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第一道光（2）
2009-4-10
全球品牌网 《中国科技财富》
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黑暗期后的光明
中性氢原子出现于“大霹雳”后的37.6万年，这个时间，因为精确宇宙背景电磁微波的测量，天文学家信心十足。
中性氢原子出现时，和黑暗物质均匀地混合在一起，用现代语言来形容，就像一盘拌匀的色拉。大家都是一母所生，你在哪儿，我也跟到哪儿，何必分彼此。
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此时的中性氢原子和黑暗物质没有多大差别，反正都不带电，只对牛顿的万有引力有倾向性。于是它们似乎就这样没完没了地纠缠在一起，如果没有别的力量加进来搅和一下，我们宇宙的演化将就卡住，无法走上凝聚的道路，那以后的星云、恒星、行星、生命，以及你、我，肯定无法出现。所以，中性氢原子和黑暗物质一定要迈出下一步，这出戏才能继续唱下去。
下一步也可能是同步的。换言之，中性氢原子怎么走，黑暗物质也随之跟进。在“大霹雳”后37.6万年时它们有没有走出这一步，没人知道。唯一能肯定的是，如果它们朝前迈了这一步，最终就能造成你和我在这里热烈地侃大山。
这一步是我们人类在计算机中为它们虚拟出来的。因为我们熟悉氢原子的个性，于是就只全神灌注于氢原子，暂时把陌生的黑暗物质搁在一边。
一大堆氢原子均匀地分布在一个空间，会发生什么事？别急，把它们放进计算机的虚拟空间，提供符合物理定律的游戏规则，闭起眼晴，计算机算呀算，算到外婆桥。睁眼一看，有些氢原子连接成一小段细丝（filaments），有些细丝更进一步，通过一个较厚的结（nodes），竟然首尾接起来了。
在“结”中的氢原子因为数目多些，彼此间的牛顿万有引力强些，于是开始互相吸引、收缩（contract），氢原子间相互挤压，温度可增至上千度K。在高温下，有些氢原子（atoms）取得足够能量，结合成微量的中性氢分子（molecules）。
中性氢分子出现后，和周遭众多的中性氢原子碰撞。如果这类碰撞的方向和强度恰好对了眼，中性氢分子就会释放一些在红外线波段的电磁波能量，开始冷却至200至300K，收缩成密度较高、由重力场掌控的团块（clumps）。
黑暗物质也可能如影随形地在计算机虚拟空间形成细丝、成结，甚或通过重力场相吸、塌陷、增温(能吗?)，形成只有上帝才知道的黑暗物质分子。但氢分子释放红外线电磁波降温，收缩成团块，是电磁世界的绝招，与黑暗物质的纯重力世界了无因缘，黑暗物质即使修行亿万年，也无法练就这身本领。
自此，我们熟悉的物质世界和黑暗物质世界分道扬镖，各奔前程。
氢分子释放红外线电磁波降温后，从和黑暗物质均匀混合状态游离出来，在仍然尚称均匀分布的黑暗物质中央，以滚雪球效应，凝聚成一个比我们太阳质量大过千万倍的圆盘（disk）。氢原子和氢分子（以下皆称氢）凝聚越多，本身的重力场越大，在圆盘核心的氢所受的压力越大，在“大霹雳”后约2亿年，终于引发了氢核聚变反应，星星诞生了，射出第一道光，照亮了黑暗的宇宙。
宇宙这么大，这第一道光由哪个方向射出来的，天文学家当然很想知道。2005年收集分析的红外线数据显示，这第一道光看来发生在天龙座(Draco)方向（图6）。天龙座是分布在北极星（Polaris）附近的一个巨大星座。
氢从黑暗物质中，以电磁威力，经近2亿年的时间，脱身而出。这宇宙起始的2亿年，除开“大霹雳”时强光一闪外，几乎全是黑暗无光时代，天文学家叫这2亿年为“黑暗期”（Dark Age）。
第一道光开始射出后，上亿个星星几乎同步形成巨大的星系，宇宙中先后出现了上千亿个星系，璀璨瑰丽，终于演化成我们熟悉的可见光宇宙。
结语
第一道光，照亮了我们的宇宙。找到第一道光，我们应为伟大的人类文明骄傲。但第一道光，和以后万亿个璨烂的星系，其实只照亮了宇宙的百分之零点四的世界，其它的是星尘，是黑暗物质，是黑暗能量，它们才是宇宙幕后的黑色推手，掌握着我们宇宙的命运，直到地老天荒，永恒无限。
图1：1965年，彭齐亚斯（Penzias）和威尔逊（Wilson）使用号角型无线电天线（The Horn Antenna），侦测到“大霹雳”后残留下来的宇宙背景电磁微波（the cosmic microwave background）。因此项贡献，两人获1978年诺贝尔物理奖。
图2：以太阳系为中心测量出的全宇宙在“大霹雳”375,938年后的宇宙背景电磁微波分布图。宇宙背景电磁微波分布极为均匀，五年累积的数据（2001-2006）呈现出不均匀部份仅为均匀部份的十万分之一级数。不同颜色表示电磁微波强度的不同。
图3：宇宙物质组成示意图。
图4：在大熊星座方向的螺旋星系M101，距地球2,700万光年，直径近银河系的两倍，含上万亿颗恒星。从对这类螺旋星系外围晕部位转速的测量，黑暗物质的存在终于被天文界接受认可。
FORTUNE WORLD 2008.12
图5: Abell 1689星系距地球22亿光年，以它为重力场透镜，将128亿光年外的A1689-zD1星系在哈勃望远镜的焦点上，以圆弧形状成像。这类物理现象为黑暗物质存在提供了另一个坚实的佐证。
图6：2005年红外线数据显示，宇宙的第一道光很可能由天龙座（Draco）方向发出。图左为现代天龙座红外线影像。图右为将所有噪声信号过滤后所剩下的幽幽之光，为宇宙在2亿年前留下的第一道光的遗痕。
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