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发布时间:2020-09-27 05:13:19

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作者:李世吉

出版社:中国长安出版社

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宇宙奥秘探索

宇宙奥秘探索试读:

前言

科学永无止境,茫茫宇宙浩瀚无边,奥妙无穷。

自古以来,求知欲和好奇心一直是人类社会前进和发展的动力。人类的发展史就是科学技术的发展史和人们永无止境的探索史。

浩瀚的宇宙神秘莫测,那灿烂的星光,光芒四射的太阳,还有美丽而遥远的其他天体总能激发我们无穷无尽的想象。我们迷醉于远古的神话和传说,我们更迫切的希望早日揭开宇宙万物的神秘面纱。爱因斯坦说过:“我们所经历的最美妙的事情就是神秘。它是人的主要情感,是真正的艺术和科学的起源。因为如果不再感到奇怪,不再感到惊讶,那就和死了一样,和一只掐灭的蜡烛没有什么不同。”的确,好奇心是人类求知的原动力,没有了好奇心,就没有了人类的发展和进步。整个世界就会变成一滩死水。

近些年,飞碟和外星人已经不再是个遥远的话题。众多的案例表明,他们一直在和人类频繁地接触。既然这样,我们不禁要问:飞碟频频光临地球,他们到底来自何方?是来自遥远的星球还是地球的内部?那些奇异的外星人,究竟是人类的朋友还是整个地球的敌人?是美丽的天使还是邪恶的魔鬼?

旧的问题还没有解决,新的迷题又重新出现,我们面临的是一个又一个的挑战。也许你会觉得这不算什么,也许你会认为自己无所不知。那么,试问,自诩聪明的你,对我们这个世界究竟了解多少?你知道距离我们并不算太远的火星上是否存在水和生命吗?你知道外星人确实拜访过地球吗?你知道我们曾收到过遥远星球传来的神秘信号吗?所有那些匪夷所思的神秘现象背后的缘故你都一一知道吗?你知道有些人为什么突然神秘失踪,甚至为何失而复现吗?……

本书记录了许多有关飞碟外星人的迷团,其中包括:宇宙天体的奥秘;惊心动魄的第三类接触;坠入神秘的“超自然”现象;神奇诡异的失踪事件;来自遥远星球的呼唤……希望这些故事可以激发读者对宇宙的兴趣,唤起人们征服宇宙的勇气和信心。

此书在编写过程中,参考了有关专家、学者的研究成果及有关资料,在这里一并向他们表示衷心的感谢。

奇幻的宇宙时空

太阳系八大谜团

我们生活在太阳系中,我们渴望了解太阳系,渴望了解其他星球和我们共同生活的地球的关系。现在,我们首先来了解太阳系的几大未解之迷。

谜之一:气体卫星为什么有环?

木星、土星、天王星、海王星全部有环,各不相同。土星的环又薄又暗,由岩石粒子构成。土星的环又大又亮,有水冰构成。环的成因,有几种不同的说法。其中一种是:过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏,分裂成小碎片,有的碎片进入环绕行星公转的轨道,因而形成了环。

谜之二:月球离地球越来越远?

月球目前距离地球大约60倍个地球半径。但是,由于在地球和月球之间的潮汐力的影响,月球正以每年约3厘米的速度慢慢离地球远去。另一方面,地球的自转速度也逐渐变慢。也就是说,以前月球比现在更靠近地球,而地球的自转速度比现在更快。证据就在科学家发现的“二枚贝”化石上。二枚贝的成长速度会随着潮汐的涨落而变化,一边成长一边形成树木年轮一样的条纹,条纹数量和宽度依潮湿的大小而异。根据这些条文数量和宽度,科学家发现,大约5亿年前,地球一天只有21小时,1年有410天。 

谜之三:木星为什么有大红斑?

地球人观测位于木星南半球的大红斑已经有许多年了。大红斑差不多有两个地球那么大。大红斑是逆时针旋转高度压云形成的巨大旋涡。它之所以呈现红色,是因为云下层的磷化氢被搬运到上空,受到太阳紫外线照射而转化为磷的缘故。大红斑是如何形成的呢?目前科学家还不清楚。

谜之四:真的有火星人吗?

1996年8月美国航空太空总署研究小组发表研究成果说火星曾有生命存在,证据是掉落在南极大陆的火星陨石。研究小组在陨石中的碳酸盐部分检验出有机物,推断远古时代的火星应该像30多亿年前的地球。那时地球已有生命,因此不能否定火星曾有生命的可能性。 

谜之五:金星为什么灼热?

