宇宙的最黑暗時代，人類認知的空白，宇宙歷史的斷代史
2023-04-02 02:09:46
(《[宇宙誕生日記》)有很多內容。我們將以系列形式介紹它。這是第二階段。長度很長。如果你不能一次讀完，建議你先把它收集起來，然後再讀。感謝您閱讀本文！)
「起初，上帝創造了天地地球是空的，混沌的，深淵是黑暗的，上帝的靈在水上運行。上帝說，「讓光存在吧。」所以有光」
這是《聖經》中創世紀的開始。雖然它來自神學，但它仍能啟發科學。至少神學和科學在這一點上達成了共識:光是宇宙中最重要的「元素」。
尋找最早的光長期以來，科學家們一直致力於尋找宇宙中的第一束光，即「上帝創造的最早的光」通過哈勃望遠鏡，我們已經看到了133億光年以外的星系，也就是133億年前的星系，這是我們所見過的最遙遠和最早的星系。距離133億光年的
是如何產生的？事實上，我們在「科學有意義」系列的專欄中介紹了它，今天，它又是天體的紅移。簡而言之，這就是都卜勒效應從天體傳輸到地球的光本質上是電磁波。因為波源離我們很遠，波長會更長，產生紅移光譜。通過紅移值z(計算如下，其中λ是觀察到的波長，λ0是原始波長；f是觀察到的頻率，f0是原始頻率)，可以推導出這些天體的距離。
很容易知道，當z=0，λ=λ0時，也就是說，這個點位於我們腳下，所以離我們的距離也是0，說白了，地球，或者太陽系(甚至銀河系)根據這一紅移，科學家計算出該星系的距離為133億光年。
根據科學家目前的研究，根據普朗克衛星校正，宇宙的年齡被認為是138.2億年。也就是說，在這個星系出現之前，宇宙也經歷了5.2億年左右
那麼，我們能繼續發展望遠鏡觀測技術，繼續觀測很久以前的宇宙嗎？
很難也許吧，但這是有限度的。換句話說，無論我們使用多大的望遠鏡，只要不是革命性的技術升級，我們都無法看到當時的宇宙。
這是當然的，距離越遠，看起來就越困難。此外，由於宇宙正在膨脹，這也增加了觀察的難度，它的亮度將按照(1+z) 2的規律衰減對於哈勃太空望遠鏡來說，對紅移為7的物體的觀測已經基本達到了極限。這個距離的物體大約是宇宙誕生後的5.2億年。
是相當奇怪的，雖然我們目前不能觀察到紅移為7的宇宙，但我們仍然可以觀察到紅移為1100的宇宙。雖然紅移的差異似乎被誇大了，但時間間隔也很好。1100的紅移發生在大爆炸後大約38萬年這是由於宇宙微波背景輻射的貢獻，它使我們能夠看到最原始的宇宙。
因此，我們在這個中間宇宙階段看不到任何東西，也就是說，在大爆炸後380，000到520百萬年(也就是說，z在7和1100之間)
是宇宙的黑暗時代
宇宙的黑暗時代
正如我們前面說過的，當宇宙剛剛形成時，天太熱了，到處都是「熱鍋上的光子」，他們根本感覺不到輕鬆。隨著宇宙的膨脹和溫度的降低，它們最終會「平靜下來」重子開始結合，形成氫原子(約佔92%)，剩下的是氦，只有非常少量的氘和鋰，沒有更重的元素
當所有的原子結合在一起時，宇宙突然變得「愚蠢」:我生命中還想要什麼？粒子都是誠實的，我應該平靜地度過我的晚年嗎？
我們知道原子作為一個整體是不帶電荷的，電子安全地圍繞著原子核。在氫原子的周圍，仍然有氫原子，氫原子和無數的氫原子是一樣的(當然這不一定是嚴格的，但很容易理解)每個人都很穩定，「井水不犯井水」
，正如我們所說，原子既不帶電也不發光，什麼也不做，吸收也不發射譜線。在這種情況下，整個宇宙陷入了沉默。正是因為這個原因，我們在這個時期看不到任何來自宇宙的光。更不用說可見光了，甚至紅外線、微波和其他電磁輻射都無法探測到。
比包大人還要黑
也許宇宙不想虛度一生，證明它不是一個膚淺的宇宙
但是，每個人都是黑人，都是真正的黑人
黑暗中的黃昏
是所謂的「銀總是會花，原子總是會發光」，這些氫原子畢竟還是給我們留下了線索黑髮的宇宙終於褪去髮際線，露出一點「光」...
