第一道光

現代天文學家，大都認為我們目前能看得到的宇宙，應起源于“大霹靂”(TheBigBang)。

一提到“大霹靂”，馬上有人會問，“大霹靂”以前宇宙又是什么樣子的呢?這個問題和“我們的宇宙外還有宇宙嗎?”相類似。有些宇宙學家還語出驚人，甚至說像我們這樣的宇宙可能有10⁵⁰⁰個，也就是1后面再加500個零。這個數字反正不必要誰拍胸脯負責，姑且聽之，小心不被嚇死就成。但我們宇宙外的宇宙，看不見，摸不著，不是科學話題，應屬哲學范疇，雖然大伙兒侃起來特來勁，但在人類文明毀滅之前，甚至到太陽燒成紅巨星之日，恐也難有定論，所以在這篇文章里暫且不談。

“大霹靂”之后，我們熟悉的宇宙物理定律現身，電磁波按規矩辦事，產生的各類基本粒子各就各位，在暗無天日中，經由重力場上億年的循循善誘，終能凝聚成形，修成正果，引發核聚變，在某個星系，搶先發出第一道光，逐漸形成了目前璀璨瑰麗的宇宙。

有人又問，這套物理定律是怎么來的?為什么非就是它不行?不能有別的定律嗎?這又是一個好問題。世界上從古至今一直到未來人類滅絕之日，所有的科學家都被您問倒了!唉，人類住在一顆小小的地球上，以有限的智慧，能問出這么偉大的問題，就驕傲一下吧!但我在此打下保票：這個問題永遠無解。

當然，除了宇宙起源之外，人類也想知道生命又是如何起始的?外層空間有生命存在嗎?有外星人的文明世界嗎?外星人訪問過地球嗎?這些科學范疇里的問題，人類遲早能得到答案。

在這篇文章里，我們先討論一個小小的科學問題：宇宙的“第一道光”發生在什么時候?發生在哪個星系?

大霹靂

20世紀初期，愛因斯坦預言，光和物質是一體的兩面。日常生活中見得到的東西，大都傻傻地被地心引力牢牢抓住，而光卻以每秒30萬公里的閃電高速飛行。光和物質的差別有如天上人間，風馬牛不相及。而現在，光和物質竟成了鐵哥們兒，擁有同樣物理特性，玄呀!好，既然光和物質是雙胞胎，那物質被萬有引力控制，光也應逃脫不了萬有引力干系。飛在天上的東西往地下掉，光自然也該朝有重力場的方向彎曲吧?1919年日全蝕時，星光向太陽方向彎曲現像，竟然真的被測量到。愛因斯坦的預言被證實，一夜之間成為人類有史以來最著名的科學家。

這個物理實驗，驚天地，泣鬼神!

愛因斯坦相對論中光的能量E和物質質量m中間的關系為E=mc²，c為光的速度。一小塊東西，如果完全依這個公式轉變成能量，將巨大無比，是核能的來源。經由現代粒子加速器中實驗證實，光能量，也可稱“光子”能量，和物質的質量的互相轉換，的確是陽光大道，暢通無阻。

自此，光子與重力齊飛，能量共物質一色。

宇宙以強勢的“大霹靂”拉開序幕，上臺時全身披掛的就是純純的至高光子(電磁波)能量。爆炸后就開始膨脹，一膨脹后就開始冷卻。冷卻后就開始以能量轉換物質的E=mc²公式，開始將光能量轉化為物質，制造出許多各類粒子和反粒子，如質子和反質子，電子和反電子(正子)等，在此不加細表。時間再往前流，到了“大霹靂”后37.6萬年，溫度降到絕對溫度3000K(開氏溫度，Kelvin。水的冰點為273K)，電子速度慢到可以讓質子以電磁力將其捕捉住，不帶電的中性氫原子終于誕生了。

中性的氫原子現形，宇宙有了基本建材，好戲就要連連上演了。

空谷回音

中性氫原子的出現，是我們宇宙演化的一個重要里程碑。在此之前，宇宙空間繼續膨脹，溫度降低，沒用完的光子，和當時充斥空間的各類帶電粒子形成的電漿，左碰右撞，有如在泥漿中寸步難行，時而被粒子吸進去，時而又被吐出來。光子在這段期間，像陷入沼澤地般，日子過得相當郁悶。

中性氫原子出現后，宇宙空間不再帶電。而同時更加膨脹的宇宙，空間更大，溫度更低，光子已呈強弩之末，變成波長較大的電磁微波，與不帶電的氫原子不再有任何瓜葛。換言之，在“大霹靂”后的37.6萬年，電磁微波終于和周遭的物質完全切割(decoupIing)，在清亮透明的環境中，開始不需拐彎抹角地自由暢快游蕩。在這個時期蕩漾的電磁波，留下空谷回音，竟然被久遠以后的人類，在1965年無意聽到。但此時的宇宙，又已多膨脹了137億年，溫度已由3000K降至約2.75K。其實每次打開電視，銀幕上的雪花雜訊，有1％是由宇宙大爆炸后所留下的殘余電磁波而來。所以“大霹靂”并不是摸不著、看不見的推想，而是有一定科學根據的。

