宇宙銀河, 數十億計
宇宙之大
我們無法想像這個數目有何意義
但140億年前這些銀河系並不存在
直至大爆炸發生
大爆炸是空間與時間的起源
我們走上一段空間與時間之旅
從宇宙起源, 走到終結
THE LAST FANTASY | TLF HALFCD TeaM 宇宙解碼 | 壓制:GuaiGudu | 字幕:紀錄片之家 本作品僅供交流學習 嚴禁商用
解讀宇宙
第1季第1集：大爆炸
這是我們的世界
有城市
有森林
有海洋
還有人
宇宙萬物
在大爆炸發生那一刻由物質組成
每一個星球
每一個行星
每一粒原子
每一株草, 每一滴水
水非常的古老
水裏的氫原子在大爆炸之後出現
從而製造出宇宙萬物
大爆炸是我們宇宙的啟始
也是宇宙萬物之源
有關我們的過去
現在和將來的秘密
都封鎖在那一刻之中
要解開大爆炸的秘密
我們必須走出我們的太陽系
甚至衝出我們的銀河系
當來到太空深處
便可以窺探過去
接近並且可以見證宇宙誕生的一刻
我們經過眾多初生銀河和初生星球
回到宇宙誕生那一刻
面對各類科學中最難解的疑團
這是物理學中的聖盃
我們想知道因何會有大爆炸
想知道甚麼發生大爆炸
想知道大爆炸發生以前有甚麼
為了尋找答案
我們興建城市一樣大的機器
模擬宇宙出現前的環境
製造太空望遠鏡窺探過去
解答一些古老問題的日子愈來愈近
人類為何存在?
我們從何而來?
宇宙有沒有開始和終結?
有的話, 又是甚麼光景?
找到答案的話
必是人類理性最大的勝利
我們會知道上帝的心意
大爆炸的起源是歷史中最大的謎
愈去研究這個現象, 它便愈迷離
我們認為我們的宇宙獨一無二
但現在不那麼肯定了
可能不只有一個宇宙
我們的大爆炸亦可能不是獨一無二
可能眾多宇宙都發生過大爆炸
我們只是其中之一
而在無數宇宙中
可能在某些區域
今天正發生大爆炸
但我們只能肯定一個宇宙是存在的
要認識它已難比登天
自從1920年代後期
我們對我們的宇宙運作的認識
被逐一推翻
我們有必要明白到
過去一世紀我們對宇宙的理解
改變不少
20世紀初
科學家相信宇宙是靜止不動的
到1929年, 這觀念被徹底打破
在洛杉磯市的威爾遜山天文台
天文學家埃德溫咍勃發現
銀河系並非停駐不動
它們不單不停移動
而且以極速遠離地球
這是大爆炸的第一個證據
所有銀河系都遠離我們
而更奇怪的是
雙倍路程以外的, 以雙倍速度遠離
三倍路程的, 三倍速度, 如此類推
所有銀河系都遠離我們
這就是哈勃定律
他的發現仍是研究大爆炸的起點
哈勃觀察到的銀河系活動
證明宇宙正不斷膨脹
理論上, 一個不斷膨脹的宇宙
一定從一點開始
透過量度宇宙膨脹的速度
天文學家可以反過來計算
推算出幾時爆出宇宙來
經常有人問:
你怎知道宇宙已有137億年歷史?
別自作聰明,137億年前你在嗎?
你看電視錄像帶
看到爆炸場面時按暫停掣
可以倒回帶子看它幾時發生
宇宙學亦一樣
我們可以倒回帶子
計算出宇宙大爆炸幾時發生
不是天文學家亦可回顧過去
如果你仰望夜空
便可以看到數百萬光年以外的星球
它們的光要幾百萬光年才傳到地球
因此, 極目望去
應該可以望到宇宙的起源
以劃時代天文學家命名的…
哈勃太空望遠鏡
有了它, 我們可以看到昔日的宇宙
更接近大爆炸那一刻
對科學家來說, 回到大爆炸那一刻
只是第一步
第一次聽到大爆炸理論的時候
人們的反應是: 它在哪兒發生?
這兒, 抑或這兒?
它究竟在哪兒發生?
事實上, 到處都有大爆炸
因為當時宇宙極端細小
這些是極度抽像和艱深的概念
引人入勝的是: 大爆炸前有甚麼?
古代哲學家常常說
試問怎可能無中生有?
