早期宇宙與宇宙起源

復合

想像站在濃霧裡:光在水滴間反彈無數次,以致你看不清一臂以外,而霧本身從內部發亮。現在想像霧突然散開——剎那間你能看到數里之外,被困住的輝光也自由地湧流而出。早期宇宙正生活在這樣一團霧裡,只不過它不是由水構成,而是由自由電子和裸露的原子核構成。復合,就是那團霧散開的時刻:電子與原子核結合成中性原子、宇宙對光變得透明的時刻。

在最初的三十八萬年裡,宇宙是一鍋熾熱的電漿——質子、氦核和自由電子,全都太熱而無法結合。自由電子極善於散射光,所以光子還沒走多遠就被撞偏,使宇宙不透明,並像霧的內部一樣發亮。隨著宇宙膨脹、冷卻,當溫度降到約 3000 度時,電子終於在這場能量的較量中敗下陣來,黏附到原子核上,形成中性的氫原子和氦原子。自由電子被清掃一空後,光突然無物可散射,便能沿直線飛行。那被解放的光,正是我們如今探測到的、被極度冷卻和拉伸了的宇宙微波背景。

這個名字帶著一點歷史上的小彆扭:電子和原子核是第一次「結合」,並不是「再」結合,但這個詞沿用了下來。復合是宇宙史上最重要的事件之一,因為它既釋放了宇宙微波背景——我們對宇宙最古老的直接快照——又標誌著物質與光被鎖在一起那個時代的終結。從此,物質得以在重力下自由聚集,不再受輻射那抹平一切的壓力所約束,讓原初的密度種子得以開始生長為恒星和星系。我們用光所能直接看到的一切,都來自復合時或更晚;在它之前,宇宙隱藏在那團宇宙之霧的後面。

復合發生時,宇宙約三十八萬歲,大約比今天小一千倍、熱一千倍。那一刻被釋放的光此後一直在旅行——約一百三十八億年——並隨宇宙膨脹,從溫暖的橙色輝光被拉伸成冰冷的微波。我們把它看作宇宙微波背景,宇宙的嬰兒照。

當中性原子形成時,宇宙之霧散去,光終於得以自由湧流。

「復合」一詞用詞不當——電子和原子核其實是第一次結合。它也不是宇宙「對站在外面的我們」變得可見的時刻;而是宇宙從內部對自身的光變得透明的時刻。

又稱
epoch of recombinationlast scattering epoch再复合宇宙复合