人類自偵測到“大霹靂”留下的現場證據后，便激起萬丈豪情，重手出擊，加大資本投入，前后送了好幾個衛星上天，上面裝著最靈敏的無線電天線，仔細傾聽那盤古開宇時微弱的天籟。2008年2月，最新數據出籠。天文學家據此以及一些其它數據，計算出我們宇宙的年齡為137億年，約含4％我們熟悉的物質，23％黑暗物質(dark matter)和73％黑暗能量(dark energy)。在4％熟悉的物質中，我們用最大望遠鏡所能看到的全宇宙星系，僅占其中的0.4％，其余3.6％是全宇宙的星塵。

第一道光是由我們熟悉的物質凝聚核變后所發射出來的。在這篇文章中我們不得不牽扯到黑暗物質和黑暗能量。因為，在發出第一道光的星系材料成形之前，我們熟悉的物質本是和黑暗物質糾纏不清地混和在一起的。同時，對人類來說，另外一個重要心理因素就是，我們熟悉的星系物質是我們安身立命的基地，沒有比它更重要了，但它在宇宙中占的份量實在太輕飄，我們如果置96％的宇宙于不顧，只談0.4％的星系部份，對宇宙不夠尊重，也沒把第一道光的事完整交待，所以在此還是粗略談談黑暗物質和黑暗能量的一點來龍去脈。

黑暗物質和黑暗能量

因為有些螺旋狀星系外圍暈狀部位的轉速快得離譜，黑暗物質的存在，早在1933年就由瑞士天文物理學家茲維基(Zwicky)首先提出，而當時天文界的反應是姑且聽之，僅以“失蹤物質”(missing mass)登錄在案。40多年過去了，很多觀測以后，一位美國年輕的女性天文學家魯賓(Rubjn)，以先進的光譜儀更精確地測量出更多螺旋狀星系的轉速，提出論文，做出斬釘截鐵的結論：星系的轉速跟我們所知的物理定律不符合!要么宣判牛頓和開普勒的力學錯了，要么接受黑暗物質的存在，二者必擇其一。在排山倒海的質疑下，魯賓認死理，牛頓和開普勒的力學錯不了，不然衛星上不了天，太陽系行星也無法運行。她堅守科學真理陣地，終于打贏了這場宇宙大論戰。黑暗物質的存在搶灘登陸成功。

愛因斯坦的相對論預測宇宙重力場透鏡(gravity lens)的存在，也預測人類肯定永遠看不見這類需要上百億光年距離聚焦的物理現象。他一對一錯。愛因斯坦對了，重力場透鏡的確存在。愛因斯坦錯了，哈勃望遠鏡上天后，人類已不只有能力一直看到了宇宙137億光年外的盡頭，竟然還觀察到重力場透鏡現象，不只看到一、兩個，而是遍地開花，無所不在。重力場透鏡，由強勢黑暗物質的重力場提供，才能將上百億光年外的星系，在哈勃望遠鏡焦點上成像。重力場透鏡的物理現象，又給黑暗物質的存在提供了一個堅實的佐證。

至于黑暗能量，從哈勃望遠鏡得到的數據，天文學家作出結論：宇宙膨脹的速度加快了，并且已經馬不停蹄地加速了50億年。人類所知道的宇宙物質，最終由重力場掌控，“大霹靂”后往外飛散，因星系間重力相吸作用，像馬韁被拉緊一樣，速度只會越飛越慢，怎么可能又加速起來?加速要踩油門，油門要接到油箱，才能得到能量。宇宙的個頭兒和質量都那么大，加速膨脹的能量由哪兒而來呢?天文學家絞盡腦汁，痛苦地找到一種神秘的黑暗能量，并用理論給它規劃了一些物理特性。別猶豫，就是它!黑暗能量于是就這么大搖大擺地登上了宇宙的舞臺，并且毫不客氣地當上了主角。

黑暗物質和黑暗能量之所以被冠上“黑暗”，主要是它們絕不能發光變亮。發光是電磁波的物理特性，我們熟悉的物質都和電磁波有關。這些物質有些能導電，半導電，或絕緣，高溫時燃燒發光，光照上去會反射，有的還有反磁性或順磁性。總之，我們熟悉的物質對電磁力反應靈敏，電磁基因深植，與電磁世界無法切割。

而黑暗物質和黑暗能量完全是另外一回事。它們只和重力場交往，與電磁世界生死不相往來。黑中來，暗中去，但干的都是宇宙間驚天動地的大案。不幸的是，現在“大霹靂”理論是以光子(電磁波)為起點，后來凝聚成我們熟悉的電磁和重力性質物質。可現在我們面對的竟然是由電磁大霹靂造出的一對怪胎，出于電磁而不帶電磁基因，青出于藍而不是藍，它們到底是怎么孕育出來的?這是當今科學的最大難題，目前無解。