但令我驚嘆的是
根據物理定律, 是有可能的
它意味著, 我們整個宇宙
現在我們所見所聞
可能是從無到有
這是我們理解大爆炸最大的攔阻
首先要相信萬物是從無到有
宇宙誕生的那一刻難以用語言形容
我們只知道, 可能從虛無之中
產生出極高密度
極高溫度和極度狂暴
要掌握無中生有這概念
可能是宇宙間最大的奧秘
但若你能想通便會開始理解大爆炸
時間與空間開始出現
一次大爆炸, 產生出宇宙萬物
時間誕生之初
宇宙在大爆炸中誕生
空無一物中, 生出天地萬物
但天地萬物只是一個小點
極端細小, 無窮灼熱
是一團密度極高的純能量
大爆炸…
規模之大
帶來了…
我們見到的4000億個銀河系中
各樣東西和能量
這區域卻比一個原子還要小
可觀察的宇宙長度
只是十億分之一厘米的百萬分之一
萬物擠在這個極熱極密的區域中
當時它尚未成為物質
只是一個超強能量的點
它就是宇宙之源, 萬物藏在其中
當時一切都非常簡單
我們現時所知的各種力量
本來是一個整體
當時宇宙無形無體
就在創造那一刻
所有物理定律, 推動地球的力量
開始形成
首先出現的力量是地心吸力
宇宙的命運, 其大小、結構等一切
就在那一刻出現雛形
卡洛斯費克用超級計算機造仿真宇宙
研究地心吸力如何促使宇宙形成
他為每個宇宙賦予不同程度的吸力
第一個宇宙的地心吸力太弱
結果空無一物
地心吸力塑造了我們的宇宙
但如果地心吸力減弱
我們的宇宙將會非常乏味
所有東西極速掠過
銀河系無法形成
接著, 芬克造一個吸力太強的宇宙
若吸力過強, 宇宙同樣失敗
所有東西都被黑洞吸走
地心吸力一定要怡到好處
我們非常幸運
大爆炸帶來的地心吸力恰到好處
在地心吸力出現的後混沌之中
即大爆炸不足一秒之後
突然爆出一股能量
使宇宙極速向四方八面膨脹
超強能量令整個空間瞬間擴張
我們相信在百萬分之一秒的…
百萬分之一又百萬分之一
又百萬分之一之間發生
空間以100萬乘100萬、再乘100萬
再乘100萬的速度膨脹
這速度超出了光速
且慢! 這不是有違物理定律嗎?
即使學生也知道
沒有東西…
走得比光快
但這說法有點取巧
「沒有東西」走得比光快
「沒有」是指空無一物的空間
不用擔心
這概念教科學天才也搔破頭顱
但理解太初宇宙至關重要
科學家相信, 在百萬分之一秒的…
百萬分之一又百萬分之一
又百萬分之一之內
宇宙由原子大小膨脹成棒球般
乍聽這變化似乎微不足道
但高球般大的宇宙亦以相同時間
膨脹成地球這麼大
換言之, 它以超出光的速度膨脹
無比的快
太初宇宙的變化發生在轉瞬之間
皆因萬物都緊擠在一起
需要用新的時間單位來描述
它稱為普朗克時間
要理解普朗克時間有多短
不妨這樣想
一秒包含的普朗克時間
遠遠超出大爆炸以來秒數的總和
數字非常驚人
一年有超過3100萬秒
大爆炸發生距今已140億年
將31,556,926乘以140億
得出的是天文數字
這個時間標準小得人類難以想像
如果用腕表計算一秒, 我們可以問
它相等於多少個普朗克時間
是10億乘10億, 再乘10億…
再乘10億, 再乘10億個普朗克時間
大爆炸只持續了幾個普朗克時間
這次純能量爆炸比光速還要快
在往下幾個普朗克時間中
我們熟悉的宇宙將會誕生
大爆炸發生不足一秒內
宇宙小得可以放在你的掌中
但它不足一秒就膨脹成地球這麼大
然後以超越光的速度膨脹
成為比我們的太陽系還要大
此時宇宙仍是一團狂暴的超熱能量
它愈來愈灼熱, 愈來愈密
比我們在現今宇宙中…
所體會過的一切
更為狂暴
與大爆炸初期的狂暴狀態相比
星球內部可以說是波平如鏡
溫度極高
即使是人體裏的原子
亦會分解
事實上, 灼熱到一個地步
連原子本身亦會裂開
究竟有多灼熱? 有幾萬億度
宇宙不斷膨脹期間, 亦逐漸冷卻
溫度下降, 觸發起宇宙下一輪進化
爆炸能量轉化成細小的亞原子粒子
它們是宇宙中的第一批物質
早在人們未開始談論大爆炸以前
