宇宙的歷史：從大霹靂到早期星系的謎團

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置身於地球上，我們經常仰望著無垠的星空，彷彿那些遙遠的星體和星系向我們述說著宇宙的歷史和秘密。

引言

宇宙論，作為研究宇宙整體演化的學科，為我們展開了一段關於宇宙如何從一個極端狀態進化到現在多樣性的景象的奇妙旅程。而在宇宙學的領域中，最受廣泛認可的理論莫過於大霹靂理論。這一理論詳盡描述了宇宙的形成，從一場短暫卻劇烈的爆炸開始，一直延伸到漫長的變革之中。根據這一理論，宇宙的膨脹過程並非一味地向外擴張，而是在固定時間範疇內經歷了三種不同的膨脹狀態：等速、減速和加速。

宇宙的起源可以追溯至一個體積微小、密度極高、溫度極端的歧異點，這一點僅有幾毫米寬，宛如一個超級黑洞。約在137億年前，這個微不足道的歧異點經歷了一次驚天動地的爆炸，我們稱之為大霹靂。

「大霹靂」：宇宙學的競爭與證據支持

「大霹靂」這個術語最早由英國天文學家弗雷德·霍伊爾提出。霍伊爾主張穩態理論，這是一個與大霹靂對立的宇宙學模型。他在1949年的英國廣播公司節目中用 「大霹靂的觀點」 來形容勒梅特等人的理論。大霹靂理論的支持證據包括哈勃定律、宇宙微波背景輻射、元素豐度、星系的演化和分佈等。哈勃定律表明，遙遠的星系和星系團在我們的觀測視線上都在不斷遠離，而且遠距離的退行速度更大。宇宙微波背景輻射則是一個重要的證據，它清楚地支持了霹靂的存在，特別是當科學家根據其頻譜繪製出黑體輻射曲線後，大多數人開始相信了大霹靂理論。

從這場爆炸之後，宇宙開始快速擴張並且冷卻，從極端高溫高密度的狀態進入了演化的起點。在宇宙的早期，主導著膨脹的是暗物質，這一階段是減速膨脹。而後期至今，則是由暗能量主導的加速膨脹。這種變化讓我們能夠以一個鐘形的圖像來描述宇宙隨時間的演化，呈現不同階段膨脹速度的變化。

大霹靂模型示意圖。（圖／WMAP）

宇宙歷史的關鍵階段：從大爆炸到生命的蓬勃發展

以下我們將以七個關鍵階段來勾勒宇宙的歷史，從宇宙的前十億年談起，特別關注最初三分鐘的劇變，這些變革形成了我們現今宇宙大部分物質的基石。首個階段是大暴脹期，在宇宙誕生後的極短1e-34秒裡，溫度極高，物質以最基本的粒子形式存在。隨之而來的是後暴脹期，宇宙的前1e-32秒，空間急速膨脹，溫度降至約1e27K，並且在這個階段開始有電子和中子的形成。然後，是快速降溫期，宇宙的前1e-6秒，溫度約1e13K，夸克結合形成質子和中子。接著，是宇宙的前三分鐘，溫度約1e8K，在此期間，氫和氦的原子核出現。第五階段是氫和氦原子核的形成，這也是宇宙中最早的主要元素。隨後的時間非常短暫，大部分基本粒子已經形成。然而，隨著時間的推移，宇宙的演化愈發漫長，逐漸轉變成我們所熟知且豐富多樣的宇宙。第六階段見證了第一代恆星的誕生，這個階段長

達數十億年，溫度降至70K，物質由於重力聚合成分子雲，而在這些區域內誕生了第一代恆星。第七階段則發生在10億至138億年之間，此時溫度逐漸降至3K。恆星經過演化，並因重元素的存在，第二代恆星和像太陽系一樣的行星系統開始形成。有了行星的存在，才開始形成適於生命發展的環境。

解析早期宇宙的新挑戰：早期恆星形成的謎團

然而，在宇宙的歷史中，最早恆星的出現帶來了新的謎題和挑戰。根據EDGES計畫的觀測，科學家發現最早的一批恆星誕生於大霹靂形成宇宙後約1.8億年。這一發現挑戰了我們對宇宙模型的既有理解，並提出了新的可能性。研究結果顯示，這些早期恆星的出現時間與某些理論的預測相符，但與其他理論存在不一致。此外，研究還指出，早期氫氣的吸收速率高於預期，這可能意味著對於早期宇宙溫度的理論存在問題。這或許是原始氣體比預期更冷，或者背景輻射的溫度比預期更高。這一發現也可能意味著早期星系的形成和恆星生成過程可能與我們目前的理解存在差異。因此，這些結果還需要進一步的研究和驗證，科學家希望能夠透過其他獨立的方法來確認EDGES望遠鏡的發現，並進一步探索這些觀測結果背後的意義和影響。

總結

這些探索將繼續引領我們更深入地了解宇宙的起源和演化，同時也揭示了我們對於宇宙的認識仍有待於不斷更新和擴展。這是一段旅程，充滿了驚喜、挑戰和機會，我們正站在宇宙之謎的前沿，期待著解開更多的謎團，揭示更多關於我們宇宙的奧秘。