金星的大小和地球最接近,两颗行星的内部构造可能也很相似。但根据探测船和雷达观测,金星是一个灼热的世界,如同炼狱,表面笼罩着二氧化碳的浓厚大气。地表温度高达450摄氏度左右,是地球地表温度的30倍。

  由于金星靠近太阳,当太阳能量上升之后,金星上的水化为气体释放到大气中。这时,原本溶于海中的二氧化碳也积存大气中,引发强烈的温室效应,导致地表温度暴增。

谜之六:水星如何诞生?

太阳系由九大行星组成,其中水星、金星、地球、火星及冥王星是以岩石为主要成分的“地球型行星”;木星、土星、天王星及海王星是大量气体包围的“木星型行星”。

最靠近太阳的行星是水星,它是如何诞生的呢?有两种说法:一、由于水星最靠近太阳,科学家认为水星是在原始太阳系星云中的高温区域,由凝固的金属铁及其他富含物质的材料物质堆积而成。二、水星是在巨大的原始行星互相碰撞的时候,由彼此的金属铁融合而成。

谜之七:冥王星以外有什么?

以前有人主张,冥王星以外可能有第十颗行星。1992年夏天,科学发现冥王星轨道外面有一颗直径250千米左右新天体接着41颗轨道长半径大于海王星的天体陆续现身。除此外,1950年,天文学家欧特统计了当时已经观测到的周期彗星的轨道,结果发现绝大多数周期彗星都是从距离太阳几万AU(天文单位)的地方全方位飞来,可能有一个呈球壳状包住太阳系的彗星巢。整个彗星巢叫做“欧特云”。 

谜之八:太阳系尽头在哪里?

科学家说,太阳会喷出高能量带电粒子,称为“太阳风”。太阳风吹刮的范围一直达到冥王星轨道外面,形成一个巨大的磁气圈,叫做“日圈”。日圈外面有星际风在吹刮,但是太阳风会保护太阳系不受星际风侵袭、并在交界处形成震波面。

日圈的终极境界叫做“日圈顶层”,这就是太阳所支配的最远端,可以把这里视为太阳系的尽头。

至于日圈层顶距离太阳有多远?它的形状如何?航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66AV和51AV的地方,希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。

太阳系外行星探测的新发现

科学家使用哈勃望远镜观测到了一颗太阳系外的行星,了解了它的大气层化学成分,这为寻找类似于地球的行星提供了新的希望。

布鲁诺说:“宇宙是无限大的,其中的各个世界是无数的。”这以后的很长一段时间里,人们对于这种说法怀有认同感,但是却拿不出实际的观测证据。在宇宙中有数不清的恒星,按说理应存在为数不少的行星。但是观测行星比观测恒星困难得多。行星比恒星的体积小很多,更关键的是,行星不发光,常规的观测手段——主要是光学波段的观测——很难奏效。事实上,即使是最大口径的天文望远镜也不能直接拍摄到太阳系以外行星的照片。而地外文明——倘若存在的话——只可能生活在行星上,而不是炽热的恒星表面。那么,怎样才能找到太阳系之外的世界?

太阳系外的行星总会露出点蛛丝马迹。如果直接观测不行,我们还可以用间接的手段。我们知道行星绕恒星运转是因为引力的作用。在地球上我们能感觉到太阳和地球之间的引力作用的效果,也就是地球每年绕太阳运转一周。但是我们很少注意到地球对太阳的作用。严格地说,“地球绕太阳运转”是一种粗略的说法。正确的说法应该是,地球——以及太阳系所有天体——绕太阳系的质心运动。一个更清楚的例子是双星。人们在描述双星的时候更倾向于说两颗子星绕共同的质心运转,而不是把哪一颗作为占主导地位的恒星。这一观念有时候会帮天文学家的大忙。人们曾经认为天狼星没有伴星,当时的观测手段也无法拍摄到天狼星伴星的照片。但是科学家发现,天狼星在星空背景上以波浪线的方式移动。一种解释就是,天狼星有一个质量不算太小的“隐形”伙伴,它们相互绕行,因此天狼星的运动轨迹才会如此古怪。后来,借助于威力更大的望远镜,人们终于拍摄到了天狼星伴星的照片——那是一颗发着微弱光的白矮星。

1995年,当几位科学家借助于这个概念寻找褐矮星(一类质量相当小、几乎不发光的恒星),他们观测遥远恒星的光谱。如果恒星拥有褐矮星的伙伴,在地球上的科学家看来,恒星会微微地“晃动”。表现在光谱上,由于多普勒效应,恒星的光谱会发生周期性的红移和蓝移。这样,他们发现了恒星飞马座51可能拥有褐矮星,然而经过仔细地计算,他们发现了一件不可思议的事情:那颗褐矮星的质量实在太小了——大约只有木星的一半。

