宇宙银河, 数十亿计
宇宙之大
我们无法想象这个数目有何意义
但140亿年前这些银河系并不存在
直至大爆炸发生
大爆炸是空间与时间的起源
我们走上一段空间与时间之旅
从宇宙起源, 走到终结
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解读宇宙
第1季第1集：大爆炸
这是我们的世界
有城市
有森林
有海洋
还有人
宇宙万物
在大爆炸发生那一刻由物质组成
每一个星球
每一个行星
每一粒原子
每一株草, 每一滴水
水非常的古老
水里的氢原子在大爆炸之后出现
从而制造出宇宙万物
大爆炸是我们宇宙的启始
也是宇宙万物之源
有关我们的过去
现在和将来的秘密
都封锁在那一刻之中
要解开大爆炸的秘密
我们必须走出我们的太阳系
甚至冲出我们的银河系
当来到太空深处
便可以窥探过去
接近并且可以见证宇宙诞生的一刻
我们经过众多初生银河和初生星球
回到宇宙诞生那一刻
面对各类科学中最难解的疑团
这是物理学中的圣杯
我们想知道因何会有大爆炸
想知道甚么发生大爆炸
想知道大爆炸发生以前有甚么
为了寻找答案
我们兴建城市一样大的机器
模拟宇宙出现前的环境
制造太空望远镜窥探过去
解答一些古老问题的日子愈来愈近
人类为何存在?
我们从何而来?
宇宙有没有开始和终结?
有的话, 又是甚么光景?
找到答案的话
必是人类理性最大的胜利
我们会知道上帝的心意
大爆炸的起源是历史中最大的谜
愈去研究这个现象, 它便愈迷离
我们认为我们的宇宙独一无二
但现在不那么肯定了
可能不只有一个宇宙
我们的大爆炸亦可能不是独一无二
可能众多宇宙都发生过大爆炸
我们只是其中之一
而在无数宇宙中
可能在某些区域
今天正发生大爆炸
但我们只能肯定一个宇宙是存在的
要认识它已难比登天
自从1920年代后期
我们对我们的宇宙运作的认识
被逐一推翻
我们有必要明白到
过去一世纪我们对宇宙的理解
改变不少
20世纪初
科学家相信宇宙是静止不动的
到1929年, 这观念被彻底打破
在洛杉矶市的威尔逊山天文台
天文学家埃德温咍勃发现
银河系并非停驻不动
它们不单不停移动
而且以极速远离地球
这是大爆炸的第一个证据
所有银河系都远离我们
而更奇怪的是
双倍路程以外的, 以双倍速度远离
三倍路程的, 三倍速度, 如此类推
所有银河系都远离我们
这就是哈勃定律
他的发现仍是研究大爆炸的起点
哈勃观察到的银河系活动
证明宇宙正不断膨胀
理论上, 一个不断膨胀的宇宙
一定从一点开始
透过量度宇宙膨胀的速度
天文学家可以反过来计算
推算出几时爆出宇宙来
经常有人问:
你怎知道宇宙已有137亿年历史?
别自作聪明,137亿年前你在吗?
你看电视录像带
看到爆炸场面时按暂停掣
可以倒回带子看它几时发生
宇宙学亦一样
我们可以倒回带子
计算出宇宙大爆炸几时发生
不是天文学家亦可回顾过去
如果你仰望夜空
便可以看到数百万光年以外的星球
它们的光要几百万光年才传到地球
因此, 极目望去
应该可以望到宇宙的起源
以划时代天文学家命名的…
哈勃太空望远镜
有了它, 我们可以看到昔日的宇宙
更接近大爆炸那一刻
对科学家来说, 回到大爆炸那一刻
只是第一步
第一次听到大爆炸理论的时候
人们的反应是: 它在哪儿发生?
这儿, 抑或这儿?
它究竟在哪儿发生?
事实上, 到处都有大爆炸
因为当时宇宙极端细小
这些是极度抽象和艰深的概念
引人入胜的是: 大爆炸前有甚么?
古代哲学家常常说
试问怎可能无中生有?
