一個量子引力理論。在普朗克時期，宇宙只有一種基本力——超級力。但當該時期結束時，超級力分裂成了引力和大統(tǒng)一力。緊接著大統(tǒng)一力進一步分裂成強核力和電弱力。

物理學家認為或許是這個事件引發(fā)了所謂的”暴脹“——一段極短但以指數(shù)式膨脹的時期。如果暴脹的確發(fā)生了， 那么它就可以解釋為什么宇宙看起來為何如此的光滑和平坦。

當暴脹結束時，宇宙開始變得豐富起來了。如果把此時的宇宙比喻成一口鍋，那么在鍋里的就是熱騰騰的“粒子”和“反粒子”湯。在這些粒子中，有一些是我們今天依然可以看到的、構成物質的基本粒子（比如電子和夸克），一些載力粒子（比如光子、膠子和W玻色子），以及希格斯玻色子。還有一些則是已經(jīng)不存在，或者是極難被探測到的粒子，比如引力子（假想中傳遞引力的粒子）。這段時期被稱為夸克時期。

當夸克時期接近結束時，電弱力分裂成了弱核力和電磁力。自那之后，自然界中的四種基本力正是我們現(xiàn)在所體驗到的。

什么是“載力粒子”？

試想一下這樣兩個問題：兩塊磁鐵是如何“感覺”到對方的存在而適時的產生吸引或排斥？太陽又是如何吸引著地球？顯然，是“磁力”和“引力”在發(fā)生作用。但是，讓我們多思考一下，它們?yōu)楹卧跊]有任何接觸的情況下，也能夠相互“交流”告訴對方該如何運動？這些力究竟是什么？事實上，所謂的力是通過載力粒子的交換而產生的，這已經(jīng)得到了實驗數(shù)據(jù)的支持。電磁力是通過光子傳遞的，強核力是通過膠子傳遞的，弱核力的載力粒子是W和Z玻色子，那么引力是由“引力子”傳遞的嗎？

隨著宇宙的不斷膨脹和冷卻，宇宙在夸克時期結束時進入了強子時期。強子是指由兩個或兩個以上的夸克組成的復合粒子?！吧稀笨淇撕汀跋隆笨淇藭Y合膠子形成質子和中子，將它們束縛在一起的力便是強核力。起初，我們一直認為質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成的，但隨著我們逐漸深入的了解，發(fā)現(xiàn)質子的內部比我們想象的要復雜的多。質子依舊充滿了謎題，比如它的半徑、質量和衰變問題都是許多物理學家所希望解開的。此外強子還包含了介子，它們是由一個夸克和一個反夸克組成的，但它們很快就會衰變或湮滅。

接下來，宇宙中發(fā)生了一件關乎我們存亡的事件。在那場宇宙級的“湮滅大戰(zhàn)”中，構成我們今天看到所有東西的物質戰(zhàn)勝了反物質。這很令人困惑，因為根據(jù)當今最成功的理論的預測，在宇宙大爆炸之后，應該有等量的物質和反物質被創(chuàng)造出來，這就意味著正反物質的相遇會導致湮滅的發(fā)生，從而毀滅了今天我們看到的宇宙的形成。為什么物質會多過于反物質？這是當今物理學的一大謎團。

到這里，或許你會認為宇宙誕生已經(jīng)了許久，但記住剛才提到的所有都僅僅只發(fā)生在宇宙誕生后的.....

1秒內！

在這一秒內，還有許多的細節(jié)等待著我們進一步去探索?，F(xiàn)在，讓我們繼續(xù)我們的故事，直到宇宙變得透明的那一刻。

在宇宙誕生大約100秒后，質子和中子之間的碰撞開始形成氦-4原子核（包含兩個質子和兩個中子），以及少量的其他原子核，比如氦-3（包含兩個質子和一個中子）、鋰（3個質子和4個中子）、氘（一個質子和一個中子）。這段時期被稱為太初核合成。

在接下來幾十萬年里，宇宙持續(xù)膨脹和冷卻，但還無法產生原子。如果電子短暫地接觸到質子或氦原子核，它們很快就會被光子無情地拆散。光子和電子之間的不斷散射意味著光子幾乎無法沿著直線傳播。如果我們能夠看到當時的宇宙，那么它看起來就像是被一團厚重的霧所籠罩。

直到宇宙的溫度降低到了約2700攝氏度，這時質子和原子核開始捕捉電子，形成第一批的原子。

電子與原子結合，意味著它們不再散射光子。光子終于自由了，它們開始遨游在宇宙之中，一切都開始變得透明。在宇宙誕生后的大約38萬年，宇宙中充滿了光子輻射，這些輻射至今仍可以被探測到，那就是所謂的微波背景輻射（CMB）。

宇宙微波背景輻射是我們可以探測到的最古老的光，它看起來只是一幅充滿了不同顏色（溫度）的點，但事實上這幅圖蘊含著許多關于宇宙的信息：宇宙的年齡、宇宙的成分、彎曲的空間、宇宙的膨脹速度.....自上個世紀六十年代宇宙微波背景輻射被發(fā)現(xiàn)以來，它就不斷地給我們帶來驚喜。我們希望在不遠的將來，能夠在宇宙微波背景中看到所謂的B模偏振，這對宇宙暴脹理論非常重要。

博科園-科學科普｜圖文：Pany/新原理研究所

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