于是,我们得到的最终的结论是,飞马座拥有的不是一颗恒星伙伴,而是一颗行星。这个不同寻常的发现调动了人们的热情,仅仅过去了6年时间,已经有超过70颗行星就这样被我们找了出来。  

这种间接的手段尽管有效,但是结果并不令人满意。我们只能知道那里有一颗行星,它的轨道参数大致是多少,是什么性质的恒星(迄今发现的绝大部分是类似于木星的气态行星)。

1999年,科学家发现在飞马座的一颗叫做HD209548的行星拥有一颗星。这颗行星的质量大约是木星的70%,以每3.5天绕恒星运转一周的疯狂速度运行着(不消说,它距离恒星非常近,以至于表面温度非常高)。这颗行星有一个性质,那就是从地球观察者的角度看来,每3.5天它都会飞临HD209548表面,这被称作“凌日”现象。我们知道,当一个连续光谱(比如太阳光就是连续光谱,即在一定范围内包含了频率连续的电磁波)穿过较冷的气体的时候,气体中的元素会吸收掉一部分特定频率的光。每一种元素可以吸收的光都不同。使用光谱仪拍摄这种光谱的照片,可以看到,原本连续的光谱上出现了黑色的条纹——即所谓的吸收线。

行星经过HD209548的时候,它的大气层也会吸收一部分光线,形成吸收光谱。科学家借助哈勃太空望远镜的成像光谱仪(STIS)拍摄了这颗行星凌日时的光谱照片。2001年11月25日,美国宇航局的科学家公布了他们的研究结果:这一光谱照片揭示了环绕HD209548运行的行星大气层的化学成分。这颗行星的大气中含有大量的钠元素,但是要比科学家预计的要少(早些时候科学家已经确定这颗行星类似于木星,表面相当的热),这可能是因为行星大气高层的云挡住了部分光线而导致的误差。

是啊,这样的结果或许有点让人失望,因为这颗行星并不适宜生命的存在,它的表面温度高达1000多摄氏度。但是这种探测遥远行星大气层的方法非常有用。科学家认为,找到类似于地球这样的行星并不是非常困难的。借助于这项技术,科学家就有可能分析出有哪些“地球”大气的化学成分,从而推断那里是否存在生命。迄今为止,地球是唯一拥有生命的星球。然而,由于有了这项技术,我们也许很快就能知道,地球以外的生命,你究竟在哪里?

科学的进步和发展,给人类带来了越来越多的惊奇,让我们静静地等待吧。我们相信,总有一天,我们会在茫茫的宇宙中找到适合人类居住的其他星球。那将是我们全人类的盛事。

■奇怪的星体

美国加利福尼亚理工学院的迈克·布朗宣布发现了一个比冥王星大的星体,这是首次在我们所处的太阳系中发现如此巨大的星体。巧合的是,仅仅几个小时前另有一个比冥王星稍小的新天体也被发现,这个消息让人们激动不已。 

最新发现的天体被临时命名为“2003 UB313”,它与太阳的距离是冥王星与太阳的距离的3倍,也就是大约97个天文单位,一个天文单位指的是太阳与地球之间的距离。它也是迄今为止我们所知道的太阳系中最远的星体,是“库伊伯尔星带”里亮度占第三位的星体。它比冥王星表面的温度低,是一个非常不适合居住的地方。

行星天文学教授布朗说:“这个新星体明显比冥王星要大。”布朗在29日傍晚美国宇航局主持召开的紧急远程电信会议上对记者们说,“这个星体呈圆形,最大可能是冥王星的两倍。”他估计新发现的这颗星体的直径估计有3379千米,是冥王星的1.5倍。

这个星体与太阳系统的主平面保持着45度的夹角,大部分其他行星的轨道都在这个主平面里。布朗说,这就是它一直没有被发现的原因,直到现在才有人观察那个地方。一些天文学家认为它是一个“库伊伯尔带”?穴Kuiper Belt?雪而不是一颗行星,库伊伯尔带是海王星以远的冰块星体区,许多天文学家也把冥王星称为一个库伊伯尔带星体。

布朗本人过去也曾表示,冥王星太小、而且是在古怪的倾斜的轨道上运行,因此冥王星不够行星的资格。可是今天他有了一个不同的发现。布朗在远程电信会议上说:“冥王星很长时间以来就被称为行星,整个世界对此已经习惯了,对我来说有一个合乎逻辑的延伸,那就是任何比冥王星大而远的星体都是行星。”

布朗还给出了其他的理由,他说,“2003 UB313”看起来表面上覆盖着甲烷冰,这跟冥王星一样,可是其他的大的库伊伯尔带星体上没有甲烷冰。他说:“新发现的天体在级别上非常像冥王星。”美国宇航局在一份官方声明中称“2003 UB313”是太阳系的第十大行星,从而对布朗的观点给予了有力的支持和认可。

