宇宙大爆炸的声音会不会吵醒邻居?

宇宙大爆炸的声音会不会吵醒邻居?

王清扬,宇宙学博士,小星星、恬豆包、雏草姬、GOGO队

不会,因为大爆炸的声音没有处在人类的听觉范围内。

宇宙大爆炸的声波是以“重子声振荡”的形式存在的。在宇宙大爆炸时期,由于暴胀带来的密度扰动,宇宙中会存在一些密度较高的区域。这些区域聚集了大量的暗物质、重子物质(可见物质)、光子和中微子。

光子和重子之间有非常强的相互作用,它们构成了高温的原初等离子体。等离子体内部的压强非常高,光子会推动重子向低密度的区域扩散。而重子和暗物质之间的引力又会使它们有压缩的趋势。向外的压强和向内的引力使重子密度产生振荡,重子的密度扰动就会以波动的形式向外传播。这类似于空气的压差形成声波,因此称为重子声振荡。

下面这张图展示了重子声振荡的过程。黑色曲线是暗物质的扰动,蓝色是重子的扰动,红色是光子,绿色是中微子。可以看到一开始光子推动着重子的声波向外传播,暗物质由于不和它们相互作用而留在原地。直到 z=1100(宇宙诞生后 38 万年)的时候重子光子退耦,光子能够自由传播(成为 CMB),不再推动重子,重子声波的传播才停止。

那为什么说这种声波没有处在人类听觉范围内呢?因为它的波长实在是太长了。可以看上面这张图的横轴尺度,是 100Mpc 的数量级,一个 Mpc 是 326 万光年,100Mpc 就是好几亿光年。这是重子声波停止传播之后,随宇宙膨胀被拉伸,遗留至今天的尺度。就像下面这张图展示的,每个球面的中心是重子声振荡发生后暗物质留在中心聚集的区域,每个球面是重子声波峰值最后传播到的区域。这两个区域的密度都比宇宙中的其他区域要高一些,因此星系分布会更密集一些。

那重子声波刚刚产生的时候它的尺度是不是要小一些呢?的确,那个时候是大爆炸的末期,宇宙的整体尺度只有现在的几千分之一,重子声波的尺度就也只有现在的几千分之一。但就算如此,换算下来它那时的尺度也在十万光年的数量级,远远超过了人的尺度。因此,就算这个人是超人,能扛住大爆炸时期极度的高温,他也听不到这些宇宙的低鸣。

所以让你的邻居放心睡吧,宇宙安静得很。