在我們第一道光的討論中，牽涉到的僅是黑暗物質，和黑暗能量沒有直接瓜葛。

黑暗期后的光明

中性氫原子出現于“大霹靂”后的37.6萬年，這個時間，因為精確宇宙背景電磁微波的測量，天文學家信心十足。

中性氫原子出現時，和黑暗物質均勻地混合在一起，用現代語言來形容，就像一盤拌勻的色拉。大家都是一母所生，你在哪兒，我也跟到哪兒，何必分彼此。

此時的中性氫原子和黑暗物質沒有多大差別，反正都不帶電，只對牛頓的萬有引力有傾向性。于是它們似乎就這樣沒完沒了地糾纏在一起，如果沒有別的力量加進來攪和一下，我們宇宙的演化將就卡住，無法走上凝聚的道路，那以后的星云、恒星、行星、生命，以及你、我，肯定無法出現。所以，中性氫原子和黑暗物質一定要邁出下一步，這出戲才能繼續唱下去。

下一步也可能是同步的。換言之，中性氫原子怎么走，黑暗物質也隨之跟進。在“大霹靂”后37.6萬年時它們有沒有走出這一步，沒人知道。唯一能肯定的是，如果它們朝前邁了這一步，最終就能造成你和我在這里熱烈地侃大山。

這一步是我們人類在計算機中為它們虛擬出來的。因為我們熟悉氫原子的個性，于是就只全神灌注于氫原子，暫時把陌生的黑暗物質擱在一邊。

一大堆氫原子均勻地分布在一個空間，會發生什么事?別急，把它們放進計算機的虛擬空間，提供符合物理定律的游戲規則，閉起眼晴，計算機算呀算，算到外婆橋。睜眼一看，有些氫原子連接成一小段細絲(filaments)，有些細絲更進一步，通過一個較厚的結(nodes)，竟然首尾接起來了。

在“結”中的氫原子因為數目多些，彼此間的牛頓萬有引力強些，于是開始互相吸引、收縮(contract)，氫原子間相互擠壓，溫度可增至上千度K。在高溫下，有些氫原子(atoms)取得足夠能量，結合成微量的中性氫分子(molecules)。

中性氫分子出現后，和周遭眾多的中性氫原子碰撞。如果這類碰撞的方向和強度恰好對了眼，中性氫分子就會釋放一些在紅外線波段的電磁波能量，開始冷卻至200至300K，收縮成密度較高、由重力場掌控的團塊(clumps)。

黑暗物質也可能如影隨形地在計算機虛擬空間形成細絲、成結，甚或通過重力場相吸、塌陷、增溫(能嗎?)，形成只有上帝才知道的黑暗物質分子。但氫分子釋放紅外線電磁波降溫，收縮成團塊，是電磁世界的絕招，與黑暗物質的純重力世界了無因緣，黑暗物質即使修行億萬年，也無法練就這身本領。

自此，我們熟悉的物質世界和黑暗物質世界分道揚鏢，各奔前程。

氫分子釋放紅外線電磁波降溫后，從和黑暗物質均勻混合狀態游離出來，在仍然尚稱均勻分布的黑暗物質中央，以滾雪球效應，凝聚成一個比我們太陽質量大過千萬倍的圓盤(disk)。氫原子和氫分子(以下皆稱氫)凝聚越多，本身的重力場越大，在圓盤核心的氫所受的壓力越大，在“大霹靂”后約2億年，終于引發了氫核聚變反應，星星誕生了，射出第一道光，照亮了黑暗的宇宙。

宇宙這么大，這第一道光由哪個方向射出來的，天文學家當然很想知道。2005年收集分析的紅外線數據顯示，這第一道光看來發生在天龍座(Draco)方向。天龍座是分布在北極星(Polaris)附近的一個巨大星座。

氫從黑暗物質中，以電磁威力，經近2億年的時間，脫身而出。這宇宙起始的2億年，除開“大霹靂”時強光一閃外，幾乎全是黑暗無光時代，天文學家叫這2億年為“黑暗期”(DarkAge)。

第一道光開始射出后，上億個星星幾乎同步形成巨大的星系，宇宙中先后出現了上千億個星系，璀璨瑰麗，終于演化成我們熟悉的可見光宇宙。

結語

第一道光，照亮了我們的宇宙。找到第一道光，我們應為偉大的人類文明驕傲。但第一道光，和以后萬億個璨爛的星系，其實只照亮了宇宙的百分之零點四的世界，其它的是星塵，是黑暗物質，是黑暗能量，它們才是宇宙幕后的黑色推手，掌握著我們宇宙的命運，直到地老天荒，永恒無限。