探索宇宙的科學家，撞上了一堵朝各個方向無限延伸的“墻”

它把很多宇宙的終極奧秘擋在了身后。

宇宙演化時間線。宇宙大爆炸后約38萬年時產(chǎn)生的微波背景，是一道難以逾越的光墻。

NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (GSFC)

宇宙中有一堵朝各個方向無限延伸的墻——宇宙微波背景。它是宇宙創(chuàng)生時留下的余暉，是一堵光之墻，也把很多宇宙的終極奧秘擋在了身后。

在這堵墻背后，有著太多與宇宙極早期有關的故事——基本粒子的出現(xiàn)、首批原子核的誕生，以及在能量和物質(zhì)波動的推動下星系和超大質(zhì)量黑洞的誕生等。但這一切對于我們來說都是不可見的。

這是因為當我們遙望宇宙，追溯其久遠的歷史，最多只能看到宇宙誕生38萬年后的景象。在此之前，宇宙處于極度致密、極度熾熱的狀態(tài)。那個時候，光還無法在宇宙中自由穿梭。

而當宇宙膨脹，輻射冷卻成了微波，所有與那個時候有關的信息，也都被擋在了這堵墻背后。

不過盡管我們永遠也無法直接看到這堵墻背后的東西，科學家仍希望通過間接的方法獲取墻后的信息。

例如近日一些科學家又對未來該如何實現(xiàn)這個目標進行了探討。

部分學者認為，我們可以通過探測微弱的X射線，尋找隱藏在這堵墻背后的線索。

所謂“宇宙大爆炸”，和人們通常的認識有所不同，它的實質(zhì)是時空的膨脹。

早期宇宙的密度波動，可能會引發(fā)宇宙的局部性爆發(fā)。這些爆發(fā)可能會埋下超大質(zhì)量黑洞的種子，并同時引發(fā)一連串基本粒子的誕生。

這些粒子總是以正反物質(zhì)對的形式出現(xiàn)，因此爆發(fā)區(qū)總是充滿了電子和正子。而當它們湮滅時，便會產(chǎn)生X射線和其他高能光子。

宇宙因此在微波背景之外，又有了所謂的X射線背景。但X射線背景并非源自“宇宙大爆炸”，而是由各種天體物理過程產(chǎn)生并混合在一起的一種“交響”。

這種“交響”通常是由各種較低能X射線，也就是所謂“軟”X射線構(gòu)成，表現(xiàn)得相當均勻。如果其中有異常的峰值，則意味著有值得關注的爆發(fā)事件。

天文學家若能借助比現(xiàn)有技術更先進的X射線望遠鏡，或進行更長時間的觀測，或許就能夠?qū)@些現(xiàn)象進行更加深入的研究。

也有科學家認為，早期宇宙中還存在另外一種爆發(fā)事件。除了正反物質(zhì)級聯(lián)反應產(chǎn)生的高能光子，早期宇宙的局部爆發(fā)還會釋放出高能中微子。

中微子又被稱為“幽靈粒子”，它們與物質(zhì)的相互作用極弱，因此能夠首當其沖地穿透各種屏障。

1987a超新星爆發(fā)事件曾讓科學家體驗到中微子的這種能力——爆發(fā)發(fā)生時，來自超新星核心的中微子比光先到達地球——并不是它們跑得比光還快，而是它們具有穿透幾乎一切的能力，光子卻很容易被困住。因此它們在超新星核心完全炸開、光子脫困之前，就已經(jīng)逃了出來。

由此可知，如果在宇宙誕生38萬年后這堵光墻形成之前，就已經(jīng)發(fā)生過一些局部性爆發(fā)，那么當時產(chǎn)生的中微子可能會先于光子逃逸。

如果我們能夠繪制宇宙的中微子背景，或許就能發(fā)現(xiàn)那些來自非天體物理源的峰值區(qū)。這些峰值區(qū)會在中微子背景中顯得相當突出。

這是一個巧思，唯一的遺憾是，以人類當前的技術能力，尚無法繪制這樣一幅中微子背景——因為這種“幽靈粒子”實在太難探測了。科學家用了九牛二虎之力，也才能勉強探測到它們，且每次只能捕捉到零星幾個。

不過誰能預料呢？也許人類最終還是能夠把聰明才智都用在正確的地方吧。

參考

Positron Signal from the Early Universe

https://arxiv.org/abs/2506.10131

Signals of Bursts from the Very Early Universe

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae01a4