愛因斯坦已預測能量會轉化成物質
他那條科學程序, 連小孩也懂
一條無人不知的程序
就是E=mc2
它指出宇宙誕生的過程
它指出, 即使宇宙是由…
純能量所形成
由於能量可以轉變成物質
物質能夠產生能量
因此, 我們所見的宇宙萬物
都可以從這椿能量事件中產生出來
愛因斯坦的小程序帶來了巨大影響
第一枚核彈因而誕生
核爆中
微量物質轉化成巨大能量
宇宙形成之時, 情況則怡好相反
純能量轉化為物質粒子
起初無需創造物質
只需要有能量
單靠能量便能造出整個宇宙
大爆炸後的一瞬間
宇宙的基本結構開始成形
但最初的物質有別於今天的物質
物質在宇宙的進化中不斷改變
現在看為正常的物質
在大爆炸初期並不正常
因為當時情況惡劣, 未產生原子
但當時有細小的亞原子粒子
大爆炸後不久
宇宙溫度密度都極高, 含極多能量
常常有粒子製造出來
能量與物質經常互相轉變
最早期的物質非常不穩定
因此未能形成今天的宇宙
打個比方
紐約市繁忙時段的中央車站
像溫度極高的太初宇宙
匆匆走過大堂的人
則是亞原子粒子
你不妨去觀察一群人
他們的活動可能缺乏規律
而那些毫無規律的活動
與大爆炸最太初宇宙中的粒子
非常相似
太初宇宙溫度極高
為亞原子粒子提供能量
它們時而出現, 時而消失
它們以極速飛來飛去, 亂作一團
就像人一樣
若趕著要去火車站坐火車
他們會急步走
但最終都會平靜下來, 腳步轉慢
我們的宇宙也是這樣
分子極速移動, 到宇宙漸漸冷卻
粒子便放慢速度, 沒那麼雜亂無章
當宇宙漸漸冷卻
粒子停止轉化為能量
亞原子粒子數目上升
但宇宙依然灼熱非常, 狂暴不堪
整個過程發生得太快, 難以觀測
此時, 大爆炸進入了關鍵性階段
物質與一樣東西展開大戰
宇宙可能未形成就被破壞
那種東西是反物質
宇宙萬物都是由物質組成
從最小的石子到最大的星球皆然
而宇宙間所有物質
都由大爆炸產生的純能量製造出來
愛因斯坦的E=mc2方程式
指的是能量會轉化為物質
但它畢竟只是理論
到了今日, 科學家可以加以驗證
這是歐洲核子研究組織, 位於瑞士
全世界最大的機器就在這兒
它大如一座城市
其功能是重造大爆炸發生後…
數百萬分之一秒的環境
如果想窺探細小的規模
反常地
我們需要一部巨型機器
沒有其它方法
用大機器做小物理實驗
研究太初
可以愈來愈接近宇宙起源
這部巨型機器稱為撞擊器
它可以帶我們回到大爆炸後一瞬間
12呎寬的水泥圓形隧道, 全長17哩
粒子在撞擊器裏以接近光速…
互相撞擊
電光火石之間
撞擊產生強勁能量
與大爆炸產生的爆炸力相若
然後, 純能量迅速轉化為物質
就和140億年前一樣
但龐大機器需要龐大的探測器
觀察撞擊
探測器高五層樓
重7000噸
7000噸是多少
給大家一個概念
相當於艾菲爾鐵塔的重量
雖然探測器碩大無朋
但我們看不到新物質的粒子
它們稍現即逝, 而且活動飛快
探測器只能記錄其路徑
粒子含極高能量, 活動飛快
因此需要非常強勁的探測器
才能準確記錄粒子的活動路徑
探測器陣容龐大
因為需要更佳分辨率
其運作和攝影機相同
像素愈高, 圖像愈清晰
探測器亦一樣, 這攝影機高五層樓
科學家希望它揭示出…
能量如何轉化成物質
但並非任何一種物質
而是140億年前太初之時…
出現的那些
太初是宇宙誕生的關鍵一刻
因為純能量亦製造出…
宇宙一種非常危險的東西
反物質
對, 反物質, 它確實存在
反物質是普通物質的反照
但物質是一個極, 反物質是另一極
如果反物質中有一個反我
原則上, 那個我可以和我外表一樣
性格一樣, 百分百相同
當然, 除了我想和他握手
這時候, 我們會在大型核爆中
炸得粉碎
帶正極的物質與帶負極的宿敵…
反物質展開角力
宇宙的存留繫於這場大戰
同數量的物質和反物質會互相抵消
這就不妙
物質與反物質數量相同的宇宙
等於一個沒有物質的宇宙
