大爆炸一秒鐘內便誕生了光，宇宙卻黑了38萬年，到底發生了什么？

在這個銀河邊角、燈紅酒綠的時代，我們早就習慣了夜空中星星點點的光亮。但別被這安靜的浪漫給騙了，早期的宇宙根本不是現在這個“夜里點燈”的樣子。相反，那是個連“點燈”都沒資格談的階段。

所以問題來了：宇宙誕生的那一刻，是不是立刻就光芒萬丈？

乍一聽，這問題似乎很簡單。畢竟現在晚上抬頭看，滿天都是星星在發光。但如果你以為答案是"有"，那就錯了。

事實上，這個問題的答案是：沒有。至少在很長一段時間里沒有。

這背后藏著一個關于光的史詩級故事，時間跨度長達138億年。

從無到有的第一秒

故事要從1929年說起。美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）通過觀察星系運動的速度和方向，發現了一個震撼人心的事實：宇宙在膨脹。

這個發現意味著什么？意味著往前倒推，宇宙曾經更小。繼續倒推下去，科學家計算出大約138億年前，整個宇宙都被壓縮在一個密度無限大的點里，直到大爆炸發生。

俄亥俄州保齡格林州立大學物理天文系主任安德魯·雷登（Andrew Layden）解釋說："大爆炸創造了空間，空間開始膨脹，宇宙中的一切都隨之誕生。"

但這里有個關鍵問題：現在構成宇宙的所有物質，怎么可能都塞在那么小的一個點里？

答案是：當時它們不是物質，而是能量。

愛因斯坦那個著名的公式E=mc2告訴我們，能量和質量可以相互轉換。在宇宙誕生的最初時刻，一切都是純能量狀態。

隨著宇宙膨脹，能量密度降低，溫度下降，第一批粒子開始在大爆炸后的第一秒內形成。這些粒子包括構成光的光子，以及構成原子的質子、中子和電子。

大爆炸后大約3分鐘，質子和中子開始聚變，形成了氦等原子核。

雷登用了一個很形象的比喻："想象一下霧和露水。高能狀態下的粒子就像霧中的水汽一樣分散，當能量降低到足夠程度時，它們就會像露珠一樣凝結出來。"

被困住的光：38萬年的黑暗時代

到這里，你可能會想：既然光子在第一秒就產生了，那不就有光了嗎？

問題沒這么簡單。

雖然光子確實在大爆炸后第一秒就存在了，但它們無法在宇宙中自由傳播。原因很簡單：早期宇宙實在太熱了。

當時的宇宙熱到什么程度？熱到電子運動速度太快，原子核根本抓不住它們。雷登說："整個宇宙就是一鍋非常熱、非常稠密的湯。"

所有電子都在宇宙中自由飛奔，這意味著光根本走不了多遠。"光試圖直線傳播時，總是會撞到電子，所以走不了多遠。"

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的宇宙學家斯里尼瓦桑·拉古納坦（Srinivasan Raghunathan）用太陽做了個類比。

太陽內部的核反應產生光子，這些光子想要從太陽中心傳播到表面。從太陽中心到表面的距離約69.6萬公里，按光速計算，理論上只需要2.3秒。

但實際情況是什么？由于太陽內部溫度極高，有大量自由電子，光無法直線傳播，需要不斷碰撞、散射，最終"走"出太陽表面需要100萬到200萬年！

早期宇宙的情況類似，光被困在這鍋"粒子湯"里，無法逃脫。

宇宙的第一縷曙光

這種狀況持續了多久？

大約38萬年。

大爆炸后38萬年，宇宙膨脹讓溫度繼續下降，降到了約3000開爾文（相當于2725攝氏度），這是一顆偏冷的紅星的表面溫度。

在這個溫度下，原子核終于能夠抓住電子，形成完整的原子。雷登說："當這種情況發生時，所有電子都不再自由飛奔。"

這個過程發生得很快。"在短短幾年內，一切都從熱稠密的湯變成了光可以自由傳播的透明宇宙。就在那一刻，宇宙中的第一批光子終于能夠逃脫。"

這就是宇宙歷史上的第一縷曙光。

當時的光主要是近紅外到可見光波段。但是，隨著宇宙在130多億年里持續膨脹和冷卻，平均溫度降到了約2.73開爾文（零下270攝氏度），這些最初的光被拉長到了微波波段。

1964年，天文學家首次探測到了這種來自大爆炸的殘留輻射，稱為宇宙微波背景輻射。

從微波輻射到星光滿天

分析這些微波輻射給了我們很多關于宇宙的信息。

比如，星系的引力可以扭曲光線——引力透鏡效應。通過研究宇宙微波背景輻射在天空不同位置受到的扭曲程度，科學家可以重建宇宙的大尺度結構，了解星系和巨大空洞在宇宙中的分布。

第一縷光被釋放后，宇宙進入了一個叫"宇宙黑暗時代"的時期。在這個時期，雖然光可以自由傳播，但還沒有恒星產生新的光。

這種狀況又持續了很久。

經過數百萬年，氣體云在引力作用下開始坍縮，形成了第一代恒星。大爆炸后大約10億年，宇宙中出現了充滿恒星的星系，開啟了"宇宙黎明"時代。

雷登說："這標志著第一代恒星的誕生，宇宙開始有了滿天星斗。"

一個關于光的深刻思考

這個故事告訴我們什么？

當你晚上抬頭看星空時，你看到的不僅僅是星光，而是宇宙歷史的見證。那些星光中的每一個光子，都承載著從宇宙誕生到現在的漫長旅程。

而我們現在還能探測到的宇宙微波背景輻射，更是宇宙"嬰兒時期"的直接證據，它們從38萬年前開始旅行，直到今天才到達我們的望遠鏡。

從某種意義上說，我們每次觀測宇宙微波背景輻射，都是在直接"看到"宇宙誕生后38萬年時的樣子。這可能是人類能夠獲得的最古老的"照片"了。

科學發現的連鎖反應

這個關于光的故事還展現了科學發現的連鎖效應。

哈勃在1929年發現宇宙膨脹，為大爆炸理論奠定了基礎。1964年宇宙微波背景輻射的發現，為大爆炸理論提供了決定性證據。愛因斯坦的質能方程為我們理解早期宇宙的能量-物質轉換提供了理論框架。

每一個發現都建立在前人工作的基礎上，每一個新認識都為后續研究開辟了新方向。

現在，通過分析宇宙微波背景輻射的細微變化，科學家們正在重建宇宙的大尺度結構，探索暗物質和暗能量的性質，甚至試圖理解宇宙的最終命運。

仰望星空的意義

所以，當有人問"宇宙誕生時有光嗎？"這個問題時，我們的答案是：

沒有，至少在很長時間里沒有。光在誕生后的前38萬年里被困住了，然后經歷了數億年的黑暗時代，直到第一代恒星點亮宇宙。

但這個簡單的"沒有"背后，隱藏著關于時間、空間、物質、能量的深刻故事，連接著宇宙的過去、現在和未來。

每當我們仰望星空時，我們看到的不僅是美麗的夜景，更是這個宇宙138億年演化歷程的壯麗見證。

而我們自己，作為由星塵組成的生命體，既是這個故事的觀察者，也是故事本身的一部分。

參考來源：

• Charles Q. Choi, "Did light exist at the beginning of the universe?" Live Science