入春後第一個周末是難得有好太陽的一天。老婆孩子出門了，剩我一人在家。打開通曬
台的門，探身出去，感覺空氣暖和，就把門開着。陽光從窗口灑進房廳，亮晃晃。我坐
在沙發里，看陽光里細小亮點跳舞，聽外面傳進來的風鈴聲，突然間感覺有點迷糊，幾
成醉意那樣子，不想做什麼事情了，就呆坐着打發時間。

最近老忙。隨着小女兒到了上學年齡，事情趕上她姐姐一樣多，大人也就陪着忙起來了。
以前還有空寫點文章什麼的，如今是光有心思沒精力。就連看書時間都少，每月每周來
的幾份雜誌，沒一本翻過一遍，靠坐馬桶那點時間瞅幾眼，連一篇文章都沒正經讀完。

那天坐沙發里我想，人生苦短，轉眼就到這歲數，緊趕慢趕的，可別就為了快點把歲數
趕到頭吧？今天幹嘛不浮生偷閒，坐下來讀點書什麼的。於是我挑一本近期國家地理雜
志，翻到裡頭一篇長文章，讀起來。這篇文章講的是恆星老死的事情。

微風中風鈴聲時有時無，響起來時是一串音符，高低不一，其中有一個是F音，中央C之
上。今天我對這F音有了一份虔敬心情，它是太古的聲音。

× × × ×

說它太古還是不夠意思。那是很多億年前的事，那時不要說人類，連地球太陽的影子都
沒有。雖然時隔遙遠，那F音跟我們密切相關；沒這F音就沒有我們及我們周圍的世界，
包括整個地球。

近年來物理研究有兩件事情值得說說，一件是恆星命終時的聲爆，就是上面說的F音，
還有一件是去年獲諾貝爾獎的有關微波背景輻射的研究。兩件都是關於宇宙早時候的事
情，所謂一聲一色。

按照大爆炸學說，宇宙始於137億年前的一瞬間。人們常說眨眼一瞬間，以為那是很短時
間了，可是跟宇宙誕生的那一瞬間比，還是太長。從零秒到10^(-32)秒，宇宙就度過了所謂
“極早期宇宙”階段。現在世界上有物質有力場，物質間通過各種力場相互作用，不妨
想象物質如角鬥士而力場如各種兵器，在世界之初，我們所知道的任何一種物質形式還
沒出現，即角鬥士們尚未出場，兵器們就先乒乒乓乓演化一番。四種基本力，引力、電
磁力、強力和弱力，在宇宙零秒時尚統一為一種力，稱超力。10^(-43)秒時，宇宙溫度
降到10^32 K，引力開始脫離出來。隨着宇宙變大，10^(-35)秒時溫度降至10^27 K，強
力也分離出來了。這一分離引發了宇宙相變。說到相變我們會想到熟悉的固體融化為液
體那樣的過程，但這個宇宙相變非同小可，它又稱暴脹，為期不長，僅10^(-32)秒左右
時間，幾厘米直徑的宇宙脹大了10^(50)倍。暴脹的根本原因來自宇宙的真空能（以後
有空再多說幾句真空能），其密度之大以至當時的引力實際上成了排斥力，形成巨大的
膨脹場勢能。10^(-32)秒後，暴脹霎時緩下來，膨脹場勢能已被釋放出來，轉化成高能
量的夸克，電子，中微子以及光子，它們充塞宇宙。這就是極早期宇宙階段，其間發生
的事情遠非當今物理知識所能辯明，上述一切全屬半蒙半猜。

接下來從10^(-32)秒到第一顆恆星出現（大約宇宙1.5億到10億歲左右）是“早期宇宙”
階段，里頭發生的事情用當今物理知識就能較容易理解了。10^(-32)秒時，電磁力和弱
力還統合在一起，稱電弱作用力。這電弱作用力已經被當今物理學者研究得很好了，理
論有實驗結果支持。我們知道在多高能量時兩種力會合併，低時分開。到了宇宙10^(-12)
秒，溫度降至10^15 K，電磁力和弱力就分手了。統治當今宇宙一切物理規律的四種基本
力此時全部到位，至今不再有過演變。物質形式變化開始唱主戲。我們理解物質構造曾沿
着分子原子至原子核電子及至中子質子乃至夸克玻色子一路往小里鑽，如今描述宇宙物
質形成的過程，就得倒着走。一般說，溫度高到一定程度分子原子就變不穩定，分裂為
原子核和電子，溫度再高時就連原子核也不穩定，分裂為質子中子，最後連質子中子在
更高溫下也分裂為夸克。按照標準模型（當今物理學對物質世界描述的藍本），基本粒
子包括夸克，電子，中微子，玻色子，是不可分粒子，我們描述物質演變就從這裡開始。
宇宙在10^(-12)秒時充滿夸克，電子，中微子，光子，到10^(-6)秒溫度降到10^13 K，
夸克們粘在一起成質子中子等強子。到100秒，溫度為10^9K，宇宙開始核合成，質子中
子們粘在一起生成氘核，氦核等輕元素原子核。到30萬年時溫度為3000K，原子核與電子
們粘在一起成中性原子，這一時期稱為複合紀元（稱它複合可能有點誤導，這可是原子
核與電子的第一次結合。物理學家把電子與原子核分離叫電離，其逆過程就叫複合，大
概把這稱呼沿用進大爆炸學說裡頭來了）。複合紀元是一個重要時期，我們後面說的一
些事情與它有關，得多花筆墨。但這之前先說幾句光子。

