17 原子的形成使宇宙透明化
宇宙放晴
当大爆炸发生38万年后,最早的原子问世。宇宙的温度降至3000K,氢原子可以形成,其不至于由于碰撞而破裂。此时,宇宙终于变得透明,光可以传播数光年而不被吸收。
最古老的光
让我们再次回到关于宇宙的过去的讨论上来。宇宙大爆炸发生后,早期宇宙是极高温度和极高密度的均匀气体,随着宇宙的膨胀,温度降低生成氦。这时宇宙中所有的中子都被锁定在氦原子核中。宇宙的温度继续降低,当温度降低到3000K以下时,原子核与电子复合生成氢原子并放出光。
原子中带负电的电子围绕在带正电的原子核周围,原子的整体呈中性。这时宇宙中带电荷的粒子都消失生成中性原子,宇宙开始中性化。宇宙温度在3000K以上的时候,高温中带电荷的粒子运动,释放、吸收光,光与质子、电子频繁反复地碰撞,因此光不能直线行进。
温度达到3000K以下,当大多数自由电子被原子核俘获后,在宇宙中交织的光和物质之间不再发生冲突,光就可以自由地在宇宙中传播,即宇宙对光来说变得透明了,这也是我们能够观察到的宇宙中最古老的光。这个阶段也叫作“宇宙的放晴”。
宇宙微波背景辐射的由来
大爆炸约38万年以后,宇宙的温度下降到大约3000K,电子和原子核结合为原子。电子的大量减少打破了热平衡的状态,大爆炸辐射出的射线可以随着宇宙的膨胀自由地传播出去,这就是宇宙微波背景辐射的源头。之后,宇宙不断膨胀,温度降低,辐射的射线的波长也不断变长,一直降低到微波的范围。
回望宇宙“婴儿时代”
微波背景辐射是宇宙大爆炸的“余烬”,均匀地分布于宇宙空间。测量宇宙中的微波背景辐射,可以回望宇宙“婴儿时代”的场景,并了解宇宙中恒星和星系的形成过程。
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