摘要：宇宙起源一直是人类探索的终极谜题。138亿年前，它从极热极密的“粒子光子热汤”开始，经过膨胀冷却形成星系。如今暗物质、暗能量仍成谜，这篇内容帮你梳理宇宙演化关键节点，读懂它的过去与未来。

宇宙起源一直是人类探索的终极谜题。138亿年前，它从极热极密的“粒子光子热汤”开始，经过膨胀冷却形成星系。如今暗物质、暗能量仍成谜，这篇内容帮你梳理宇宙演化关键节点，读懂它的过去与未来。

大约140亿年前，一个极热、极密的微小质点发生剧烈爆炸，最终形成了1000亿到2万亿个星系，其中就包含我们赖以生存的地球所在的星系。

研究人员通过多种宇宙学参数估算宇宙年龄，包括追踪遥远天体发出的光、观测古老恒星，以及分析普通物质、暗物质和暗能量。

哈佛大学科学教授、黑洞计划创始主任阿维·勒布解释道，尽管宇宙的大部分仍充满未知，但研究人员会借助已知的宇宙知识来确定其年龄。Λ冷暗物质模型（ΛCDM）中的Λ代表宇宙学常数，这是阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论中的一个术语，用于解释宇宙膨胀的加速现象。

但要了解宇宙的演化历程，我们必须先将时间回溯到数十亿年前，回到它诞生的那一刻。

数十亿年前，宇宙被压缩在一个比原子还小的点内。这个点不断升温、密度不断增加，最终发生剧烈爆炸，即“大爆炸”。这次爆炸产生了物质，并将其扩散到宇宙各处。随着时间推移，这些物质冷却、能量转化，逐渐形成了星系、恒星、卫星、太阳以及地球这样的行星。

大爆炸后充斥宇宙的部分热量（即辐射），至今仍能在宇宙中探测到。

根据哈佛-史密森天体物理学中心的研究，在大爆炸后的最初38万年里，宇宙是一锅“粒子和光子的热汤”，密度极高，光无法传播很远。随着宇宙不断膨胀冷却，这团由自由电子和质子构成的“迷雾”逐渐消散，光才得以自由传播。这种遗留下来的辐射（即热量）被称为宇宙微波背景辐射（CMB），它是人类目前能观测到的最古老的光，呈现出微弱的残余辉光。

宇宙微波背景辐射看起来高度均匀，因此观测其细微的波动和变化，有助于科学家了解数十亿年来星系的形成过程。

“分析这些波动，就像是在解读一块罗塞塔石碑。通过它们，我们可以推断出宇宙的各项参数。”勒布表示。他还补充道，将这些波动与其他宇宙学参数以及爱因斯坦的广义相对论相结合，研究人员就能描述宇宙的演化过程。

勒布说：“归根结底，我们可以通过拟合宇宙参数，估算出当前宇宙的年龄。借助广义相对论和早期宇宙中辐射与物质的动力学原理，分析宇宙微波背景辐射的波动，就能算出大爆炸发生在多久以前。”

虽然宇宙微波背景辐射是人类目前能观测到的最古老的光，但“宇宙视界”是可观测宇宙的边界，它能帮助科学家确定宇宙天体的距离和年龄。

我们的太阳系和地球，是在宇宙历史的后三分之一时期形成的。在宇宙中，绝大多数恒星的年龄都远超我们的地球家园。据统计，宇宙中大约有200亿亿亿颗恒星（具体数值为200000000000000000000000颗）。

宇宙中最古老的恒星，其年龄接近目前估算的宇宙年龄——138亿年，它们是在第一批恒星形成时诞生的。

“我们可以将最古老的恒星视为计时工具，它们能测量出从地球到任意距离的时间流逝。”勒布说。

今年早些时候，美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了一个最古老的星系之一，该星系在大爆炸后3.3亿年就已经存在。

“宇宙年龄的下限就是最古老恒星的年龄，因为宇宙的组成部分不可能比宇宙本身更古老——这是不可能的。”勒布解释道，“就像孩子不可能比父母年龄大一样。”

NASA编号为HD 140283的“玛士撒拉星”，通常被认为是宇宙中已知最古老的恒星。对它的年龄估算显示，其最大年龄约为145亿年（存在一定误差），几乎与宇宙年龄相当。恒星年龄与宇宙年龄之间的这种差异，部分原因是人类对宇宙的了解仍十分有限。

如今，科学家对宇宙构成的大部分内容仍一无所知。

宇宙质量构成中，只有5%是普通物质，即构成我们能看到的一切（如恒星和星系）的物质。暗物质约占27%，它通过引力相互作用；而暗能量是一种推动宇宙膨胀的神秘力量，约占68%。

后两者——暗物质和暗能量，在很大程度上仍未被充分描述。

“我们只知道它们存在，并且知道它们存在是因为它们会影响引力。我们看不到暗物质，它也不与光相互作用，所以我们称之为暗物质，但我们并不知道它究竟是什么。”勒布说。他还补充道，暗物质可能由不与光相互作用的粒子构成，甚至可能是小型黑洞。

宇宙中存在如此多的暗物质并不奇怪，因为早期宇宙的环境极为极端。在大爆炸期间，温度和密度都极高，这意味着当时可能存在一些物理过程，产生了如今无法复制的粒子。暗物质会形成团块，这些“遗迹”为我们了解宇宙起源提供了线索。

“这就像去参加一个派对，看到一群人聚集在一起——你会意识到他们周围一定有位名人，否则他们为什么会聚集呢？暗物质通过引力使普通物质聚集，但我们无法直接看到暗物质，只能通过它对普通物质产生的引力效应来感知它的存在。”勒布打了个比方。

暗能量不会形成团块，而是均匀分布的。从最简单的解释来看，暗能量是一种真空，单位体积内具有一定质量，且能量密度保持不变。

暗能量光谱仪（DESI）正在对宇宙中的暗能量进行探测，以补充对宇宙微波背景辐射的了解。结合这些信息和其他数据，暗能量光谱仪进一步验证了“宇宙年龄约为138亿年”这一结论。

对勒布来说，更有趣的问题不是宇宙的年龄，而是它是否会走向终结。

“宇宙会有终结的一天吗？”他问道，“我可以告诉你我的年龄，但我更关心的是我还能活多久。这是一个完全不同的问题。”

基于目前对宇宙的了解，勒布认为宇宙似乎不会衰变，而是会继续加速膨胀。最终，遥远的星系会超出我们的宇宙视界，地球将陷入一片黑暗。

“如果假设目前宇宙的组成部分性质不会发生变化，那么我们最终将孤独地处于一片黑暗、空旷的空间中。”勒布说。

不过，在理论物理学领域，一切皆有可能。

宇宙探索仍在不断推进，暗物质、暗能量等谜团待解。若能见证宇宙演化的一个关键阶段，你想亲眼看看大爆炸瞬间、首批恒星诞生还是星系形成？说说你的选择和期待。

来源：科学旁观者