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第4章 神奇的宇宙(4)

任何爆炸的发生都会放出巨大的能量。例如,普通炸弹爆炸时放出能量,是炸弹中炸药所蕴藏的化学能;原子弹和氢弹爆炸时放出能量,是原子核裂变或聚变时放出的原子能。那么宇宙大爆炸的能量来自何方呢?是化学能吗?是原子能吗?不是。因为在宇宙大爆炸的瞬间,温度是那么高,不仅一切化学物质不会存在,一切分子不会存在,连原子也不可能存在。科学家认为,在那个时刻只有那些比原子核还小得多的粒子存在,只有各种形式的辐射存在。因此,宇宙大爆炸的能量从根本上说来自这些粒子和辐射之间相互作用的能量。目前已知的相互作用有四类:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。科学家们推测,在宇宙大爆炸的瞬间,这四种相互作用或许是统一的,正是这种统一的相互作用为宇宙大爆炸提供了能量。

宇宙大爆炸的学说在今天还是一个发展中的学说,很多科学家还在对这一学说的细节进行修改和研究。宇宙大爆炸能量来自何方,这个谜也会随着这一学说的发展而被破译的。

宇宙的终结宇宙中的天体不是均匀分布的,各超星系团形成泡沫结构。

泡沫之间是星系密集的“宇宙长城”,距地球3亿光年的地方就有长约5亿光年,高约2亿光年的“宇宙长城”;而在1000万到1亿光年直径的泡沫中间则星系很少,叫做“宇宙空洞”。

根据现在比较公认的理论,宇宙是由大爆炸产生的,即从“无”

逐渐扩大。大约在150亿年前,刚刚诞生的宇宙是一个温度极高、压力极大的混沌火球,物质密度极大。所谓物质只不过是一些光子而已,然后逐渐形成各种基本粒子,成为现在各种物质的构成材料。巨大的压力使宇宙急剧地膨胀(即大爆炸),宇宙温度则因膨胀而逐渐降低,物质凝聚成一团团星系云,星系云又一步步分裂凝聚成一个个恒星,就这样逐渐发展至今。

如果宇宙确实是由大爆炸从“无”膨胀起来的,它就不可能是无限的,它只能是一个有限的三维空间。就像威力巨大的氢弹爆炸总有一个可算出的影响范围,不断膨胀的气球也总有一个一定的体积一样。但是,科学家们认为,宇宙没有尽头,我们无法说明哪里是宇宙的天涯海角,即我们找不到宇宙的边缘。

这怎么理解呢?让我们先来看看地球的情形。从地球上的任何一点一直向前走,我们都找不到地球的边缘,但最后可以回到原来的出发点。这说明地球没有尽头,但二维空间的地球表面却是有限的。以此类推到三维空间的宇宙,不管从上下左右前后哪个方向前进,我们都找不到宇宙的边缘,但可以回到原来的出发点。

这说明宇宙是有限的,但没有尽头。当然,还没有人能从宇宙中一点出发,又回到原来的地方。因此,这只有靠未来的科学技术去实践了。

根据“有限,但无尽头”的理论,宇宙是个什么形状呢?

最简单、最容易想象的形状是球形;其次是轮胎形,或叫甜面包圈形、环形;再就是一个瓶嘴弯过来插在瓶身上的形状,即克莱因瓶形。目前,科学家们认为宇宙的形状可能是这三种形状之一。

当然,宇宙的实际形状也可能是与以上三种形状截然不同的形状。

宇宙到底是什么形状,这要靠未来的科学技术去揭晓。不过有一点是清楚的,目前宇宙的形状只能从理论上去确定,因为我们不可能跑到宇宙之外去观测宇宙。

有生便有死,这是宇宙中的一切物质都遵循的规律。那么,宇宙本身又如何呢?我们的宇宙既然是由大爆炸从“无”诞生的,它就必然会以某种方式走向死亡。不过,要确切地回答宇宙如何发展,如何走向死亡,这可是未来的事情。

关于宇宙如何发展,现代科学家们提出两种可能:一种是宇宙会继续膨胀下去,另一种是膨胀到一定程度后,停止、转而逐渐收缩。科学家们已大致探知,宇宙自大爆炸形成后,至今已有100亿—200亿年,取平均值,我们可以说宇宙已有150亿年的历史了。

但是,科学家们还不知道宇宙什么时候死亡,也就是说,不能确定宇宙的寿命有多长。当然,这会是一个很长很长的时间,数字大得不可想象,或许是几兆、几百兆、几千兆年吧!

