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2013 年 2 月 13 日

太陽系的前世今生 (44)：復合時期 ─ 大霹靂之後 37 萬 7 千年

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 在前幾天我們介紹大霹靂造就了時間 (time) 、空間 (space) 的起源 ，在大霹靂發生至 10-43 秒之間存有極高溫狀態的普朗克時期 (Planck epoch)，從 10-43 秒開始持續到 10-36 秒之間的大一統時期 (Grand unification epoch)，從大霹靂之後的 10-36 秒開始持續到 10-33 秒之間能夠使 基礎粒子 獲得 質量  (mass) 的希格斯機制 （Higgs mechanism）促使宇宙的最早期階段由基本粒子 輕子、夸克、介子、重子等粒子與反粒子和輻射充斥整個時空， 呈現出宇宙初期的渾沌膨脹 (chaotic inflation) 狀態，在大霹靂之後的 10-36 秒開始持續到 10-12 秒之間伴隨著這些基本粒子產生的 電弱交互作用力主導的時期 (Electroweak epoch)， 從大霹靂之後的 10-12 秒開始持續到 10-6 秒之間的 夸克時期 (Quark epoch)， 從大霹靂之後的 10-6 秒開始持續到 1 秒之間的 強子時期 (Hadron epoch)，從大霹靂之後的 1 秒開始持續到 10 秒之間的 輕子時期 (lepton epoch) ，從大霹靂之後的 10 秒開始持續到 38 萬年之間的 光子時期 (photon epoch)， 從大霹靂之後的 3 分鐘開始持續到 20 分鐘之間進行的 太初核融合 (Big Bang nucleosynthesis)，大霹靂之後 7 萬年間由原子 (atoms) 組成分子 (molecule) 所構成的 物質主導時期 。 今天繼續介紹帶電的電子和質子在宇宙中首度結合成電中性氫原子 (electrically neutral hydrogen atoms) 呈現的復合時期 (recombination epoch) ─ 大霹靂之後 37 萬 7 千年。

            大霹靂後的最初期宇宙是炙熱的，光子 (photons) 、 電子 (electrons) 和 質子 (protons) 密集呈電漿態 (hot dense plasma)，電漿和光子的交互作用造成的宇宙輻射，這些電漿有效地穿透光子的電磁輻射，每個光子在極短的距離就會遇到帶電粒子，使得宇宙變得不透明。 當宇宙逐漸膨脹時，也開始變冷，直到宇宙的溫度冷到活力充沛的中性氫可以形成， 大量的自由電子和質子被束縛於原子中，它們相對於中性氫原子的比率下降至約為 1 ：10,000。不久之後，在宇宙中的光子與物質退藕 (photons decoupled from matter)，因此復合 (Recombination) 有時也被稱為光子退藕 (photon decoupling)，光子在宇宙中不與物質交互作用的自由路徑 (mean free path) 變長後，就構成我們今日所觀測到的宇宙微波背景輻射 (cosmic microwave background radiation)，宇宙溫度約在 3,000  K  ~ 3 K 之間，整個宇宙變透明了。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (45)：黑暗時期
天文史上的今天 : 1910 年 2 月 13 日，美國物理學家威廉•布拉德福德•肖克利（William Bradford Shockley，1910.2.13.－1989.8.12.）出生。 他因與美國物理學家約翰巴丁 (John Bardeen，1908.5.23.─ 1991.1.30.)、沃爾特·豪澤·布拉頓(Walter Houser Brattain，1902.2.10. - 1987.10.13.) 的電晶體效應研究，共同榮獲 1956 年諾貝爾物理獎。  
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    主編 : 陳輝樺                 
         諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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