物質與反物質彼此抵消, 變回輻射
宇宙變得很沒趣, 無人無星無銀河
一如玩風險戰爭太空版
陣容較鼎盛的一方會贏
分數非常接近, 但只有一方勝出
這一方有十億個反物質粒子
另一方有十億零一個物質粒子
那就是天地出現的一刻
多出一個粒子的一方可以存留
並足以形成今天星際銀河裏的萬物
十億中的一個似乎微不足道
但那一個足以製造出整個宇宙
我們是殘餘
信不信由你, 你身邊的一切
你身體的原子, 星球的原子
都只不過是殘餘
遠古時代物質與反物質撞擊的殘餘
我們很幸運, 因為宇宙有足夠殘餘
製造出所有星球和行星
宇宙的歲數至今仍不足一秒
但已充滿細小的原始粒子
下一步是粒子組成第一批原子
在二至三個普朗克時間誤差之下
宇宙歲數接近一秒, 但依然奇特
但物質打敗了反物質
現在是時候建造宇宙了
此時宇宙仍很灼熱, 而且急促膨脹
當宇宙形成了一秒
裏面的粒子與現時的粒子截然不同
當時尚未有原子
今天我們在房間裏所見的一切
在當時都不存在
此時, 改變開始出現
溫度漸漸下降
原始粒子活動減慢
並開始結合成第一批元素的原子
首先組成的是氫
然後, 在接下來的三分鐘
宇宙開始製造多兩種元素
氦和鋰
宇宙由起初極度細小
變成要用光年來計算大小
頭三分鐘里, 所有奇異的宇宙現象
都出現了
不是這樣, 即使你在場亦看不到
當我們仰望夜空
可以望到數十億光年前的過去
心裏想: 太空一直是如此模樣
其實不然
大爆炸發生…
38萬年之後
宇宙才開始變得清澈
之前, 它本來是一片渾濁
當時宇宙是充滿疏離電子的渾水
年輕宇宙冷卻後電子才會放慢活動
粘著新生原子
氫、氦和鋰, 需要許多時間
才能在宇宙中形成
科學家算出, 需要38萬年
電子活動才夠慢
宇宙可以開始大量製造原子
那時, 渾濁的雲才開始消散
第一道光照遍宇宙
大約140億年之後
新澤西兩名年輕科學家
無意中發現到它
1964年, 阿諾龐西斯和羅拔威爾遜
正在記錄我們銀河系的無線電波
他們聽到背後有一種奇怪的悶響
他們起初懷疑是天線上有白鴿糞
所以出現古怪訊號
但清潔過後悶響仍在
證明不是鴿糞造成
後來龐西斯在普林斯頓大學演講
據說一名後排聽眾說:
你要麼發現到鳥糞的影響
要麼發現到宇宙形成的一刻
那確實是宇宙形成的一刻
大約140億年前
第一批原子與電子結合的時候
那時, 渾濁的雲逐漸消散
新宇宙第一次露出廬山
為了更清晰的拍下這關鍵事件
美國太空總署發射…
宇宙背景探測衛星, 即COBE
他們用它探測太空裏的溫度
量度過太空各處的溫差
繪製出第一張太初宇宙的地圖
這幅畫名為「上帝的面孔」
我們拍得38萬歲初生宇宙的…
精彩照片
可是美中不足
照片影像模糊
COBE的探測結果不理想
己點火, 情況理想 升空
太空總署於是發射更先進的衛星
威爾金森微波各向異性探測器
好了
2001年, 戴維薛柏葛諫屬的團隊
專責尋找更清晰的太初宇宙影像
我很興奮可以去卡納維拉爾角
那一刻
我們坐在一起看發射
我和家人一起
觀看火箭升空
非常興奮, 大約一天之內
便可以收到第一張衛星影像
知道衛星操作順利正常
這是史上最詳細的太初宇宙照片
在大爆炸38萬年之後拍的
紅色和黃色的區域比較熱
藍色和綠色則比較冷
溫差是將來宇宙結構的線索
可見到有微量溫差
微小溫差反映出密度上有細微差別
這區物質比較多, 這區比較少
這圖像好比建設我們宇宙的藍圖
顯示不同區域物質的多寡
沒有物質的區域會變得空空如也
物質密度較高的地方
會有銀河系、星球和行球誕生
這些波動會增長, 最後成為銀河系
如果不是密度有微小波動
今天便沒有你和我
我們的宇宙已經38萬歲
寬度更達萬萬億哩
氫氣雲和氦氣浮於空間裏
要再過2億年這些氣體才變成星球
第一批星球的光照亮宇宙
當時的情景
一定如放煙花般燦爛
宇宙從黑暗時代走向燦爛世紀
第一批星球把氣體照亮
宇宙變得五光十色
如果當時我活著就好了!