但令我惊叹的是
根据物理定律, 是有可能的
它意味着, 我们整个宇宙
现在我们所见所闻
可能是从无到有
这是我们理解大爆炸最大的拦阻
首先要相信万物是从无到有
宇宙诞生的那一刻难以用语言形容
我们只知道, 可能从虚无之中
产生出极高密度
极高温度和极度狂暴
要掌握无中生有这概念
可能是宇宙间最大的奥秘
但若你能想通便会开始理解大爆炸
时间与空间开始出现
一次大爆炸, 产生出宇宙万物
时间诞生之初
宇宙在大爆炸中诞生
空无一物中, 生出天地万物
但天地万物只是一个小点
极端细小, 无穷灼热
是一团密度极高的纯能量
大爆炸…
规模之大
带来了…
我们见到的4000亿个银河系中
各样东西和能量
这区域却比一个原子还要小
可观察的宇宙长度
只是十亿分之一厘米的百万分之一
万物挤在这个极热极密的区域中
当时它尚未成为物质
只是一个超强能量的点
它就是宇宙之源, 万物藏在其中
当时一切都非常简单
我们现时所知的各种力量
本来是一个整体
当时宇宙无形无体
就在创造那一刻
所有物理定律, 推动地球的力量
开始形成
首先出现的力量是地心吸力
宇宙的命运, 其大小、结构等一切
就在那一刻出现雏形
卡洛斯费克用超级计算机造仿真宇宙
研究地心吸力如何促使宇宙形成
他为每个宇宙赋予不同程度的吸力
第一个宇宙的地心吸力太弱
结果空无一物
地心吸力塑造了我们的宇宙
但如果地心吸力减弱
我们的宇宙将会非常乏味
所有东西极速掠过
银河系无法形成
接着, 芬克造一个吸力太强的宇宙
若吸力过强, 宇宙同样失败
所有东西都被黑洞吸走
地心吸力一定要怡到好处
我们非常幸运
大爆炸带来的地心吸力恰到好处
在地心吸力出现的后混沌之中
即大爆炸不足一秒之后
突然爆出一股能量
使宇宙极速向四方八面膨胀
超强能量令整个空间瞬间扩张
我们相信在百万分之一秒的…
百万分之一又百万分之一
又百万分之一之间发生
空间以100万乘100万、再乘100万
再乘100万的速度膨胀
这速度超出了光速
且慢! 这不是有违物理定律吗?
即使学生也知道
没有东西…
走得比光快
但这说法有点取巧
「没有东西」走得比光快
「没有」是指空无一物的空间
不用担心
这概念教科学天才也搔破头颅
但理解太初宇宙至关重要
科学家相信, 在百万分之一秒的…
百万分之一又百万分之一
又百万分之一之内
宇宙由原子大小膨胀成棒球般
乍听这变化似乎微不足道
但高球般大的宇宙亦以相同时间
膨胀成地球这么大
换言之, 它以超出光的速度膨胀
无比的快
太初宇宙的变化发生在转瞬之间
皆因万物都紧挤在一起
需要用新的时间单位来描述
它称为普朗克时间
要理解普朗克时间有多短
不妨这样想
一秒包含的普朗克时间
远远超出大爆炸以来秒数的总和
数字非常惊人
一年有超过3100万秒
大爆炸发生距今已140亿年
将31,556,926乘以140亿
得出的是天文数字
这个时间标准小得人类难以想象
如果用腕表计算一秒, 我们可以问
它相等于多少个普朗克时间
是10亿乘10亿, 再乘10亿…
再乘10亿, 再乘10亿个普朗克时间
大爆炸只持续了几个普朗克时间
这次纯能量爆炸比光速还要快
在往下几个普朗克时间中
我们熟悉的宇宙将会诞生
大爆炸发生不足一秒内
宇宙小得可以放在你的掌中
但它不足一秒就膨胀成地球这么大
然后以超越光的速度膨胀
成为比我们的太阳系还要大
此时宇宙仍是一团狂暴的超热能量
它愈来愈灼热, 愈来愈密
比我们在现今宇宙中…
所体会过的一切
更为狂暴
与大爆炸初期的狂暴状态相比
星球内部可以说是波平如镜
温度极高
即使是人体里的原子
亦会分解
事实上, 灼热到一个地步
连原子本身亦会裂开
究竟有多灼热? 有几万亿度
宇宙不断膨胀期间, 亦逐渐冷却
温度下降, 触发起宇宙下一轮进化
爆炸能量转化成细小的亚原子粒子
它们是宇宙中的第一批物质
早在人们未开始谈论大爆炸以前
