新誕生的宇宙嗡嗡作響，即使在最初幾分鐘的熊熊烈焰燃盡之后，整個(gè)宇宙的溫度仍然超過一億度，持續(xù)了數(shù)千年。
這原始的熱量燃燒著由等離子體組成的宇宙，這是一種超高溫的粒子和輻射混合物，直到有一天，它永遠(yuǎn)改變了。
當(dāng)宇宙年齡接近40萬年，冷卻到約3000開爾文時(shí)，孤零零的電子和質(zhì)子終于可以結(jié)合形成第一個(gè)原子。
但這還不是全部，因?yàn)槊慨?dāng)電子和質(zhì)子結(jié)合時(shí)，會(huì)釋放出少量能量，形成了一個(gè)能以光速飛馳的能量包，即我們所稱的光子，它是在氫原子形成過程中誕生的粒子，是光本身的粒子。
這個(gè)光子遠(yuǎn)非第一個(gè)，但當(dāng)宇宙從等離子體向中性氣體過渡時(shí)，光可以第一次自由地穿過它的遼闊空間。從此，光子漫長的旅程開始了。
它首先進(jìn)入了宇宙的黑暗時(shí)代，那是第一顆恒星燃燒之前的時(shí)代，也是第一批星系形成之前的時(shí)代。在那陰森的黑暗中，引力作用下的物質(zhì)形成了宇宙結(jié)構(gòu)的最初種子，而光子則繼續(xù)飛馳，毫無所覺。
最終，第一顆恒星在它周圍熊熊燃起，這些古老的太陽龐大而膨脹，在宇宙時(shí)間的一瞬間燃盡，與此同時(shí)，第一批超巨型黑洞在它們之間迅速增長，渴望吞噬質(zhì)量，但光子繼續(xù)飛馳，毫無所覺。
第一批星系開始形成，宇宙的天空因無數(shù)年輕恒星的火焰而燃亮，它們開始將初始的氫和氦原子聚變成更重的元素，但光子繼續(xù)飛馳，毫無所覺。
數(shù)百萬年過去了，數(shù)十億年過去了，星系不斷增長和成熟，最終，年輕恒星的強(qiáng)烈光芒開始平息，光子的旅程可能會(huì)永遠(yuǎn)延續(xù)到永恒，但經(jīng)過將近140億光年的旅行，一個(gè)巨大的螺旋星系逐漸映入視野，它的命運(yùn)注定在一顆繞著一顆小白星運(yùn)行的小藍(lán)點(diǎn)附近。
在穿過最后幾千光年后，光子與一塊由人類建造的位于地球附近的望遠(yuǎn)鏡的金屬部件碰撞，光子的能量被完全吸收，激發(fā)了電子并在探測器上留下了痕跡。但當(dāng)光子消失時(shí)，它數(shù)十億年的旅程完成了，只是光子并沒有這種意識(shí)，因?yàn)閷τ诠庾颖旧韥碚f，這段旅程從未發(fā)生過。
138億年的宇宙時(shí)間在瞬間消失，然而，光從宇宙的最早時(shí)刻就存在，并將在人類和恒星變成塵埃之后繼續(xù)存在。那么，光是如何工作的？它為何似乎可以永遠(yuǎn)存在？或許更重要的是，光到底是什么？
光從宇宙的起源以來就扮演著關(guān)鍵的角色，在早期時(shí)代，它只存在了極短暫的瞬間，與高速運(yùn)動(dòng)的粒子相撞，還沒有機(jī)會(huì)傳播到任何地方，一束光的消亡正好伴隨著另一束光的誕生。然而，我們的光束誕生在一個(gè)非常不同、非常透明的宇宙中，隨著大爆炸的宇宙漩渦最終平息，我們的光子可以開始它的巨大旅程，沒有受到任何阻礙。
當(dāng)它在離地球幾千光年的距離時(shí)，那些人類開始徘徊，因?yàn)樾愿駴Q定了我們的愿望，而且最重要的，是我們的視覺感官，它使我們直接了解，同時(shí)揭示了事物之間的許多差異。
古希臘人想知道光是否來自眼睛，觸摸和感受我們周圍的世界。但很顯然，身處黑暗的時(shí)候，我們什么都看不見，所以他們得出結(jié)論，光必須是一種外部的東西，被我們的眼睛捕捉到，伊斯蘭科學(xué)家繼續(xù)揭示光的性質(zhì)，找到反射規(guī)律和玻璃透鏡的放大特性。