5年前,布朗曾与朋友打赌:在2005年1月1日之前,天文学家肯定将发现比冥王星大的星体。2005年1月8日,他们发现了“2003 UB313”。布朗说:“我的第一反应是,‘哦,就因为多出7天,我输给了那位朋友。’”布朗研究小组已经向国际天文联盟递交了给这颗新行星命名的建议,但在该组织做出决定之前,他们不会对外界透露为这颗新星取的名字。

这颗新星是天文学家在帕洛马尔天文台用萨穆尔·奥琴望远镜发现的。布朗表示,由于无论是职业观测者还是天文业余爱好者都可以观测到这颗星星,所以它将成为一个非常令人激动的观测星体。布朗说:“在未来六个月里,它都可以看得见,如果是凌晨的话,目前它几乎就在我们的头顶上,在鲸鱼座。”布朗透露,他是与吉米尼天文台的查德·特鲁吉洛以及耶鲁大学的戴维·拉比诺维兹于今年1月8日发现了这个星体。

在此之前,这个研究小组一直希望首先对数据进行进一步的分析,然后再宣布发现了这颗行星,但他们不得不将宣布的时间提前到美国当地时间29日晚上,因为他们的发现已经走漏了风声。布朗解释说:“有黑客潜入我们的网站,他们正准备将这些数据公之于众。”

布朗与特鲁吉洛首次用48英寸的萨穆尔·奥琴望远镜拍到这颗新行星是在2003年10月31日,然而,这个星体距离地球太遥远,直到他们在2005年1月重新对数据进行分析时,才发现这颗星体的运行情况。在过去的7个月里,他们一直在研究这颗行星,希望更准确地估算它的大小和运行情况。

这些科学家通过其亮度和距离推断在太阳系新发现的这颗行星的大小。它的反射情况尚不得而知,这也是科学家估算它的直径是冥王星的一到两倍的原因,但估算是以他们掌握的数据为基础。布朗表示:“即使它百分之百地反射到达它那里的光,这颗行星的体积仍然和冥王星一样大,所以我宁愿说它可能是冥王星的一到一倍半。我们不敢肯定它到底有多大,但我们百分之百地相信,这是迄今为止在太阳系外层空间发现的第一个比冥王星体积大的星体。”

科学家之所以没有估算出这颗新行星的准确体积是因为受到斯皮特兹太空望远镜获得的数据的限制,这部望远镜以红外光的形式记录星体的热度,但这无法探测到这颗新行星,所以布朗认为,它的直径应该小于冥王星的两倍。

布赖恩·马斯登主管着小行星中心,专门负责收集这些天体的数据,他说,如果冥王星是一颗行星的话,那么其它像他那样大的圆形天体都应该被称为行星。根据这个逻辑,“2003 UB313”或许也是一颗行星,但它应该排在以前发现的许多行星之后,而不应该被称为第十大行星。马斯登对太空网说:“我不会称它是第十大颗行星的。”

华盛顿卡耐基协会的行星形成理论家艾伦·博斯却认为这一发现是天文学上的“一大步”,但博斯表示他压根儿不会称这个星体是行星。他说,取而代之的说法应该是,像冥王星和其他海王星以远的小星体最好应该被称为“库伊伯尔带行星”。博斯在接受电话采访时说:“称它们是行星对太阳系中其他大的星星是不公平的。”

关于什么样的星体才能被称为行星,天文界一直有争议。这种关于行星定义问题的争论实际上5年以前就开始了,原因在于天文学家对“行星”一词从来没有给出确切的定义。博斯说:“这一发现将很可能重新点燃什么是行星什么不是行星的激烈争论。”

美国西南研究所的阿兰·斯蒂恩是美国宇航局向冥王星发射探测器的“新地平线”计划主管,他早在20世纪90年代初便预言,像冥王星这样的行星会有1000颗之多。他还通过进行电脑模拟得出结论:像火星一般大的行星可能躲在我们所在的太阳系的一些偏远角落,有些行星甚至可能和地球一般大。关于新发现的“2003 UB313”,斯蒂恩表示:“这一发现相当令人满意,因为它是很长时间以来我们一直在寻找的东西。”

但斯蒂恩并没有将这次发现称作天文学上的最重大的发现之一,因为在此之前,天文学发现了许多这般大小的星体,“2003 UB313”只是其中一个。比如,去年布朗的研究小组发现了“塞德娜”,它的体积大约是冥王星的3/4,天文学家发现的其他的星体还包括“2004 DW”和“Quaoar”等。斯蒂恩认为,太阳系的外层空间其实有许多天文学家从未发现的星体,他说:“虽然现在我们拥有了看到它们的技术,但我们也只是看到一点点皮毛而已。”

