什麼時候才能看清大爆炸？

11-28

我們把大爆炸的光遠遠甩在身後就像離你很遠的地方有人朝你奔跑遠的時候你看不清他的樣子等他跑到你跟前你才能看清，所以等大爆炸的那些光追上我們是不是就能看到宇宙的開始-大爆炸

我不忍心打攪題主追尋星辰大海的夢想，但是有一個片語叫做：「surface of last scattering」，中文學名叫做「（臨界）最後散射面」。
什麼意思呢？就是說你永遠也不會也不可能看清大爆炸。
我們來看宇宙歷史的示意圖：

圖片摘自Big Bang Universe
在大爆炸後，宇宙非常非常的熱（超過10^19K！），帶電粒子在各處飛來飛去，任何在那時候可能有發射光形成的圖像當即就會被毀壞，因為光子很容易就會被那些飛來飛去的帶電粒子散射得一塌糊塗（想像一下電腦上的圖片，每一個像素都朝不同方向離開）。早期的宇宙就是這樣的殘暴，熱到所有的物質都被電離。在這樣的條件下，電磁輻射就會被這些電離粒子有效的散射掉，也正是這種散射使得早期宇宙處在一種所謂的「熱平衡」（thermal equilibrium，Thermal equilibrium）。這時候的宇宙是不透明的。
當然像很多加熱後又降溫的物質一樣，比如熱水蒸汽降溫後會變為水，液態水再降溫到冰點就會結冰，宇宙的降溫也會經歷相應的相轉變過程。當宇宙降溫到一個臨界溫度時，電子和質子就會重組或者再複合（recombine，Recombination (cosmology)）形成帶電中性的粒子（原子），從而降低了光子被散射的程度，這樣的一個時期叫做宇宙熱力學歷史中的再複合紀元。當輕子們的重組過程完成後，光子便不再被散射而可以自由的在空間中遊走（propagate），它們只受到宇宙紅移效應的影響。就是這些光子，在到達了先進我們的探測器上後成為了著名的宇宙微波背景輻射（CMB，Cosmic microwave background）：

圖片摘自Big Bang Universe
在這樣一個相轉變的過程中，也就是再複合紀元，產生了最後的散射面。而CMB光子並不會與電中性的氫原子互相作用，這些光子開始了脫耦（decouple，詳見Coupling (physics)），於是它們可以自由的在宇宙穿越而不再受到散射。

但由於空間膨脹，導致波長隨著時間的推移而增加（根據普朗克定律，波長與能量成反比），光線越來越微弱，能量也較低。這就是別稱「遺留輻射」的來源。「最後散射面」是指我們由光子脫耦時的放射源接收到光子的來源點在空間中的集合。

引自Cosmic microwave background
從這時候起，不透明的宇宙才開始變得透明，這時候宇宙大概走過了38萬年的歲月。所以一句話就是，我們肯定看不清大爆炸的。
如果要描述最後散射面，我覺得下面這幅圖是最好的解釋：

圖片摘自surface of last scattering
用Lawrence Krauss的話說就是：

「But if we know universe is 14 or 13.72 billion years old, if we look far enough we should see the Big Bang, right? Well, we can"t see all the way to the Big Bang because between us and the Big Bang there is the opaque wall meaning I can"t see past it."

他所指的wall就是surface of last scattering，也即最後散射面。

參考資料：
Big Bang
Cosmic microwave background
Coupling (physics)
Recombination (cosmology)
Thermal equilibrium
http://ned.ipac.caltech.edu/level5/Glossary/Essay_lss.html
https://www.quora.com/Can-we-see-the-Big-Bang

目前猜想大爆炸所產生的引力波能夠穿透一開始不透明的宇宙而被現在的我們觀測到，這被稱為原初引力波，前不久我們才剛剛能探測到黑洞相撞發出的引力波，而探測原初引力波所需要的精度大概得高好幾個數量級，所以慢慢等吧。。