 CMB（cosmic microwave background）者，宇宙微波背景辐射也。在这个系列的文章里，小编将带着大家用32个小知识来逐渐走进这个无处不在的辐射。在今天的文章里，我们来了解一下早期宇宙的一些知识，以加深大家对CMB的认识。 大爆炸宇宙学告诉我们，宇宙诞生于高温高密状态。随着宇宙的膨胀，宇宙也在逐渐演化，从高温、高密绝热膨胀而逐渐降温、降密，经历各个演化阶段。而令人感到欣慰的是，这期间的过程是可以明确计算的。我们可以利用物态平衡等知识来计算这一期间宇宙发生的复杂的反应。 期初宇宙经历的是普朗克时期，这时期宇宙的能量非常高，会发生许多其他时期发生不了的事情。如果爱因斯坦场方程是正确的时空理论，那么爱因斯坦场方程将决定时空的曲率。不过，爱因斯坦场方程的一个解可以对应多个拓扑结构。在普朗克时期，作为经典力学的广义相对论肯定是失效的，但是其拓扑结构会随着能量降低而保存下来。因此，今天宇宙中某些观测结果或许正在告诉我们宇宙最早期的秘密。 普朗克时期非常短，随后是大统一时期。这个时期里，能量依然很高，强、弱、电磁相互作用尚不可区分。 大爆炸宇宙学获得巨大成功，仍存在三大困难：均匀宇宙与因果性困难、平直性困难、磁单极子困难。因此，这时候需要对大爆炸宇宙学进行微创手术，也就是暴涨理论。顾名思义，宇宙在极短的时间内迅速膨胀，抹平了许多不平直的物理规律。  宇宙大爆炸示意图 随后各种粒子逐渐合成或逐渐脱耦。重子的合成目前有很多的模型，例如原初黑洞等。而宇宙中的核合成，主要发生在宇宙大爆炸三分钟之内，主要产物是He，同时伴有少量的H，D，Li，Be。宇宙中其他更重的元素不是在早期核合成时期产生的，而是依赖于晚期恒星内部核反应，以及超新星爆发。 至此，我们惊讶地发现，宇宙的前3分钟已经发生了相当多的事情。而这三分钟更重要的是，宇宙及时保存了中子。为什么宇宙早期效率如此之高？其实也见怪不怪了，因为反应的效率决定于粒子的碰撞次数。宇宙早期能量非常高，密度非常大，温度也非常高，这时候粒子的碰撞极其频繁，因此效率也惊人地高。 在宇宙38万岁的时候，宇宙终于由等离子体状态转化为中性原子气体，这时候被称作复合时代，而复合时代的辐射正是我们今天所说的宇宙微波背景辐射。  优美的宇宙 随着4亿年的时候恒星的形成，宇宙逐渐变得像我们今天的样子。在宇宙结构形成的时候，宇宙中的温度已经降到了10K左右了。而随着宇宙进一步膨胀，暗能量逐渐占了主导地位，宇宙开始由减速膨胀转化为加速膨胀。目前，138亿年的宇宙仍处于加速膨胀之中。 - e n d - 作者：王纪尧 |
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