爱因斯坦已预测能量会转化成物质
他那条科学程序, 连小孩也懂
一条无人不知的程序
就是E=mc2
它指出宇宙诞生的过程
它指出, 即使宇宙是由…
纯能量所形成
由于能量可以转变成物质
物质能够产生能量
因此, 我们所见的宇宙万物
都可以从这椿能量事件中产生出来
爱因斯坦的小程序带来了巨大影响
第一枚核弹因而诞生
核爆中
微量物质转化成巨大能量
宇宙形成之时, 情况则怡好相反
纯能量转化为物质粒子
起初无需创造物质
只需要有能量
单靠能量便能造出整个宇宙
大爆炸后的一瞬间
宇宙的基本结构开始成形
但最初的物质有别于今天的物质
物质在宇宙的进化中不断改变
现在看为正常的物质
在大爆炸初期并不正常
因为当时情况恶劣, 未产生原子
但当时有细小的亚原子粒子
大爆炸后不久
宇宙温度密度都极高, 含极多能量
常常有粒子制造出来
能量与物质经常互相转变
最早期的物质非常不稳定
因此未能形成今天的宇宙
打个比方
纽约市繁忙时段的中央车站
像温度极高的太初宇宙
匆匆走过大堂的人
则是亚原子粒子
你不妨去观察一群人
他们的活动可能缺乏规律
而那些毫无规律的活动
与大爆炸最太初宇宙中的粒子
非常相似
太初宇宙温度极高
为亚原子粒子提供能量
它们时而出现, 时而消失
它们以极速飞来飞去, 乱作一团
就像人一样
若赶着要去火车站坐火车
他们会急步走
但最终都会平静下来, 脚步转慢
我们的宇宙也是这样
分子极速移动, 到宇宙渐渐冷却
粒子便放慢速度, 没那么杂乱无章
当宇宙渐渐冷却
粒子停止转化为能量
亚原子粒子数目上升
但宇宙依然灼热非常, 狂暴不堪
整个过程发生得太快, 难以观测
此时, 大爆炸进入了关键性阶段
物质与一样东西展开大战
宇宙可能未形成就被破坏
那种东西是反物质
宇宙万物都是由物质组成
从最小的石子到最大的星球皆然
而宇宙间所有物质
都由大爆炸产生的纯能量制造出来
爱因斯坦的E=mc2方程式
指的是能量会转化为物质
但它毕竟只是理论
到了今日, 科学家可以加以验证
这是欧洲核子研究组织, 位于瑞士
全世界最大的机器就在这儿
它大如一座城市
其功能是重造大爆炸发生后…
数百万分之一秒的环境
如果想窥探细小的规模
反常地
我们需要一部巨型机器
没有其它方法
用大机器做小物理实验
研究太初
可以愈来愈接近宇宙起源
这部巨型机器称为撞击器
它可以带我们回到大爆炸后一瞬间
12呎宽的水泥圆形隧道, 全长17哩
粒子在撞击器里以接近光速…
互相撞击
电光火石之间
撞击产生强劲能量
与大爆炸产生的爆炸力相若
然后, 纯能量迅速转化为物质
就和140亿年前一样
但庞大机器需要庞大的探测器
观察撞击
探测器高五层楼
重7000吨
7000吨是多少
给大家一个概念
相当于艾菲尔铁塔的重量
虽然探测器硕大无朋
但我们看不到新物质的粒子
它们稍现即逝, 而且活动飞快
探测器只能记录其路径
粒子含极高能量, 活动飞快
因此需要非常强劲的探测器
才能准确记录粒子的活动路径
探测器阵容庞大
因为需要更佳分辨率
其运作和摄影机相同
像素愈高, 图像愈清晰
探测器亦一样, 这摄影机高五层楼
科学家希望它揭示出…
能量如何转化成物质
但并非任何一种物质
而是140亿年前太初之时…
出现的那些
太初是宇宙诞生的关键一刻
因为纯能量亦制造出…
宇宙一种非常危险的东西
反物质
对, 反物质, 它确实存在
反物质是普通物质的反照
但物质是一个极, 反物质是另一极
如果反物质中有一个反我
原则上, 那个我可以和我外表一样
性格一样, 百分百相同
当然, 除了我想和他握手
这时候, 我们会在大型核爆中
炸得粉碎
带正极的物质与带负极的宿敌…
反物质展开角力
宇宙的存留系于这场大战
同数量的物质和反物质会互相抵消
这就不妙
物质与反物质数量相同的宇宙
等于一个没有物质的宇宙
