入春后第一个周末是难得有好太阳的一天。老婆孩子出门了，剩我一人在家。打开通晒
台的门，探身出去，感觉空气暖和，就把门开着。阳光从窗口洒进房厅，亮晃晃。我坐
在沙发里，看阳光里细小亮点跳舞，听外面传进来的风铃声，突然间感觉有点迷糊，几
成醉意那样子，不想做什么事情了，就呆坐着打发时间。

最近老忙。随着小女儿到了上学年龄，事情赶上她姐姐一样多，大人也就陪着忙起来了。
以前还有空写点文章什么的，如今是光有心思没精力。就连看书时间都少，每月每周来
的几份杂志，没一本翻过一遍，靠坐马桶那点时间瞅几眼，连一篇文章都没正经读完。

那天坐沙发里我想，人生苦短，转眼就到这岁数，紧赶慢赶的，可别就为了快点把岁数
赶到头吧？今天干嘛不浮生偷闲，坐下来读点书什么的。于是我挑一本近期国家地理杂
志，翻到里头一篇长文章，读起来。这篇文章讲的是恒星老死的事情。

微风中风铃声时有时无，响起来时是一串音符，高低不一，其中有一个是F音，中央C之
上。今天我对这F音有了一份虔敬心情，它是太古的声音。

× × × ×

说它太古还是不够意思。那是很多亿年前的事，那时不要说人类，连地球太阳的影子都
没有。虽然时隔遥远，那F音跟我们密切相关；没这F音就没有我们及我们周围的世界，
包括整个地球。

近年来物理研究有两件事情值得说说，一件是恒星命终时的声爆，就是上面说的F音，
还有一件是去年获诺贝尔奖的有关微波背景辐射的研究。两件都是关于宇宙早时候的事
情，所谓一声一色。

按照大爆炸学说，宇宙始于137亿年前的一瞬间。人们常说眨眼一瞬间，以为那是很短时
间了，可是跟宇宙诞生的那一瞬间比，还是太长。从零秒到10^(-32)秒，宇宙就度过了所谓
“极早期宇宙”阶段。现在世界上有物质有力场，物质间通过各种力场相互作用，不妨
想象物质如角斗士而力场如各种兵器，在世界之初，我们所知道的任何一种物质形式还
没出现，即角斗士们尚未出场，兵器们就先乒乒乓乓演化一番。四种基本力，引力、电
磁力、强力和弱力，在宇宙零秒时尚统一为一种力，称超力。10^(-43)秒时，宇宙温度
降到10^32 K，引力开始脱离出来。随着宇宙变大，10^(-35)秒时温度降至10^27 K，强
力也分离出来了。这一分离引发了宇宙相变。说到相变我们会想到熟悉的固体融化为液
体那样的过程，但这个宇宙相变非同小可，它又称暴胀，为期不长，仅10^(-32)秒左右
时间，几厘米直径的宇宙胀大了10^(50)倍。暴胀的根本原因来自宇宙的真空能（以后
有空再多说几句真空能），其密度之大以至当时的引力实际上成了排斥力，形成巨大的
膨胀场势能。10^(-32)秒后，暴胀霎时缓下来，膨胀场势能已被释放出来，转化成高能
量的夸克，电子，中微子以及光子，它们充塞宇宙。这就是极早期宇宙阶段，其间发生
的事情远非当今物理知识所能辩明，上述一切全属半蒙半猜。

接下来从10^(-32)秒到第一颗恒星出现（大约宇宙1.5亿到10亿岁左右）是“早期宇宙”
阶段，里头发生的事情用当今物理知识就能较容易理解了。10^(-32)秒时，电磁力和弱
力还统合在一起，称电弱作用力。这电弱作用力已经被当今物理学者研究得很好了，理
论有实验结果支持。我们知道在多高能量时两种力会合并，低时分开。到了宇宙10^(-12)
秒，温度降至10^15 K，电磁力和弱力就分手了。统治当今宇宙一切物理规律的四种基本
力此时全部到位，至今不再有过演变。物质形式变化开始唱主戏。我们理解物质构造曾沿
着分子原子至原子核电子及至中子质子乃至夸克玻色子一路往小里钻，如今描述宇宙物
质形成的过程，就得倒着走。一般说，温度高到一定程度分子原子就变不稳定，分裂为
原子核和电子，温度再高时就连原子核也不稳定，分裂为质子中子，最后连质子中子在
更高温下也分裂为夸克。按照标准模型（当今物理学对物质世界描述的蓝本），基本粒
子包括夸克，电子，中微子，玻色子，是不可分粒子，我们描述物质演变就从这里开始。
宇宙在10^(-12)秒时充满夸克，电子，中微子，光子，到10^(-6)秒温度降到10^13 K，
夸克们粘在一起成质子中子等强子。到100秒，温度为10^9K，宇宙开始核合成，质子中
子们粘在一起生成氘核，氦核等轻元素原子核。到30万年时温度为3000K，原子核与电子
们粘在一起成中性原子，这一时期称为复合纪元（称它复合可能有点误导，这可是原子
核与电子的第一次结合。物理学家把电子与原子核分离叫电离，其逆过程就叫复合，大
概把这称呼沿用进大爆炸学说里头来了）。复合纪元是一个重要时期，我们后面说的一
些事情与它有关，得多花笔墨。但这之前先说几句光子。

