宇宙,太浩瀚了。巨大的距離,隔絕了各個文明。可觀測宇宙,有138億光年,計算邊界有926億光年。有上萬億個星系分佈其中。而每個星系,又有上千億顆恆星。在恆星的周圍,又會有,十幾顆行。
每個恆星周圍,都有宜居帶,在這種條件下,認爲只有地球有生命,那就跟當時的地心說一樣,太自戀了。爲什麼我們沒有跟外星人建立聯繫?
首先是距離太大了。都是以光年計。愛因斯坦認爲宇宙中最快的速度是光速,如果這樣,地球人將孤獨一生。我不能接受這個現實。
其次,概率太低了。我們地球文明,不過一萬年的時間,這對於宇宙來說就是一瞬間。外星文明要與我們同時產生才行。另外,就算外星人出來找其他文明,要找幾百顆恆星才能找到一個文明的恆星的話,那也是一件比較崩潰的事情。我堅信,我們一定不是唯一的存在。
一切的一切,都要從138年前的那個奇點說起。
大爆炸開始時:約150億年前,體積無限小,密度無限大,溫度無限高,時空曲率無限大的點,稱爲奇點。空間和時間誕生於某種超時空——部分宇宙學家稱之爲量子真空(假真空),其充滿着與海森堡不確定性原理相符的量子能量擾動。
大爆炸後10-43秒(普朗克時間):約1032度,宇宙從量子漲落背景出現,這個階段稱爲普朗克時間。在此之前,宇宙的密度可能超過每立方厘米1094克,超過質子密度1078倍,物理學上所有的力都是一種。(超對稱)在這個階段,宇宙已經冷卻到引力可以分離出來,開始獨立存在,存在傳遞引力相互作用的引力子。宇宙中的其他力(強、弱相互作用和電磁相互作用)仍爲一體。
大爆炸後10-35秒:約1027度,暴漲期(第一推動),引力已分離,夸克、玻色子、輕子形成。此階段宇宙已經冷卻到強相互作用可以分離出來,而弱相互作用及電磁相互作用仍然統一於所謂電弱相互作用。宇宙也發生了暴漲,暴漲僅持續了10-33秒,在此瞬間,宇宙經歷了100次加倍(2100),得到的尺度是先前尺度的1030倍(暴漲的是宇宙本身,即空間與時間本身,並不違反光速藩籬)。暴漲前宇宙還在光子的相互聯繫範圍內,可以平滑掉所有粗糙的點,暴漲停止時,今天所探測的東西已經在各自小區域穩定下來,而這被稱爲暴漲理論。
大爆炸後10-12秒:約1015度,粒子期,質子和中子及其反粒子形成,玻色子、中微子、電子、夸克以及膠子穩定下來。宇宙變得足夠冷,電弱相互作用分解爲電磁相互作用和弱相互作用。輕子家族(電子、中微子以及相應的反粒子)需要等宇宙繼續冷卻10-4秒才能從與其他粒子的平衡相中分離出來。其中中微子一旦從物質中退耦,將自由穿越空間,原則上可以探測到這些原初中微子。
大爆炸後0.01秒:約1000億度,光子、電子、中微子爲主,質子中子僅佔10億分之一,熱平衡態,體系急劇膨脹,溫度和密度不斷下降。大爆炸後0.1秒後:約300億度,中子質子比從1.0下降到0.61。大爆炸後1秒後:約100億度,中微子向外逃逸,正負電子湮沒反應出現,核力尚不足束縛中子和質子。
大爆炸後10秒後:約30億度,核時期,氫、氦類穩定原子核(化學元素)形成。當宇宙冷卻到109開爾文以下(約100秒後),粒子轉變不可能發生了。核合成計算指出,重子密度僅佔拓撲平宇宙所需物質的2%~5%,強烈暗示了其他物質能量的形式(非重子暗物質和暗能量)充滿了宇宙。
大爆炸後35分鐘後:約3億度,原初核合成過程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸後1011秒(104年),溫度約爲105開爾文,物質期。在宇宙早期歷史中,光主宰着各能量形式。隨着宇宙膨脹,電磁輻射的波長被拉長,相應光子能量也跟着減小。輻射能量密度與尺度(R)和體積(4πR3/3)的乘積成反比例減小,即安1/R4減小,而物質的能量密度只是簡單地與體積成1/R3反比例減小。一萬年後,物質密度追上輻射密度且超越它,從那時起,宇宙和它的動力學開始爲物質所主導。
大爆炸理論的科學性令人不得不信服。最直接的證據來自對遙遠星系光線特徵的研究。20年代,天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)研究了維斯托·斯里弗(Vesto Slipher)所作的觀測。他注意到,遠星系的顏色比近星系的要稍紅些。哈勃仔細測量了這種紅化,並作了一張圖。他發現,這種紅化(紅移)是系統性的,星系離我們越遠,它就顯得越紅。
光的顏色與它的波長有關。在白光光譜中藍光位於短波端,紅光位於長波端。遙遠星系的紅化意味着它們的光波波長已稍微變長了。在仔細測定許多星系光譜中特徵譜線的位置後,哈勃證實了這個效應。他認爲,光波變長是由於宇宙正在膨脹的結果。哈勃的這個重大發現就奠定了現代宇宙學的基礎。
膨脹中宇宙的性質使許多人困惑不解。從地球的角度來看,好像遙遠的星系都正飛快地遠離我們而去。但是,這並不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言,宇宙不同地方的膨脹圖像都是相同的。可以說每一點都是中心,又沒有一點是中心(解釋得最好的是一幅畫:三維空間的切割)。我們最好把它想象成星系間的空間在伸長或膨脹,而不是星系在空間中運動。這一點與我們日常生活中見到的源於一點的爆炸不同。