就像聖誕樹亮燈一樣
宇宙各方開始發亮
最後形成今天這幅華麗的馬賽克
愈來愈多星球綻放光華
大爆炸10億年後第一個銀河系形成
往後80億年, 有無數個銀河系成形
然後, 大約50億年前
在其中一個銀河系的寧靜角落
地心吸力開始吸引微塵與氣體
漸漸地, 微塵氣體積聚起來
形成一個星球: 我們的太陽
大爆炸發生90億年後
我們的小小銀河系開始出現生命
地球亦隨之誕生
天地萬象, 皆源於大爆炸那一刻
而大爆炸仍在持續
我們的宇宙正不斷膨脹
但不會了無止境
我們的宇宙有開始, 亦有終結
大爆炸發生140億年後, 銀河形成
當中滿是星球、行星和月亮
期間宇宙仍不斷膨脹
我們已經知道太空廣袤浩瀚
寬度至少1500億光年
宇宙可能無垠無盡, 甚至永恆不滅
一切都不是必然的
按原則, 宇宙可以無垠無盡
可以沒有內外之分
又或者自成一體
如果我朝那方向一直望過去
可能會看到我的後腦勺
雖然我們不知道大爆炸產生的宇宙
會不會永恆不滅
但我們知道大爆炸尚未告一段落
直到如今大爆炸仍在進行
宇宙繼續爆炸, 可以這樣說
宇宙正在不停膨脹
過去數年最驚人的發現是
我們的宇宙並沒有放慢膨脹
事實與我們的想法背道而馳
相反, 它正在加速膨脹
換了逃跑模式
我們現在相信宇宙有一種叫暗能量
即虛無的能量
它撕裂銀河系, 正在扼殺宇宙
我們看不到這股破壞力量
亦不明白它為何存在
但天地萬物可能會因它而灰飛煙滅
若暗能量繼續撕裂宇宙
我們的銀河系勢必變成孤獨前哨
1000億年之後
我們會看不見大部分毗鄰的星體
星球燃燒淨盡
眾銀河變得暗淡
即使原子亦被撕裂
造出宇宙的大爆炸會在瞬間終止
但我們宇宙之死將會發生得很慢
偉大的西方哲學家
活地亞倫說過:
永恆未免太長
特別是當來到最後
宇宙終結和大爆炸同樣是個謎
宇宙可能會像汽球漏氣, 逐漸塌縮
宇宙究竟會在另一次爆炸中消失
結果與大爆炸相反
抑或不斷膨脹, 變得冰冷暗淡?
你想它在灼熱中還是冰冷中死去?
在爆炸中消失抑或無聲消逝?
宇宙一旦分崩離析
可能會觸發另一次大爆炸
說不定這次大爆炸已經出現
我們和無數個宇宙已走上末路
我相信創世持續論
它指出宇宙互相碰撞、分解
形成新宇宙, 永無止境
也許每個宇宙各有不同的物理定律
也許不是第一次發生
也許會循環不息
最終我們的宇宙會分崩離析
整個過程推倒重來
一個或多個宇宙由一次大爆炸而生
我們人類的特徵
我們身體的原子, 我們佩戴的首飾
所有造成悲歡離合
愛恨聚散的東西
都在140億年前一個過程之中誕生
如果我們想從根源去理解人類
就得弄明白大爆炸
140億年前大爆炸製造出時間空間
浩瀚宇宙, 天地萬物, 還有我們
有人問: 這些對我有何意義?
大爆炸帶來我們身邊的人事物
銀河系和星體分佈
觸發起宇宙各樣元素的製造過程
甚至物理定律本身
我們認為我們在大爆炸一刻誕生
宇宙萬物皆始於大爆炸
140億年前的一剎那
在它裏面可以找到最大謎團的答案
關乎我們的過去、現在和將來
每個發現, 都使我們更深明白到
宇宙如何運作
翻譯: 方奕鵬 摘訂：Eric 時間軸/校對:laser