■漫游星际的“宇宙人”

星际旅行是我们所有人的一个梦想,我们所说的“宇宙人”已经可以随时随地展开星际旅行。由于星际旅行的速度非常快,甚至连人类的毛发都成为了障碍,所以未来进化后的“宇宙人”全部都是秃子,有头发的人反而会成为人们取笑的对象。

一旦某一物种控制了它生存的环境,进化就会停止。现在,除了病毒和细菌之外,人类控制着地球上所有其他的生物进化,但终有一天,病毒和细菌也会处于人类控制之下,除非人类有机会移民外星球,否则就无进化的可能。

如果人类的寿命足够长,那么为了生存,我们只能向其他星球扩张,从而形成新的人种。

而新的繁衍地距离地球既不能太远,又不能太近,这样才能有利于人类到达以及母系物种的基因混合。但人类要走到那一步还是困难多多。

困难一:坐什么飞行器?

华盛顿大学古生物学家彼得·沃德说:“如果我们能到达其他星球,我们将诞生一个新的人种。但我们怎样才能离开地球呢?”目前已知距离地球最近的星系是天苑四。天苑四距离地球10.5光年。即使宇宙飞船能以光速1%的速度飞行,那么人类也需要1000多年才能到达。

如果想到达遥远的星球,那么科学家就必须建造能将整个人类文明送到目的地的大型太空飞船。外太空智能探索研究所的高级天文学家西恩·索斯塔克解释说:“我们不会将一切都放到火箭上,我们将会把自己‘发送’到星球,通过这种方式诞生新的人种。”

困难二:会“水土不服”

即便是离地球比较近的火星,人类在上面定居也会有麻烦,因为那里截然不同的生存条件会改变我们的进化程式。例如,在那里出生的孩子习惯了相当于地球1/3的引力,而回到地球反而觉得浑身不自在。因此,“宇宙人”每到一个星球还需要相当长的时间去适应“水土不服”。

就算是能够到达目的地,能够生存下来,在太空飞船里漫长而枯燥乏味的旅途也是让任何一个“宇宙人”难以承受的。他们要在旅途中经历一次长时间的“冬眠期”,当飞船到达目的地的时候才被唤醒,建立自己新的“宇宙人”世界。

困难三:要学会冬眠解闷

索斯塔克表示,这些都仅仅是目前猜想的可能性而已。最终的方法是将制造人的指令而不是把人类本身送到目的地。

以上所有的这些猜想看起来都好像是不可思议的,但是假如人类真的能够得以一直延续下去——躲过全球性的灾难、基因的大突变、人工智能的影响——那么谁又能预言未来的百万年之后人类又会是怎么一个样呢?届时,宇宙间或许同时出现两个智能物种:人类和智能机器人,他们会是未来宇宙的主人。

看来,要成为宇宙未来的主人,要克服的困难也不少啊,不过,人类在进步,科学在发展,我们相信,我们会克服一切困难,成为宇宙未来的主人。

■旅行者号苦行28年,将首次进入太阳系外空间

美国宇航局下属的喷气推进实验室宣布,1977年发射的“旅行者”1号飞船经过漫长的旅行,已飞出了太阳系的激波边界,即将成为第一个进入太阳系外空间的人造航天器。

在近28年的飞行后,“旅行者”1号目前距太阳近140亿公里。它所在的区域里,太阳的影响已急剧减弱,带电荷的太阳风急剧减速后已变成了稀薄的恒星间气体,这里被称为太阳风鞘。“旅行者”项目科学家爱德华·斯通形象地比喻说,这艘飞船如今已进入“长跑最后一圈”,它正在探测太阳系最外层的边界在远离太阳的黑暗、寒冷空间,“旅行者”依靠它装备的放射性同位素热电机组驱动。

在2003年11月,喷气推进实验室的科学家曾发现“旅行者”1号观测到了一些前所未有的迹象,并判断它已进入激波边界。但因为没有人知道激波边界的确切标志,这一观点引起相当争议,部分科学家认为它只是接近了这一区域而已。

激波边界是太阳风在恒星间气体压力下减速的地带。在这个地带,太阳风从每小时100万至240万公里的高速急剧下降,其粒子密度更大,温度也升高了。科学家认为,由于恒星间气体压力变化,这个区域经常收缩或膨胀,很难清晰确定边界。

这次,科学家根据两个特征一致判断“旅行者”1号已飞出了激波边界。第一,2002年12月飞船探测到周围磁场强度急剧增加,到现在磁场都维持在高强度上,这说明太阳风粒子的减速过程已经完成。第二,飞船探测到周围有等离子体波浪,这是激波边界内外太阳风速不同,使带电粒子来回振荡而导致的。