30万岁之前的宇宙基本上可以说是一锅浑浊热汤，里头物质和光纠缠不清。物质一生下
来就与光处于一种平衡态。说平衡态是指物质粒子可以不费劲地摇身一变就成光子，不
高兴了摇身一变又从光子变回粒子，就是这样好玩。那是温度太高的原因。等温度降低
点了，物质和光子不能再玩变身游戏，分开过日子，但两者还是没法彻底彼此告别，仍
然缠绵悱恻：光子打到粒子上，被粒子吸收，随后粒子又把光子释放出来，而刚释放出
来的光子又立马被另一个粒子吸收。光子与粒子相互作用的一个重要机理叫汤姆逊散射。
宇宙初期是一个大型等离子体，充满自由电子及其他带电粒子。电子在光的交变电磁场
作用下发生振动（吸收光子能量），振动也是一种加速度运动，电子一加速就产生电磁
辐射（吐出光子），这整个过程就可以看成是一种光散射。光与粒子这种缠绵使得光子
纵然拥有高速度也无法逃出那锅等离子体热汤。这种光子粒子相互作用有一个特性就是
不论光子能量高低，都能够被吸收，释放。因此光子能量按波长分布能保持温度特征，
也就是说，其频谱有从低频到高频连续平滑分布，遵从普朗克分布律。光子能量分布具
有温度特征那是因为更早时候它们跟物质处平衡时不断地被销毁、再生，已经被充分
热化（thermalized）了。这点具有的意义等一会儿会谈到。

30万岁的宇宙终于冷却到了3000K，在复合纪元里，氢原子核纷纷与电子结合成中性氢
原子，带电粒子数目锐减。少了汤姆逊散射，光子不再被吸收，于是大量光子射向空间。
可以说这是宇宙第一道光。之前的宇宙虽然装满光子，但光子被束缚住，根本透不出来
――你想象身处当时的宇宙中某点，在你的眼前纵然有一团光子，你还是两眼黑什么也
看不见。突然间第一道光射过来。这道光在一百多亿年后的今天就是我们所说的微波背
景辐射，这话是什么意思马上就说到。由于它之前一直跟物质发生作用，因此它携带了
当时宇宙物质分布的信息。它跟后来星体发出来的光不是一回事，星体的光是源源不断
制造出来的，那宇宙第一道光基本上可以说是伴随宇宙一起来的，照理说这道光线于宇
宙30万年被放出来就一闪没了，但我们得仔细想想，它闪没了没有。别忘了，宇宙是一
直高速膨胀着的。当年靠近地球位置（当然那时候没地球，但不妨想象预留给地球的那
个空间）的光子很快扫过来，远离地球位置的光子就得穿过越来越拉长的空间，今天才
到达。不难理解这些光子带着很大的红移。当年照到地球位置的光子携带约0.3 eV的平均
能量（相应于3000K温度），以后到达的光子就逐渐变红，到今天红成了微波，就是我
们所说的微波背景辐射。

依我个人理解，红移跟宇宙降温就是一回事。宇宙一直降温，凭什么降温呢？从宏观上
说，那是因为能量密度降低了，能量总和固定，宇宙体积变大，能量密度就变低。从微
观上说，那是因为粒子间距离越来越大导致碰撞时的相对速度减小，碰撞能量减小则温
度变低；温度的一个表达就是气相粒子的相对动能平均值。假如碰撞的是光子与粒子，
间距拉大就意味着红移。早期宇宙的光子与物质温度一致，假如没有后来的造星运动导
致核反应而发光发热，宇宙的物质及光子会一直冷却下去，按计算，今天宇宙比30万岁
时膨胀了约一千倍，温度也就由3000K降至大约3K，那批光子波长也拉长约一千倍，从
可见光段落入微波段。

但宇宙物质并非一直冷却下来。大约有10亿年的时间，宇宙的确持续降温，直至30K，
物理学家把这段时间称为“黑暗世纪，”因为其中基本上没任何事情发生，没有新光
源产生，原来那批光子日渐稀疏并渐渐落入微波范围，整个宇宙可说是漆黑一片。但
是慢慢地有了点变化。这变化日益积累，终于在大约宇宙第十亿年的时候，第一颗太
阳出现。

随后越来越多太阳出现，逐渐形成星系，星系团，超星系团。宇宙开始热闹起来，局
部充满暴力，高温发亮，这些都是引力干的事。引力制造了星系等其他可观测宇宙结
构。如今的宇宙膨胀已具新形式。宇宙空间仍然在膨胀，但只是星系间膨胀，星系里
的尺度不变。你甭指望你家的房子一年一年变大。这情形就如发芝麻面团，面团不断
变大，芝麻大小形状不变。

假如没有当初那个暴胀纪元，就没有今天的宇宙结构，宇宙将会是一个均匀气相，密
度及温度逐渐降低。那个暴胀纪元带来了宇宙物质密度的细微皱纹。这些浅微皱纹在
后来宇宙岁月里被引力场逐渐放大，发展成为一个个锁住星系团的引力阱。