30萬歲之前的宇宙基本上可以說是一鍋渾濁熱湯，裡頭物質和光糾纏不清。物質一生下
來就與光處於一種平衡態。說平衡態是指物質粒子可以不費勁地搖身一變就成光子，不
高興了搖身一變又從光子變回粒子，就是這樣好玩。那是溫度太高的原因。等溫度降低
點了，物質和光子不能再玩變身遊戲，分開過日子，但兩者還是沒法徹底彼此告別，仍
然纏綿悱惻：光子打到粒子上，被粒子吸收，隨後粒子又把光子釋放出來，而剛釋放出
來的光子又立馬被另一個粒子吸收。光子與粒子相互作用的一個重要機理叫湯姆遜散射。
宇宙初期是一個大型等離子體，充滿自由電子及其他帶電粒子。電子在光的交變電磁場
作用下發生振動（吸收光子能量），振動也是一種加速度運動，電子一加速就產生電磁
輻射（吐出光子），這整個過程就可以看成是一種光散射。光與粒子這種纏綿使得光子
縱然擁有高速度也無法逃出那鍋等離子體熱湯。這種光子粒子相互作用有一個特性就是
不論光子能量高低，都能夠被吸收，釋放。因此光子能量按波長分布能保持溫度特徵，
也就是說，其頻譜有從低頻到高頻連續平滑分布，遵從普朗克分布律。光子能量分布具
有溫度特徵那是因為更早時候它們跟物質處平衡時不斷地被銷毀、再生，已經被充分
熱化（thermalized）了。這點具有的意義等一會兒會談到。

30萬歲的宇宙終於冷卻到了3000K，在複合紀元里，氫原子核紛紛與電子結合成中性氫
原子，帶電粒子數目銳減。少了湯姆遜散射，光子不再被吸收，於是大量光子射向空間。
可以說這是宇宙第一道光。之前的宇宙雖然裝滿光子，但光子被束縛住，根本透不出來
――你想象身處當時的宇宙中某點，在你的眼前縱然有一團光子，你還是兩眼黑什麼也
看不見。突然間第一道光射過來。這道光在一百多億年後的今天就是我們所說的微波背
景輻射，這話是什麼意思馬上就說到。由於它之前一直跟物質發生作用，因此它攜帶了
當時宇宙物質分布的信息。它跟後來星體發出來的光不是一回事，星體的光是源源不斷
製造出來的，那宇宙第一道光基本上可以說是伴隨宇宙一起來的，照理說這道光線於宇
宙30萬年被放出來就一閃沒了，但我們得仔細想想，它閃沒了沒有。別忘了，宇宙是一
直高速膨脹着的。當年靠近地球位置（當然那時候沒地球，但不妨想象預留給地球的那
個空間）的光子很快掃過來，遠離地球位置的光子就得穿過越來越拉長的空間，今天才
到達。不難理解這些光子帶着很大的紅移。當年照到地球位置的光子攜帶約0.3 eV的平均
能量（相應於3000K溫度），以後到達的光子就逐漸變紅，到今天紅成了微波，就是我
們所說的微波背景輻射。

依我個人理解，紅移跟宇宙降溫就是一回事。宇宙一直降溫，憑什麼降溫呢？從宏觀上
說，那是因為能量密度降低了，能量總和固定，宇宙體積變大，能量密度就變低。從微
觀上說，那是因為粒子間距離越來越大導致碰撞時的相對速度減小，碰撞能量減小則溫
度變低；溫度的一個表達就是氣相粒子的相對動能平均值。假如碰撞的是光子與粒子，
間距拉大就意味着紅移。早期宇宙的光子與物質溫度一致，假如沒有後來的造星運動導
致核反應而發光發熱，宇宙的物質及光子會一直冷卻下去，按計算，今天宇宙比30萬歲
時膨脹了約一千倍，溫度也就由3000K降至大約3K，那批光子波長也拉長約一千倍，從
可見光段落入微波段。

但宇宙物質並非一直冷卻下來。大約有10億年的時間，宇宙的確持續降溫，直至30K，
物理學家把這段時間稱為“黑暗世紀，”因為其中基本上沒任何事情發生，沒有新光
源產生，原來那批光子日漸稀疏並漸漸落入微波範圍，整個宇宙可說是漆黑一片。但
是慢慢地有了點變化。這變化日益積累，終於在大約宇宙第十億年的時候，第一顆太
陽出現。

隨後越來越多太陽出現，逐漸形成星系，星系團，超星系團。宇宙開始熱鬧起來，局
部充滿暴力，高溫發亮，這些都是引力幹的事。引力製造了星系等其他可觀測宇宙結
構。如今的宇宙膨脹已具新形式。宇宙空間仍然在膨脹，但只是星系間膨脹，星系裡
的尺度不變。你甭指望你家的房子一年一年變大。這情形就如發芝麻麵團，麵團不斷
變大，芝麻大小形狀不變。

假如沒有當初那個暴脹紀元，就沒有今天的宇宙結構，宇宙將會是一個均勻氣相，密
度及溫度逐漸降低。那個暴脹紀元帶來了宇宙物質密度的細微皺紋。這些淺微皺紋在
後來宇宙歲月里被引力場逐漸放大，發展成為一個個鎖住星系團的引力阱。