太阳风鞘状如泪滴,“旅行者”1号将从它最薄的地方飞出去,当它穿越太阳风鞘的外缘边界——太阳风层顶之后,才算真正飞到了太阳系之外的银河系空间。科学家说,这可能还要几年时间。它的孪生飞船“旅行者”2号正沿另一条轨道飞出太阳系,目前距太阳也有100亿公里。美宇航局预计,这两艘飞船将至少运行到2020年。

1977年9月5日发射的“旅行者”1号飞船,是飞得最远的人造航天器。著名科学家卡尔·萨根等人让它携带了“地球名片”,这是一个刻着各种几何图案的镀金铜片,飞船上还有地球上各种声音的记录。这些是为了让可能存在的外星智慧生命知道地球生命。

如果其他星球真的有智慧生命存在,那么我们就找到了一个可以与他们沟通的途径,也许这种沟通的过程会相当漫长,不过,我们有心理准备。我们相信,在探求外星智慧生命的路途上,我们能走的更远。

■在国际空间站上打高尔夫球?

据说,俄罗斯计划由宇航员从国际空间站里将一个高尔夫球击入地球轨道,如果美国宇航局同意这一计划,将这个球击出的宇航员将是自有高尔夫球诞生以来击球距离最远的“长打王”。但一些专家也警告,如果不小心发生失误,就会对国际空间站造成“灾难性”的破坏。

这一计划是俄罗斯航天局与加拿大多伦多“元素21高尔夫公司”商业协议的一部分。届时,宇航员将用一只镀金的高尔夫球杆击打那只高尔夫球,而这个高尔夫球也不是普通的球,而是用制造国际空间站的钪合金制造的。

在被从国际空间站旁边的一个特别平台上击打出去后,那个高尔夫球预计将会在地球轨道上运行四年,通过使用全球定位发射器向地面的计算机报告自己所处的位置,最终,这个球在大气拉力的作用下向地球逼近,最终进入大气层后烧毁。

可是这一计划的成功与否依赖于能否将球击出空间站的轨道平面,如果在被击出去后仍在与空间站同一个轨道平面上,那么这个球可能再落回空间站里,或者在轨道上飞行时与国际空间站发生碰撞。而碰撞引起的后果则要依据碰撞的角度、碰撞的速度以及球的重量等因素而定。

美国得克萨斯州休斯顿宇航局约翰逊航天中心的轨道残片专家利奥说,在最坏的情况下,这个球会留在与国际空间站同样的高度上,它的飞行轨道平面会发生变化,直到与在旁边飞行的国际空间站相撞。利奥告诉《新科学家》说:“那将会是以每秒9.4公里的速度正面相撞。”这种碰撞的力量相当于一辆6.5吨的卡车以每小时100公里的速度行驶时所产生的冲击力,利奥说:“所以说,最坏的情况将会引起一场灾难。”不过他又补充说,这种可怕的想像发生的可能性很小。

美国加利福尼亚航天公司“轨道与再入碎片研究中心”主任比尔·埃勒说,如果这个球没有进入预定的轨道而只是回到国际空间站上,速度将不会太快,相对而言,造成的威胁很小。他估计说,如果这个高尔夫球以这种方式击中国际空间站的话,它的速度相当于职业高尔夫球员最初击打球时的速度,这个速度大约是每秒30米。埃勒告诉《新科学家》说:“由于太空服阻碍宇航员的行动,我拿不准击打高尔夫球的那名宇航员能否准确地击中球。”

埃勒说,在离地球约400公里上方飞行的国际空间站附近的低地球轨道上大约有300个人造卫星,当那枚高尔夫球在旋转着向地球方面飞行时,它有可能会碰上这些卫星中的一个,不过发生这种情况的机会也非常低。他指出,除了人造卫星外,这些轨道上还有“太空服卫星”,这是一种装有无线发射机的太空服,被扔出国际空间站,不过没有损害轨道卫星。他说:“低地球轨道有一些非常好的特点,大气实际上能够在一段相当短的时间里清除轨道,我们正努力最大可能地减少产生的碎片数量,所以不要开放一个太空高尔夫球场也许是一个好主意,不过偶尔进行这种尝试不会影响太大。”

据美国航天局发言人阿拉德·比特尔说,美国航天局目前正在研究这一计划的安全性,而这一计划只是俄罗斯众多商业交易计划中的一个,如果这一计划得到同意,那么“元素21高尔夫球公司”将会把那个镀金的高尔夫球杆送回地球用于慈善事业。

其实,这次的太空高尔夫击打并不是首次,1971年2月6日,美国航天局宇航员艾伦·谢泼德在结束月球行走前击打了两只球,让它们飞行了“几英里又几英里又几英里”。

看来,这又是一次有意义的尝试。

太阳的奥秘

 

太阳是万物的主宰,没有了太阳,地球就会变成一片荒漠,人类也就没有了生命的依存。可以说太阳对我们来说是不可或缺的。因此,我们每一个人都应该对它有所了解。现在我们就走进太阳,揭开它的神秘面纱。

■太阳在不断地收缩吗?