，從原子結構開始我們知道氫原子的本質是電子和質子質子和電子本身不斷旋轉，稱為自旋。它們的自旋有兩個方向(我們使用正和負表達式)，所以它們的相對狀態有兩種，要麼是同一個方向，要麼是相反的方向。
在宇宙的黑暗時代，一半的氫原子是同方向的質子-電子組合，另一半是相反方向的質子-電子組合。然而，這兩種粒子似乎喜歡「互相爭鬥」。在前一種情況下，電子會在很長一段時間內翻轉(實際上是一種躍遷)，變成與質子自旋方向相反的狀態。在這個過程中，能量將被釋放，光子將被釋放。這個光子的波長是21釐米，所以它叫做21釐米線，也叫做氫線。對科學家來說，
是「不幸中的幸事」，給那個黑暗時代帶來一絲曙光。因為這種波長的光(儘管由於宇宙膨脹引起的都卜勒效應，氫線波長的一部分被拉至2米)屬於微波範圍，它可以很好地進入地球大氣層並被我們探測到。
躍遷的概率實際上很小，只有每秒2.9× 10 15。轉換後，每個電子翻轉平均需要1100萬年。幸運的是，宇宙中原子的時間和數量僅僅相當於15的冪嗎？因此，仍然有足夠的觀察對象讓我們了解黑暗時代。
優秀觀察點
然而，這條氫線不太容易觀察首先，我們必須有足夠強大的設備。儘管人類已經建造了大量的望遠鏡，事實上每個望遠鏡都使用不同的原理來觀察宇宙。為了觀察宇宙的黑暗時期，我們必須有收集微波的望遠鏡。其次，我們還需要屏蔽各種因素造成的幹擾，如地球磁場，這樣我們就可以清楚地看到這些譜線。最適合
的地方是在月亮的背面。由於背對地球，月球的背面幾乎完全被它巨大的身體保護著，避免了地球磁場的幹擾。因此，月球背面一直是天文學家夢寐以求的觀察地點。
巧合的是，月球背面有一個探測器——嫦娥4號然而，負責探索黑暗時代的並不是它本身，而是它的夥伴，中繼星喜鵲橋。在
喜鵲橋上有兩顆小型實驗衛星，可以從宇宙深處收集微弱的信號。與此同時，嫦娥四號還搭載了一個接收器，與喜鵲橋相配合，獲得了觀測宇宙黑暗時代的幹擾效果。中國科學院空間科學與應用研究中心主任吳季表示，中國將在月球軌道部署一個「衛星編隊」，以充分探索宇宙的黑暗時代。除了我們國家，美國自然也有這個決心早些時候，他們開始考慮在月球背面建立一個大型觀測系統，稱為「黑暗時代月球幹涉儀」(Dali)——一個跨度為48公裡、由數十萬根天線組成的巨大望遠鏡。然而，目前，該計劃尚未正式開始實施
現在我們知道宇宙並沒有一直保持沉默儘管在黑暗中度過了數億年，宇宙仍在慢慢甦醒並點亮。那麼，宇宙是如何「復活」的呢？在第三期《宇宙誕生雜誌》中，我們將為每個人回答這個問題。如果你感興趣，請點擊關注，在第一時間閱讀下一篇文章，你還可以獲得更多有趣的知識，謝謝你的支持！
