约公元前138亿年 再复合时代
美国宇航局威尔金森韦伯各异向性探测器(WMAP)卫星生成的宇宙早期膨胀之后残损热量的不均匀性分布图。这里见到的小起伏只有1度的亿分之几,却是宇宙中第一代恒星和星系的种子。
大爆炸(约公元前138亿年),爱因斯坦奇迹年(1905年),宇宙微波背景(1964年),绘制宇宙微波背景(1992年),宇宙年龄(2001年)
宇宙的早期是一个炙热、高压、充满辐射的时代。整个空间都沐浴在原初的光芒里。这光芒来自百万度环境中高度电离的原子和亚原子粒子的相互作用、碰撞、衰变和重组。宇宙历史上的这一时期通常被称之为辐射时代。此时的宇宙大约1万岁,空间的膨胀和许多高能粒子的衰变将宇宙冷却至“仅仅”约12 000 K(开尔文,Kelvin,高于绝对零度的温度)。物质的质量在物理学家爱因斯坦的著名公式E=mc2中表示为所蕴含的能量。随着宇宙持续冷却,这时来自加热和电离辐射的总能量已经低于物质质量所代表的能量,这是宇宙历史的关键门槛。在数十万年间,宇宙本质上依然是一团不透明、致密、高能的混沌,内部满是碰撞着的和已经电离了的质子与电子。但是随着空间持续膨胀和冷却,辐射能量继续下降到与静止质量代表的能量可比的程度。
大约在大爆炸的40万年后,温度下降到只有几千K。这一温度已经低到稳定的氢原子可以捕获住电子,并允许宇宙形成最早的多原子的氢分子:氢气或H2。宇宙早期历史中的这一时期被称之为再复合时代。
再复合时代最酷的事是使宇宙剩余的辐射(大部分是高能光子和其他亚原子粒子)从物质中分离,最终在空间中畅通无阻地旅行。在接下来的几亿年里,宇宙越来越冷,也越来越暗。这一时期被宇宙学家命名为“黑暗时代”。宇宙早期释放的辐射能量残存的3 K余晖,即我们所称的宇宙微波背景,今天依然能被探测到。■