如果有人说太阳在不断地收缩,你相信吗?1976年,美国青年天文学家埃迪提出,平均11年周期并非是太阳活动的基本规律,从而引起至今还没有停息的激烈争论。

1979年,他再次发表爆炸性意见:太阳在不断地收缩,每百年角直径缩小2.25角秒。

我们知道,太阳圆面的角直径平均是1919.26角秒,照此说来,每百年太阳只缩小直径的850分之一,可说是很不显眼的一点儿。折合成米来计算的话,也就是每天太阳直径缩小4.5米。对于直径约139.2万千米的太阳来说,确实是微乎其微。

不过,这也不容忽视。日积月累的结果,问题就严重了。如果照此下去,10万年后会怎么样呢?岂不是太阳会缩小到“消失”不见吗?如果事实果真如此,那我们应该怎么做?

埃迪的说法是有根据的,他主要参考了英国格林尼治天文台的观测资料。根据该天文台1836~1953年共11年的太阳观测记录,他发现太阳的角直径并非固定不变,而是在不断地减小,并得出了每百年减小2.25角秒的结论。此外,他另有证据: 

①美国海军天文台从1846年以来100多年间的观测资料,同样表明太阳在收缩; 

②1567年4月9日曾发生过一次日环食,这是有历史记载可查的。可是,有人计算得出那本该是一次日全食。这是怎么回事呢?埃迪对此作了解释:1567年时的太阳要比现在的大一些,用现在的眼光和对太阳的认识来看,那时应发生日全食,而实际是日环食,就是这个道理。

针对埃迪的观点,有些人提出了疑问。这些人首先提到的是:埃迪主要依靠的那些格林尼治观测资料可信吗?

我们可以去对资料进行一下考证。1836年前后那个时代,位于伦敦东南方向的格林尼治天文台离城市比较远,空气清新,透明度很好。此后的一个世纪里,伦敦城以越来越快的速度扩大,人口增加,烟雾增多,严重影响观测,原来看起来明亮的太阳及其清晰的轮廓,也变得暗淡和模糊了。在这种情况下,觉得太阳似乎比过去小了些,这是完全可能的。顺便说一下,正是由于扩大了许多的伦敦城对天文观测的影响太大了,实在无法再容忍下去,建立已有200多年的格林尼治天文台,不得不于1948年搬迁到更南的苏塞克斯郡的赫斯特蒙苏城堡,而仍旧沿用格林尼治天文台的名称。

再说,曾经对太阳作过精细观测的天文台远非三两个,负有盛名的德国哥廷根天文台就是其中之一。它于1756~1760年就用当时第一流的望远镜作过观测,这些宝贵资料一直很好地保存着。待到太阳是否在缩小的争论正热火朝天的时候,哥廷根天文台的工作人员再次拿这些宝贵资料进行了细致的计算,得到的结果是太阳角直径为1920.32角秒,误差估计最多不会超过上下各13角秒。也就是说,200多年来太阳的大小基本上没有变化。退一步说,这至少要比埃迪所说的100多年间的太阳小了2.25角秒的数值要小得多。

通过观测内行星凌日可以精确地推算出太阳的角直径。金星凌日和水星凌日按理都可以加以利用,但金星凌日的机会不多,上三次分别在1874年、1882年和2004年,而下次将在2012年发生。水星凌日的机会较多,平均每世纪发生13次,从1677年的那次算起,到20世纪80年代末,总共发生过42次水星凌日,天文学家掌握着大量的观测资料。水星凌日时,从地球上看起来,它就像个很小的黑点子在太阳面上缓慢地移动着,从太阳的一处边缘进入日面到从另一边退出日面,往往得花好几个小时。根据300多年的水星凌日精确记录,主要是它接触和离开日面的精确时刻,天文学家发现太阳的大小没有什么显著变化,要说有小小变化的话,那并非太阳的收缩,而是太阳角直径似乎增大了那么一点点。不管怎么说,埃迪的论点并没有说服人,而其他人提出的反对理由强而有力,针锋相对。历史资料是如此。当代的资料也是如此,就在埃迪于1979年提出他的观点之后两年,即1981年7月,英国科学家帕克斯利用一次日全食的机会,进行了相关的观测,经过计算,他得出的太阳角直径为1919.16角秒,比现在采用的数值小0.10角秒左右,而比200多年前的数值大0.10角秒左右。这样的测量误差完全在允许范围之内。结论应该是:在最近两个多世纪中,太阳的大小基本没有改变,至少没有像埃迪所说的改变得那么多。 