如果宇宙不停顿地继续膨胀下去,在这个过程中,各个星球将耗尽内部的核燃料,逐渐成为白矮星、中子星和黑洞。随后,黑洞遍布宇宙。黑洞吞食所有物质,整个宇宙成为没有光线的黑暗世界。最后,黑洞也会蒸发,组成物质的基本粒子也会衰变,宇宙又成为一个混沌世界。

那么,如果宇宙膨胀到一定程度后转而逐渐收缩,又将是怎样一种情形呢?首先,科学家们并不知道宇宙到什么时候才由膨胀转为收缩。其次,收缩以后的情况也只能从理论上去推测。它的大致情形可能是这样:

如果宇宙开始收缩,宇宙空间的物质密度会逐渐增大,星球之间的距离会缩短,这当然会给星球带来种种影响。不过,对星球影响最大的,可能是温度的变化。随着宇宙的逐渐收缩,它的温度将逐渐升高。首先,地球上的生物将因温度的升高而不能存在下去。

接着,地球也将毁灭。随后,当整个宇宙的温度升高到超过太阳这样的恒星的温度时,恒星也将化成气体,消失在宇宙中。而黑洞则可以趁机饱食一顿,使自己逐渐变“胖”、变重。同时,它们还不断地吞并,最后形成一个大黑洞。宇宙又沿着大爆炸后不断膨胀的逆反过程,回复到原来的状态。

到那时,会不会再来一次爆炸,产生第二代宇宙,我们还不得而知。或许宇宙也是按照周而复始的规律,一代一代地衍生下去的!不过,那是过于遥远的事情,现在还不好妄加推测。

宇宙有没有终结的一天?宇宙将会如何终结?是“砰”的一声大爆炸,还是逐渐消亡?当地球人在无数个夜晚,悄悄地仰望灿烂夜空,对生命、对宇宙浮想联翩的时候,总会从内心深处发出这样的疑问。

根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果,宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火,而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。这听起来似乎太骇人听闻了。然而地球人或许没有必要杞人忧天,因为地球人暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。根据科学家的推测,宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。这个庞大的数字相当于地球历史的20倍,或者,相当于智人(现代人的学名)历史的500万倍。既然它将发生在如此遥远的未来,对地球人今天的生活就不会有丝毫影响。

与此同时,科学家又指出:没有什么东西是可以永远存在的。

宇宙也许不会突然消失。但是,随着时间的推移,它可能会让人觉得越来越不舒服,并且最终变得不再适于生命存在。

这种情况将会在什么时候出现呢?又会以怎样的方式出现呢?这的确是一个令人沮丧的问题。但是,我们又不得不承认,对于我们这些生活在地球上的凡夫俗子来说,这些问题却有另一种冷酷的魅力。

自从20世纪20年代,天文学家哈勃发现宇宙正在膨胀以来,“大爆炸”理论一直没有摆脱被修改的命运。根据这一理论,科学家指出,宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”

的结果:一种力量是宇宙的膨胀,在过去的100多亿年里,宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大;另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力,它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止,宇宙注定将会坍塌,最终变成一个大火球——“大崩坠”,如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀,它将最终变成一个漆黑而寒冷的世界。

显而易见,任何一种结局都在预示着生命的消亡。不过,人类的最终命运还无法确定。因为目前,人们尚不能对扩张和万有引力作出精确地估测,更不知道谁将是最后的胜利者,天文学家的观测结果仍然存在着许多不确定的因素。

这种不确定因素又是什么呢?科学家指出,这一不确定因素涉及到膨胀理论。根据这一理论,宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间,在这个空间里,最初的膨胀速度要比光速快得多。然而,在膨胀结束之后,最终推动宇宙高速膨胀的力量也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中,潜伏在虚无的空间里,并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。为了证实这种推测,科学家又对遥远的星系中正在爆发的恒星进行了多次观察。

通过观察,他们认为这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。

倘若真是这样的话,决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力,还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关,而它可以使宇宙无限扩张下去。

但是,人们最关心的或许是智慧生命本身。人类将在宇宙中扮演什么角色呢?难道人类注定要灭亡吗?人类已经在越来越快地改变着地球,操纵着自己的生存环境,也许到那时,人类将会以高度发展的智慧在宇宙中立于不败之地。谁知道呢?且让未来的地球人和地外一切生命拭目以待吧。人类对宇宙的认识永远没有终极,认识穷尽的那天也许就是人类或宇宙毁灭的那一天。正如爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到担忧的孩子的信中所说:

“至于谈到世界末日的问题,我的意见是:等着瞧吧!”