光顯然是自然界的一部分，但直到科學(xué)革命的到來，以及兩位科學(xué)巨人之間的爭斗，光的最深層秘密才最終被揭示出來。
時(shí)間來到1652年，荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和全能天才克里斯蒂安·惠更斯正在研究光學(xué)現(xiàn)象。他注意到光是如何通過透鏡傳播并反射在鏡面上的，對光的折射現(xiàn)象特別感興趣，即當(dāng)光從一個(gè)介質(zhì)傳到另一個(gè)介質(zhì)時(shí)，光線的路徑會(huì)彎曲。惠更斯注意到，光有時(shí)會(huì)被他的儀器分成彩虹的顏色，有時(shí)則產(chǎn)生奇怪的明暗圖案，所以他認(rèn)為，這樣的現(xiàn)象證明了，光是某種波動(dòng)的，某種傳播的振蕩。
波動(dòng)在自然界中隨處可見，從行星軌道到振動(dòng)的電子。讓我們從一個(gè)簡單的圖像開始。想象一個(gè)擺在秋千上的孩子，當(dāng)他們蕩秋千時(shí)，他們的位置從一個(gè)位置振蕩到下一個(gè)位置，然后再回到原來的位置，就像驅(qū)動(dòng)祖父鐘規(guī)律的嘀嗒聲一樣。
當(dāng)振蕩同步但略微不協(xié)調(diào)時(shí)，波就形成了。在平靜的池塘中扔入一塊石頭，會(huì)帶動(dòng)周圍的水下沉，但水會(huì)彈回來，這個(gè)水花拉扯它的鄰居，誘使它們振蕩，反過來又拉扯它們自己的鄰居，這些振蕩會(huì)在池塘上展開成一個(gè)持續(xù)漣漪的圖案。
波無處不在，從空氣中交叉的聲波到受風(fēng)和月亮驅(qū)動(dòng)的海洋水波，地震可以在我們的地殼中產(chǎn)生劇烈破壞性的波動(dòng)，類似的波動(dòng)也在太陽和其他恒星的大氣中波動(dòng)。因此，光似乎也是一種波動(dòng)。
但這引出了一個(gè)明顯的問題：如果光是一種波動(dòng)，那么是誰在震蕩呢？在英國，羅伯特·胡克也得出了類似的結(jié)論，他意識(shí)到這種波動(dòng)的光的圖像可以解釋他所見到的許多現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)這是前沿科學(xué)，但是胡克遇到了一個(gè)問題，而那個(gè)問題就是一個(gè)人。
倫敦皇家學(xué)會(huì)里沒有羅伯特·胡克的存世肖像畫，多年來，一個(gè)傳言世代相傳，一位有權(quán)有勢的人，在接管倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)長職務(wù)時(shí)弄丟了那幅畫。是誰呢？羅伯特·胡克有一個(gè)強(qiáng)大的敵人，那個(gè)敵人的名字叫艾薩克·牛頓。在缺乏胡克的當(dāng)代形象的情況下，對于這兩個(gè)人并不是沒有爭議的。牛頓在數(shù)學(xué)和重力的廣泛發(fā)現(xiàn)之外，還對光學(xué)和光的本質(zhì)感興趣，他對胡克或惠更斯所說的話并不滿意。
事實(shí)上，正是牛頓發(fā)現(xiàn)通過將白光透過棱鏡傳遞可以分解成一道彩虹。與胡克一樣，他一直在思考這個(gè)問題，但與胡克不同，牛頓并沒有得出結(jié)論認(rèn)為光是某種波動(dòng)。
牛頓認(rèn)為，光由微小的粒子組成。牛頓關(guān)注的是衍射現(xiàn)象，即波通過尖銳的邊緣時(shí)會(huì)彎曲。他知道空氣中的聲波在經(jīng)過尖銳邊緣時(shí)會(huì)彎曲，這表明你可以從角落處偷聽對話而看不到說話者，你可以在物體后面聽到聲音，但看不到。
因此，他推斷光顯然不能是一種波動(dòng)。他并沒有止步于此，牛頓更進(jìn)一步地推理，他推斷出光作為一串粒子甚至?xí)艿揭Φ挠绊憽?/span>
