大爆炸以來宇宙中一共有多少個光子？科學家剛剛測算出來了！

讓我們敞開自己的思緒，地球，恆星，黑洞，銀河系，河外星系，大尺度結構，宇宙，以及——宇宙大爆炸，當我們心懷這一切的時候，在無垠的黑暗太空之中，那些亮閃著的，凡是能夠看到的東西，是怎樣到達我們眼睛的呢？

光子！沒錯，這一切都是因為恆星產生的光子，在宇宙中橫衝直撞，到達了我們的眼睛，或者照射在某些可見物質上，散射出來的光子進入我們的眼帘，作用於我們的視覺神經系統，從而在大腦里產生的電信號。

所以我們能夠在白天看到山川秀麗陽光明媚，在夜晚看到銀河璀璨星光燦爛，都是因為恆星發出的光子。那麼，自宇宙誕生以來，宇宙中的恆星一共產生了多少個光子呢？

馬可·阿耶洛在仰望星空/圖片來源：克萊姆森大學

你肯定已經瞠目結舌作不可思議狀了，我們怎麼可能知道宇宙誕生以來產生了多少星光？然而，美國克萊姆森大學天體物理學家馬可·阿耶洛和他的團隊可不這麼看，他們硬是想到了一個巧妙的辦法，算出了自大爆炸以來宇宙大生產產出的光子總數。

根據科學家們的估計，從137億年前宇宙大爆炸以來，已經產生了無數的星系和恆星，整個宇宙可能有2萬億個星系，上萬億萬億的恆星，產生了……好吧，沒法用數字來表達了，產生了無數的光子。遺憾的是，宇宙空間極為浩大，這些星光都非常暗淡，在我們地球上看來，大約相當於一個4公里以外的60瓦燈泡亮度。另外，黃道光和銀河系自身的光也會干擾我們，沒有人能直接觀察到宇宙中究竟產生了多少光子。

阿耶洛的團隊使用了伽瑪射線光子來間接地量化星光。伽瑪射線光子能量是可見光的10億倍，當它們穿過太空時，會與恆星產生的光子相互作用而被吸收；星光越多，吸收也就越多；所以可以通過伽瑪射線被吸收的比率來算出我們和伽瑪射線源之間的星光密度，進而算出宇宙的光子總量。

研究人員利用美國宇航局（NASA）費米伽馬射線太空望遠鏡9年的觀測數據，分析了宇宙中739個強伽瑪射線源——耀變體發出的光，測定了它們被河外星系背景光（EBL，由所有紫外線、可見光和紅外線組成的宇宙霧）吸收的比率，並減去來自其它光源——如大質量黑洞周圍吸積盤發出的光子，得到了整個宇宙中光子的密度。這些耀變體離地球的距離從數億，到數十億，到上百億光年，研究人員可以通過它們測量宇宙不同年代的光子密度，從而重建了整個宇宙時期EBL的光子密度。

739個耀變體/圖片來源：克萊姆森大學

現在你已經知道該怎麼做了，但測算這個光子密度可是花了科學家們整整3年的時間！用這個密度乘以宇宙的體積，他們得到了整個宇宙中的光子總數：4x10^84個。

自時間開始以來，到費米望遠鏡獲得數據的那一刻，整個可觀察宇宙歷史上就產生了這麼多光子。可以作為參考的是，宇宙中所有粒子的總數大約是10^80個（摺合成氫原子）。我承認，我的思緒已經有點凌亂了，居然連這都算得出來！

這個數據有什麼用呢？研究人員認為，這個數據將有助於科學家們未來對宇宙的深入研究，比如測定宇宙膨脹速度和哈勃常數，探索早期宇宙，研究恆星形成的歷史等等。

這項研究發表在11月30日《科學》雜誌上。

論文：http://science.sciencemag.org/content/362/6418/1031

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