物质与反物质彼此抵消, 变回辐射
宇宙变得很没趣, 无人无星无银河
一如玩风险战争太空版
阵容较鼎盛的一方会赢
分数非常接近, 但只有一方胜出
这一方有十亿个反物质粒子
另一方有十亿零一个物质粒子
那就是天地出现的一刻
多出一个粒子的一方可以存留
并足以形成今天星际银河里的万物
十亿中的一个似乎微不足道
但那一个足以制造出整个宇宙
我们是残余
信不信由你, 你身边的一切
你身体的原子, 星球的原子
都只不过是残余
远古时代物质与反物质撞击的残余
我们很幸运, 因为宇宙有足够残余
制造出所有星球和行星
宇宙的岁数至今仍不足一秒
但已充满细小的原始粒子
下一步是粒子组成第一批原子
在二至三个普朗克时间误差之下
宇宙岁数接近一秒, 但依然奇特
但物质打败了反物质
现在是时候建造宇宙了
此时宇宙仍很灼热, 而且急促膨胀
当宇宙形成了一秒
里面的粒子与现时的粒子截然不同
当时尚未有原子
今天我们在房间里所见的一切
在当时都不存在
此时, 改变开始出现
温度渐渐下降
原始粒子活动减慢
并开始结合成第一批元素的原子
首先组成的是氢
然后, 在接下来的三分钟
宇宙开始制造多两种元素
氦和锂
宇宙由起初极度细小
变成要用光年来计算大小
头三分钟里, 所有奇异的宇宙现象
都出现了
不是这样, 即使你在场亦看不到
当我们仰望夜空
可以望到数十亿光年前的过去
心里想: 太空一直是如此模样
其实不然
大爆炸发生…
38万年之后
宇宙才开始变得清澈
之前, 它本来是一片浑浊
当时宇宙是充满疏离电子的浑水
年轻宇宙冷却后电子才会放慢活动
粘着新生原子
氢、氦和锂, 需要许多时间
才能在宇宙中形成
科学家算出, 需要38万年
电子活动才够慢
宇宙可以开始大量制造原子
那时, 浑浊的云才开始消散
第一道光照遍宇宙
大约140亿年之后
新泽西两名年轻科学家
无意中发现到它
1964年, 阿诺庞西斯和罗拔威尔逊
正在记录我们银河系的无线电波
他们听到背后有一种奇怪的闷响
他们起初怀疑是天线上有白鸽粪
所以出现古怪讯号
但清洁过后闷响仍在
证明不是鸽粪造成
后来庞西斯在普林斯顿大学演讲
据说一名后排听众说:
你要么发现到鸟粪的影响
要么发现到宇宙形成的一刻
那确实是宇宙形成的一刻
大约140亿年前
第一批原子与电子结合的时候
那时, 浑浊的云逐渐消散
新宇宙第一次露出庐山
为了更清晰的拍下这关键事件
美国太空总署发射…
宇宙背景探测卫星, 即COBE
他们用它探测太空里的温度
量度过太空各处的温差
绘制出第一张太初宇宙的地图
这幅画名为「上帝的面孔」
我们拍得38万岁初生宇宙的…
精彩照片
可是美中不足
照片影像模糊
COBE的探测结果不理想
己点火, 情况理想 升空
太空总署于是发射更先进的卫星
威尔金森微波各向异性探测器
好了
2001年, 戴维薛柏葛谏属的团队
专责寻找更清晰的太初宇宙影像
我很兴奋可以去卡纳维拉尔角
那一刻
我们坐在一起看发射
我和家人一起
观看火箭升空
非常兴奋, 大约一天之内
便可以收到第一张卫星影像
知道卫星操作顺利正常
这是史上最详细的太初宇宙照片
在大爆炸38万年之后拍的
红色和黄色的区域比较热
蓝色和绿色则比较冷
温差是将来宇宙结构的线索
可见到有微量温差
微小温差反映出密度上有细微差别
这区物质比较多, 这区比较少
这图像好比建设我们宇宙的蓝图
显示不同区域物质的多寡
没有物质的区域会变得空空如也
物质密度较高的地方
会有银河系、星球和行球诞生
这些波动会增长, 最后成为银河系
如果不是密度有微小波动
今天便没有你和我
我们的宇宙已经38万岁
宽度更达万万亿哩
氢气云和氦气浮于空间里
要再过2亿年这些气体才变成星球
第一批星球的光照亮宇宙
当时的情景
一定如放烟花般灿烂
宇宙从黑暗时代走向灿烂世纪
第一批星球把气体照亮
宇宙变得五光十色
如果当时我活着就好了!