宇宙的黑洞晴朗的夜晚人们遥望星空,那些亮晶晶的小星星看起来没有什么个性,它们存在的惟一证明只是它们的明亮。然而还有不发出亮光的星体,它们的意义更为重大。美国宇航局曾经发射了高能的天文观测系统,研究太空中看不见的光线。在发回的X射线宇宙照片中,最惊人的一幕是那些从前认为“消失”了的星体依旧放出强烈的宇宙射线,远甚于太阳这样的恒星体。这证明了长久以来一个怪异的设想:宇宙中存在着看不见的“黑洞”。

黑洞的性质不能用常规的观念思考,但是它的原理中学生都能接受。黑洞形成的必要条件就是:一个巨大的物体,集中在一个极小的范围。晚期的恒星恰巧具备了这个条件。当恒星能量衰竭时,高温的火焰不能抵消自身重力,逐渐向内聚合,原子收缩——牛顿法则起作用了:恒星进入白矮星阶段,体积变小,亮度惊人。

白矮星进一步内聚,最后突然变成一个点,整个过程不到一秒。在我们看来,恒星消失了,一个黑洞诞生了。

一个像太阳这样大的恒星自身引力如此之大,可能最终收缩成一个高尔夫球,甚至“什么都没有”。由于无限大的密度,崩坍了的星体具有不可思议的引力,附近的物质都可能被吸进去,甚至光线都不能逃脱——这是看不见它的原因。这个深不可测的洞,就被称为“黑洞”。科学家相信大多数星系的中心都有黑洞,包括我们身在其中的银河系。根据相对论,90%的宇宙都消失在黑洞里。

所以一种更令人吃惊的说法是:“无限的黑洞乃是宇宙本身。”

黑洞里面有什么?只能从理论上推测。假如一位勇敢的人驾驶飞船奔向黑洞,他感觉到的第一件事就是无情的引力。从窗口望出去是周围星光衬托下一个平底锅似的圆盘,走得更近了,远方似乎宽广的“地平线”发出X光,包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲,形成一个光环。这时宇航员要返航已来不及了,双脚引着他向黑洞中心飞去,头和脚之间巨大的引力差使他如同坐在刑具台上,远在“地平线”以外3000英里,引力就把他撕碎了。

那么,怎么才能在无际的太空中发现黑洞呢?天文学家利用光学望远镜和X射线观察装置密切地注视着几十个“双子”星座,它们的特别之处在于两个恒星大小相等,谁都不能俘获谁,因而互为轨道运转。如果其中一颗星发生不规则的轨道变化,亮度降低或消失,有可能就是因为附近产生了黑洞。

人类为探索黑洞付出了不懈努力。最为成功的一次是在肯尼亚发射的第一颗X射线卫星观测系统,被称作“乌胡鲁”,这个装置在发射后运行3个月就感到天鹅星座的异常。天鹅座X—X—1星发出的“无线电波”使得人们可以准确地测定它的位置。x-x-1星比太阳大20倍,离地球8000光年。研究表明这颗亮星的轨道发生了改变,原因在于它的看不见的邻居——一个有太阳5至10倍大的黑洞,围绕X—X—1旋转的周期是5天,它们之间的距离是1300万英里。这是人类确定的最早的一颗黑洞体。

自从哥白尼和伽利略以来,还没有一个关于宇宙的理论具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦证实,那么“宇宙不仅比我们所想像的神秘,而且比我们所能想像的还要神秘”。我们知道宇宙处于不断的扩张中,这是“宇宙核”初始爆炸的结果,宇宙核仍是一切物质的来源。当那里的物质越来越稀薄时,宇宙是否停止扩张?

天体的巨大引力是否最终引起宇宙收缩?相对论回答:是的。黑洞的存在部分地证实了它的预言。即使宇宙不会消失在一个黑洞中,也可能会消失在几百万个黑洞中。”另外,彻底揭开黑洞之谜,还意味着给予有关人类终极命运的思索一个明确的答案。

宇宙的白洞20世纪60年代,当黑洞的热潮还末退去之时,有人又提出白洞的预言,于是又多了一个关于白洞的谜。

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