沐浴在大爆炸的輝光里

布萊恩·格林

當(dāng)大爆炸發(fā)生時(shí)，宇宙的誕生也只用了人類心跳十下那么久。它既是被稱為光子的電磁能量的小爆發(fā)，也是光的原始粒子。

那時(shí)候宇宙還是電離氫和氦的滾燙混合物，是一片帶正電的原子核和電子的沸騰海洋。這片海洋太熱也太密集，以至于光子被不斷散射或彈來彈去，總也跑不了太遠(yuǎn)。經(jīng)過38萬年的時(shí)間，光隨著宇宙冷卻而散射，直到最后離子和電子的速度足夠緩慢，才形成了氫和氦。這些原子不怎么散射光子，所以光子終獲自由——自由地踏上漫長的旅程。

雖然那時(shí)宇宙已經(jīng)明顯冷卻下來，但是仍然像紅矮星的表面一樣滾燙。光子在宇宙的深紅色輝光中穿行。宇宙擴(kuò)張時(shí)會(huì)繼續(xù)冷卻，紅光就消失了，很快宇宙變得黑暗。沒有恒星發(fā)光，只有氫和氦的云團(tuán)，光子就從愈加空曠的太空中飛馳而過。

這時(shí)重力開始影響氫和氦，逐漸將氣體凝聚成星系大小的團(tuán)塊。但是在宇宙尺度下，重力的作用十分緩慢，形成星系需要很長時(shí)間。大約經(jīng)過40億年，新的光出現(xiàn)在首批誕生的恒星中心。光輻射出去的時(shí)候，恒星開始將氫和氦聚合成碳和氧這樣的重元素，釋放出巨大的能量。很快，無數(shù)恒星和星系開始照亮宇宙，有時(shí)恒星會(huì)消耗掉所有能量發(fā)生超新星爆發(fā)。在短暫的時(shí)間內(nèi)，超新星會(huì)亮過整個(gè)星系，并把氣體和塵埃拋回太空。

光子仍然以恒定的速度前進(jìn)。它旅行了數(shù)十億年，其間有些恒星發(fā)生超新星爆發(fā)，殘余的氣體和塵埃形成新的恒星，還有的形成行星、小行星和彗星。星系的形成變得普遍，它們的一部分行星恰好形成在宜居帶，與恒星間的距離剛好允許液態(tài)水存在，不太冷也不太熱。在這樣的世界中，我們知道至少有一個(gè)，或許有上百萬個(gè)都存在生命。

光子的旅行仍在繼續(xù)，超過了130億年。它穿過了一個(gè)跨度幾十萬光年的星系，星系的質(zhì)量使光子稍微偏離了原來的路徑，被稱為引力透鏡效應(yīng)。光子方向的改變足以使它朝著另一個(gè)不太起眼的星系前進(jìn)，一個(gè)跨度大約10萬光年的條紋狀螺旋星系。

當(dāng)最初的人類行走在地球上，當(dāng)文明興衰起落，甚至在你出生的那一天，古老的光子都在旅行，年復(fù)一年，持續(xù)不斷。當(dāng)你在某天晚上抬頭仰望夜空，它剛好砸在你的額頭上，你卻沒有注意到，也不可能注意到。光子開始旅行時(shí)還很熾熱明亮，但當(dāng)它旅行了數(shù)十億年，宇宙的持續(xù)擴(kuò)張延伸了光子的波長，使它冷卻并暗淡下來，所以人們既看不到也感覺不到它的存在。像這樣的古老光子總是會(huì)擊中我們，而我們從未發(fā)覺。

20世紀(jì)60年代，我們開始注意到了這些古老的光子。射電天文學(xué)家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾森發(fā)現(xiàn)宇宙輻射帶有微弱的微波輝光——這些光子幾乎從大爆炸開始就穿越宇宙，現(xiàn)在到達(dá)了我們的太陽系。這些輝光被稱為宇宙微波背景。20世紀(jì)90年代，一顆被稱為宇宙背景探測器的衛(wèi)星觀測到輝光溫度的微小變化，這證實(shí)了宇宙起源于大爆炸，那一瞬間的能量足夠大，創(chuàng)造出遙遠(yuǎn)過去的輝光。過去10年里，威爾金森各向異性探測器和普朗克衛(wèi)星更為詳細(xì)地觀察了宇宙的背景，證實(shí)宇宙誕生于約138億年前。

當(dāng)你仰望夜空的時(shí)候，可能會(huì)看到經(jīng)長途跋涉到達(dá)你身邊的其他行星的光。你看到的星光可能旅行了幾年、幾十年， 甚至可能是上百年。而你看不到的是宇宙微波背景微弱的輝光，因?yàn)槁眯袝r(shí)間太長，以至于宇宙自身的擴(kuò)張使得光子超出了我們的可見范圍。

但是當(dāng)你敬畏地抬頭看天，有些光子會(huì)擊中你。來自宇宙最初瞬間的光穿越了浩瀚的太空，到達(dá)你的身邊。從你的角度來看，光已經(jīng)旅行了數(shù)十億年，但對光子來講卻沒有時(shí)間的概念。以光速來看，光子的旅程只是一眨眼的事情——從宇宙誕生到抵達(dá)你的身邊。