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人类的足迹从未踏出地月系,连太阳系的边缘都未曾触及,却敢断言看透了140亿光年外的宇宙,甚至描绘出宇宙诞生之初的模样。 这不是狂妄的臆想。 是人类靠着智慧与科技,在地球这个小小观测站,捕捉到了宇宙跨越百亿年的“时空来信”。 我们之所以能足不出户观测百亿光年的宇宙,核心密码藏在光速的有限性里。 光速每秒30万公里,看似无敌,却仍有边界。宇宙中遥远天体发出的光,需要跨越漫长的时空才能抵达地球。 你看到的140亿光年外的天体,根本不是它现在的样子,是它140亿年前的模样。那束光从天体出发时,地球还未诞生,太阳系尚且是一片星云。它穿越百亿年的黑暗,只为给人类带来宇宙早期的第一手线索。 就像我们看到的仙女座星系,是它250万年前的模样,彼时的人类还处在古猿阶段。看到的麦哲伦星云,是它16万年前的光影,那时的人类刚学会使用工具。 宇宙的光,就是天然的“时光机”。人类的望远镜,就是捕捉这些时光影像的“接收器”。我们在地球抬头仰望,看到的从来不是当下的宇宙,而是一部倒放的宇宙演化史诗。 而人类能探测到140亿光年的极限,更是因为捕捉到了宇宙诞生的第一束光——宇宙微波背景辐射。 140亿年前宇宙大爆炸的瞬间,释放出海量的光子。这些光随着宇宙的膨胀不断红移,从可见光逐渐变成了微波,均匀地弥漫在整个宇宙空间,温度约为2.72K。 这是宇宙留给人类最古老的“指纹”。哪怕是最黑暗的宇宙深处,也充斥着这份来自创世之初的余晖。人类用微波探测器捕捉到它,就相当于直接看到了宇宙大爆炸的现场。 当然,仅凭光的传播还不够。人类还掌握了宇宙的红移密码。 遥远星系的光抵达地球时,会因为宇宙的持续膨胀发生波长变长的现象,也就是红移。星系距离越远,红移程度越明显。这就是哈勃定律。 科学家通过测量红移的程度,就能精准计算出天体与地球的距离,甚至反推出宇宙早期的膨胀速度。就像通过声波的变化判断汽车的远近,人类通过光的红移,给百亿光年外的天体贴上了精准的“时空坐标”。 更厉害的是,人类早已不只是靠可见光观测宇宙,而是打造了一套全波段宇宙感知系统,捕捉宇宙发来的各类“信使”。 电磁波是最基础的信使。从无线电波到伽马射线,不同波段的光揭示着宇宙不同的秘密。射电望远镜捕捉21厘米辐射,探索宇宙黎明的氢原子分布;红外望远镜穿透星际尘埃,看到恒星诞生的摇篮;X射线望远镜瞄准黑洞,捕捉它吞噬物质的高
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宇宙到底是怎么诞生的?它有没有起源?我想这恐怕是自古以来让所有人都感到困惑的一个问题。 早在三国时期,《三五历纪》就记录了盘古开天辟地的神话:未有天地之时,混沌状如鸡子。盘古生其中,万八千岁。天地开辟,阳清为天,阴浊为地。 从观念上讲,这里面已经有了膨胀的概念——天地是在膨胀的。这种观念,跟我们现在的宇宙大爆炸理论,惊人地一致。 1929年,哈勃找到了宇宙膨胀的证据。 他和助手利用多普勒效应发现,宇宙里大部分星系的光谱都发生了红移,这说明这些星系都在远离我们。而且离我们越远的星系,远离的速度越快。速度和距离成正比,这个比例常数被叫做哈勃常数。 哈勃的观测结果证明,这个膨胀的宇宙跟人们之前想象中的那个永恒不变的宇宙完全不一样。它仿佛在告诉我们:如果这些星系可以往回退,要是我们将时间回溯,那所有的星系就会越来越靠近,早期的宇宙也就会越来越小。 总有那么一个时间点,宇宙会回到一个非常致密的状态——这就是一切的起点。我们能看到的一切事物,所有的恒星、所有的行星、所有地球上和宇宙中的生物,都依赖于这一刻的诞生。 这就是我们现在说的宇宙大爆炸。 大爆炸理论认为,大约在138亿年前,宇宙从一个极端高温致密的点起源。 在10⁻⁴³秒之后,也就是宇宙大爆炸刚开始的一瞬间,宇宙以超过光速的速度膨胀了10⁻³²秒,这个阶段也叫做“宇宙暴胀”。 在最初的几秒钟里,宇宙的温度高达100亿摄氏度。随着体积的膨胀和温度的下降,最基本的一些粒子——质子、中子、电子——开始慢慢稳定下来。 大爆炸大约三分钟后,质子和中子发生碰撞,形成了最早一批的元素:氘、氚、氦等较轻的元素。五分钟后,今天宇宙里的大部分氦已经形成了。但此时的宇宙仍然太热,这些元素的原子核还无法捕捉电子,形成完整的原子。 宇宙大爆炸大约38万年后,宇宙才冷却到足以让原子核捕获电子的程度。这一点对宇宙产生了两大影响。 首先,由于大多数的电子和原子核结合成了原子,宇宙中自由电子的数量急剧减少,光子也就不再被频繁地散射了——光终于可以自由地在宇宙里传播了。其次,这些光子正是我们今天观察到的“宇宙微波背景辐射”,它也是我们在宇宙里能观测到的最古老的光。 大爆炸后大约两亿年,在引力的作用下,气体云逐渐坍缩,中心区域越来越热,最终温度和压力高到足以发生核聚变。就这样,宇宙里的第一批恒星诞生了。它们的质量是太阳的30至30
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