光的诞生

我叫小光,与宇宙同龄,诞生于一个全然光明的世界,如同太阳一样的光明,用物理学的话说,就是等离子体。宇宙诞生于一个非常热非常密集的火球,我并不清楚火球的来源。据传闻,它来自于另外一个宇宙或者来自于某种原初的信息。在宇宙诞生时,时间、空间、能量、物质、作用力都混合在一起,很难说谁是谁。就在宇宙刚刚诞生约10的-43次方秒的时候,原来高度对称的物理规律发生了对称性破缺,就像一条路在这个时刻分叉为了两条。由于这种破缺,引力子从中分离出来成为一种传播引力的粒子,引力就是让物质可以结合在一起的一种很弱的力。它虽然弱,但是它对所有的物质起作用,而且不会被物质屏蔽,所以,它决定了宇宙的未来。然后,在宇宙诞生大约10的-35次方秒的时候,夸克和胶子诞生了,胶子可以粘合夸克用来形成质子。再后来,大约10的-12次方秒的时候,轻子、介子和我们光子通过希格斯场的对称性破缺才诞生。介子主要在轻子和夸克中间传递相互作用力,可以改变夸克和轻子的味道。希格斯场可以被激发为希格斯粒子,它和其他粒子的作用使得这些粒子拥有了质量。

四大作用力在宇宙早期时的脱耦过程

虽然其他大多数粒子都有质量,但是我们光子家族却没有质量。而且,我们始终以光速运动,从不停息,停止对我们来说意味着死亡。我们的运动速度是宇宙中所有粒子运动速度的极限,而且无论你在什么地方以什么速度运动,你测量我们在真空中的速度时都将得到299792458米每秒的数值。由于物体运动速度越接近光速,它的时间就越慢。所以,在我们自己看来时间是静止的,我们只有现在,没有过去和未来。我们从诞生到死亡也许对其他观察者而言是漫长的,但是对我们自己而言是同一时刻。而且我们光子看不清我们周围的宇宙,因为我们运动太快,所有的物体在我们看来都被压缩成了细长条。当我描述我周围的时间并且说我和宇宙同龄的时候,我是在想象宇宙中的一个观察者拿着时钟和尺子来观察我和我周围的世界。

在宇宙刚诞生时,基本粒子如质子和电子的能量和密度极高,与我们光子经常碰撞进而改变我们的方向甚至俘获我们,所以我们没有办法脱离这些粒子的纠缠。大概在宇宙诞生约38万年的时候,它的密度足够低,温度大约是3000开尔文,使得电子开始和质子能够结合在一起而形成中子,于是我们光子家族就脱离了与这些粒子的纠缠,进而自由地运动在宇宙中。这也意味着我们光子家族携带了重子家族在那个脱耦时期加给我们的烙印。首先,我们光子家族携带了脱耦时的温度信息,由于重子之间以及光子和重子之间有很频繁的相互作用,所以我们不同光子的温度分布符合热平衡物体所产生的黑体辐射。另外,由于重子倾向于通过引力吸引重子,而我们光子的压力倾向于推开重子,于是产生了一种震荡,这种震荡反映在我们光子家族在脱耦时的能量随空间的分布上。

WMAP卫星探测到的宇宙微波背景图像

这就是我们光子家族的诞生过程,我们携带了我们诞生时的胎记,并将开始那惊心动魄的宇宙之旅。

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