在他于1704年出版的《光學(xué)》一書中，他寫道：“物體能在遠(yuǎn)處對光產(chǎn)生作用并使其光線彎曲”。盡管現(xiàn)在我們知道他在這一點(diǎn)上是正確的，但幾個(gè)世紀(jì)過去了才證實(shí)了他的正確性。
因此，當(dāng)時(shí)的牛頓的光顆粒理論統(tǒng)治至上，更多是因?yàn)樗膫€(gè)人權(quán)威和科學(xué)地位，而不是它解釋了多年來關(guān)于光的復(fù)雜觀察的能力。
然而，隨著時(shí)間的推移，牛頓的理論統(tǒng)治地位逐漸弱化，這也說明，權(quán)力帶來的持久效果遠(yuǎn)弱于真理。在1800年，博學(xué)的托馬斯·楊通過一對狹縫投射光，并在背景屏幕上觀察到干涉圖案。雖說這不是第一次展示干涉現(xiàn)象，但卻是最清晰的一次。
牛頓將光描繪為粒子，如何解釋楊的干涉觀察呢？光如何作為小顆粒穿過其中一個(gè)狹縫或另一個(gè)狹縫，產(chǎn)生觀察到的圖案呢？只需向靜止的池塘扔幾塊鵝卵石，就能發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象自然由波產(chǎn)生，無論是水中的波還是光中的波。其他關(guān)于光的觀察也支持其波動(dòng)性質(zhì)，包括光通過一種叫做方解石的材料的偏振。
然而，幾個(gè)世紀(jì)以來，一個(gè)重要的問題始終沒有答案，即如果光是一種波，那么到底是什么在起伏？光的一小部分是在質(zhì)子捕獲電子時(shí)誕生的。它迅速?zèng)_向宇宙，強(qiáng)大而充滿活力，但隨著它的旅行和宇宙的膨脹，它開始失去一些能量。
最初照射到我們眼睛中的光逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴屎绲念伾缓笞兂杉t色。不久之后，其他充滿能量的光從億萬新形成的恒星中閃耀出來。也存在著不同類型的光，有極高能量的光，也有幾乎沒有能量的光。
當(dāng)然，我們的光并不知道這些對人類眼睛來說是看不見的，因?yàn)橹钡綆资畠|年后才有了可以看到它們的眼睛，事實(shí)上，這些被我們稱為X射線和無線電波的光在19世紀(jì)末才被我們發(fā)現(xiàn)。
在這個(gè)新時(shí)代，思想本身將通過無線電傳輸。吉列爾莫·馬可尼在意大利博洛尼亞附近的父親莊園中。他當(dāng)時(shí)還是一個(gè)年輕人，只有20歲，但是他的教育讓他看到了一個(gè)無形的世界。在19世紀(jì)之前，光的性質(zhì)已經(jīng)逐漸被揭示出來，馬可尼準(zhǔn)備利用這一新發(fā)現(xiàn)的知識(shí)來改變一切。
馬可尼凝視著自己的設(shè)備，等待在黑暗中看到一道微弱的火花。在他的工作室里，有一束電線和線圈，這樣的火花并不令人驚訝。但是，這個(gè)火花的推動(dòng)力不在他面前的設(shè)備上，而是在幾英里之外的類似設(shè)備中。
當(dāng)然，19世紀(jì)見證了電報(bào)的出現(xiàn)，通過橫跨整個(gè)國家和大陸的電線發(fā)送電子脈沖，但這需要通過空中和海底敷設(shè)電線。馬可尼并不需要這樣的電線，他將發(fā)送的消息不會(huì)沿著銅線傳遞，他的消息將完全看不見地飛行穿越空氣。但是，問題是如何實(shí)現(xiàn)呢？答案在于科學(xué)界的一個(gè)偉大天才，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。當(dāng)年輕的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋于1850年抵達(dá)劍橋大學(xué)時(shí)，他被告知所有學(xué)生都必須參加上午6點(diǎn)15分的教堂禮拜。這位蘇格蘭天才長期以來一直是夜貓子（有人說，天才90%都是夜貓子），并簡單回答道：“我猜我可以熬到那么晚。”他的名字在現(xiàn)代世界上隨處可見，但他最偉大的成就是將兩個(gè)看似不相關(guān)的現(xiàn)象相結(jié)合，創(chuàng)造出了一種非凡的東西。