就像圣诞树亮灯一样
宇宙各方开始发亮
最后形成今天这幅华丽的马赛克
愈来愈多星球绽放光华
大爆炸10亿年后第一个银河系形成
往后80亿年, 有无数个银河系成形
然后, 大约50亿年前
在其中一个银河系的宁静角落
地心吸力开始吸引微尘与气体
渐渐地, 微尘气体积聚起来
形成一个星球: 我们的太阳
大爆炸发生90亿年后
我们的小小银河系开始出现生命
地球亦随之诞生
天地万象, 皆源于大爆炸那一刻
而大爆炸仍在持续
我们的宇宙正不断膨胀
但不会了无止境
我们的宇宙有开始, 亦有终结
大爆炸发生140亿年后, 银河形成
当中满是星球、行星和月亮
期间宇宙仍不断膨胀
我们已经知道太空广袤浩瀚
宽度至少1500亿光年
宇宙可能无垠无尽, 甚至永恒不灭
一切都不是必然的
按原则, 宇宙可以无垠无尽
可以没有内外之分
又或者自成一体
如果我朝那方向一直望过去
可能会看到我的后脑勺
虽然我们不知道大爆炸产生的宇宙
会不会永恒不灭
但我们知道大爆炸尚未告一段落
直到如今大爆炸仍在进行
宇宙继续爆炸, 可以这样说
宇宙正在不停膨胀
过去数年最惊人的发现是
我们的宇宙并没有放慢膨胀
事实与我们的想法背道而驰
相反, 它正在加速膨胀
换了逃跑模式
我们现在相信宇宙有一种叫暗能量
即虚无的能量
它撕裂银河系, 正在扼杀宇宙
我们看不到这股破坏力量
亦不明白它为何存在
但天地万物可能会因它而灰飞烟灭
若暗能量继续撕裂宇宙
我们的银河系势必变成孤独前哨
1000亿年之后
我们会看不见大部分毗邻的星体
星球燃烧净尽
众银河变得暗淡
即使原子亦被撕裂
造出宇宙的大爆炸会在瞬间终止
但我们宇宙之死将会发生得很慢
伟大的西方哲学家
活地亚伦说过:
永恒未免太长
特别是当来到最后
宇宙终结和大爆炸同样是个谜
宇宙可能会像汽球漏气, 逐渐塌缩
宇宙究竟会在另一次爆炸中消失
结果与大爆炸相反
抑或不断膨胀, 变得冰冷暗淡?
你想它在灼热中还是冰冷中死去?
在爆炸中消失抑或无声消逝?
宇宙一旦分崩离析
可能会触发另一次大爆炸
说不定这次大爆炸已经出现
我们和无数个宇宙已走上末路
我相信创世持续论
它指出宇宙互相碰撞、分解
形成新宇宙, 永无止境
也许每个宇宙各有不同的物理定律
也许不是第一次发生
也许会循环不息
最终我们的宇宙会分崩离析
整个过程推倒重来
一个或多个宇宙由一次大爆炸而生
我们人类的特征
我们身体的原子, 我们佩戴的首饰
所有造成悲欢离合
爱恨聚散的东西
都在140亿年前一个过程之中诞生
如果我们想从根源去理解人类
就得弄明白大爆炸
140亿年前大爆炸制造出时间空间
浩瀚宇宙, 天地万物, 还有我们
有人问: 这些对我有何意义?
大爆炸带来我们身边的人事物
银河系和星体分布
触发起宇宙各样元素的制造过程
甚至物理定律本身
我们认为我们在大爆炸一刻诞生
宇宙万物皆始于大爆炸
140亿年前的一剎那
在它里面可以找到最大谜团的答案
关乎我们的过去、现在和将来
每个发现, 都使我们更深明白到
宇宙如何运作
翻译: 方奕鹏 摘订：Eric 时间轴/校对:laser