自古以來，人們已經(jīng)知道電和磁的存在，這可以從物體之間的奇怪吸引力和神秘的會(huì)指北的石頭中看到。但到19世紀(jì)，人們逐漸意識(shí)到這兩者并非完全獨(dú)立。電流的流動(dòng)可以產(chǎn)生磁場，而變化的磁場可以在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。當(dāng)麥克斯韋凝視著這些方程式時(shí)，他開始看到一個(gè)更深層次的畫面。
他發(fā)現(xiàn)電和磁可以統(tǒng)一為一個(gè)整體，一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)體系，涵蓋了所有的電學(xué)和磁學(xué)現(xiàn)象。但是，麥克斯韋的偉大洞察力不僅僅涉及電磁復(fù)雜性，他還對最簡單的情況進(jìn)行了思考，即真空中的電磁現(xiàn)象。在真空的空虛中，光是如何傳播的？麥克斯韋知道電磁場填滿了所有的空間，即使在真空中也是如此，但人們想象中的是，在空虛的空間中，這些場應(yīng)該是零，事實(shí)上不存在。
但是，如果你在這些場中抓住一個(gè)（電場或磁場），使得這些場在某個(gè)位置不為零，麥克斯韋就思考了這個(gè)問題，利用他的方程式來探索情況的演變。答案是令人震驚的。想象一下捏住手背上的皮膚，當(dāng)你松開捏緊時(shí)，皮膚會(huì)迅速恢復(fù)到未被捏緊的狀態(tài)，如果你年輕一些可能會(huì)更快，如果你年紀(jì)大一些可能會(huì)慢一些。
麥克斯韋的方程式告訴他，電磁捏緊會(huì)逐漸回歸零，但這并不是故事的終點(diǎn)。捏住電場會(huì)在磁場中產(chǎn)生類似的捏緊，而磁場的捏緊又會(huì)在電場中產(chǎn)生捏緊，這些捏緊并不會(huì)簡單地回歸零，而是會(huì)振蕩并相互再生，從一個(gè)時(shí)刻到下一個(gè)時(shí)刻。就像池塘上的漣漪一樣，這些振蕩以波的形式傳播開來。
因此，麥克斯韋意識(shí)到這些振蕩具有光的屬性。他意識(shí)到光是一種自我傳播的電磁波。但是，是什么引起了這些漣漪？在池塘中投入的石頭的電磁對應(yīng)物是什么？他發(fā)現(xiàn)它是電荷，即我們現(xiàn)在所知的電子。當(dāng)這些電荷搖擺和振蕩時(shí)，它們會(huì)擾動(dòng)附近的電場和磁場，這些擾動(dòng)以電磁輻射的形式傳播出去，即我們所稱的光。他還意識(shí)到，反過來也是如此，當(dāng)光進(jìn)入眼睛并照射到視網(wǎng)膜上時(shí)，光的振蕩必然會(huì)使得眼睛中的原子中的電子搖擺，正是這種電子的搖擺將信號傳遞給大腦，我們就認(rèn)知為視覺。最后，麥克斯韋理解了波動(dòng)的本質(zhì)、波動(dòng)的原因，還有一件事。
未完待續(xù)
之前的兩個(gè)長篇我認(rèn)為寫的都不錯(cuò)，喜歡的朋友可以細(xì)細(xì)研讀。
宇宙如何開始？（下）
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