总的说来,宇宙间的一切事物,当然也包括我们的太阳在内,都是在不断地变化和发展着的,它不可能一成不变地老停留在同一个状态。从这个角度来说,太阳的持续变化是必然的,不变化则是不可能的。不管太阳是胀、是缩,都是个至关重要的问题,都会关联到诸如太阳的构造、演化,太阳与其他天体的关系等方面,以及影响一系列地球物理过程和现象。至于像埃迪所说的,太阳以那么快的速度收缩,并且一直收缩下去,这种可能性看来是很小。

目前,关于太阳是否持续收缩的问题还是错综复杂,迷雾重重,难以下断语。看来,我们的科学家还需要做出巨大的努力,还需要长时期地作深入细致的观测和探索工作。尽管科学家付出了自己的努力,可是,人类的智慧是有限的,最后的结局将如何?现在还难以预料。

■中微子失踪案

我们平日见到的太阳,是一个灼热的大火球,如果有人问你,太阳内部究竟是什么样子?你能解释清楚吗?

我想,这个问题恐怕谁都不能完全说清楚。因为人们平常对太阳的观测,不论用的是什么手段,不论是可见光还是射电波、紫外线、X射线等,基本上只能看到它的表面和大气中的一些现象。日震为我们提供了太阳内部的部分信息,但这种信息很有限,而且也不能深入到太阳最核心的部分。于是,中微子——这种物质结构中的基本粒子之一——向科学家们伸出了支援之手。

中微子是什么样的东西呢?它怎么会有那么大的本领?我们知道,小到纸张、铅笔以及塑料、橡皮、布匹等等,都是由无数分子组成的,而分子一般则是由两个以上的不同化学元素的原子组成,譬如,我们生活中不可缺少的水,就是由氢原子和一个氧原子合在一起组成的。

那么,原子是由什么东西组成的呢?是由比它还要小得多的基本粒子组成的。到目前为止,已经发现了好几十种基本粒子,如光子、电子、质子、中子等,中微子是其中的一种。

中微子的存在早在20世纪30年代初就有人提出来了,20多年后从实验中得到证实。中微子是一种性质很特别的基本粒子,它的质量小得不能再小,几乎快接近于零了。它不带电,也不与一般物质打“交道”,是个脾气孤僻又很难跟它“对话”的家伙。有意思的是,太阳中心在热核反应过程中,却产生出大量的中微子,每秒钟约200万亿亿亿亿个。由于它们对别的物质概不理睬,势必就浩浩荡荡迅速穿过太阳内部各层,直奔空间,其中一部分就直奔地球而来。根据理论来推算,每秒钟每平方厘米的地面上大概落下600亿个中微子,我们的头顶上要承受多少中微子的袭击呀!比雨点密了多少倍呀!不过,我们一点都不必担心,中微子的质量实在是太小太小了,我们对它没有丝毫的感觉,也不会受到它任何的伤害。从太阳核心部分来的中微子,必然带着核心部分的宝贵信息,如此大量的中微子亲临地球,向人类报告太阳内部的温度、压力、密度和各种物理状况,这对人类来说,真是“踏破铁鞋无觅处”的绝好机会。知道有大量中微子来到地球上,那还是比较容易的,可是真正要抓住它们,哪怕是只抓住少数“代表”,就不那么容易了。为了排除一切干扰,包括避免由宇宙线产生的中微子混进来“捣乱”,英国布鲁克黑文实验室的戴维斯等科学家,于1955年布置了一个特殊的陷阱,像捕捉野兽那样,等待中微子来自投罗网。他们的陷阱是个大容器,装下了39万升(开始实验时只装了3900升)、重600吨的四氯化二碳溶液。容器安置在一座报废了的在地面下1500多米深的金矿矿井里。这对中微子来说是无所谓的,因为它不会与别的物质发生作用,钢筋水泥、铜墙铁壁、上层岩石都挡不住它,它会轻而易举地直接来到矿井,穿透容器壁,与溶液发生作用。从计算情况来看,大体上1800亿亿亿亿个化学元素氯的原子,平均可以在1秒钟内抓到一个中微子,而溶液中大致有200多万亿亿亿个氯原子。这么算起来,戴维斯等人布置的陷阱每天只能落进去1.1个中微子,可说是不多。我们把一件很困难完成的事比作是大海捞针,逮中微子比大海捞针还难得多。

经过10多年的探测,有了初步结果,“中微子被逮住了”的消息不胫而走,立即轰动了全世界。天文学家们为抓获了直接从太阳核心部分来的物质而兴高采烈,并寄予很大希望。可是,好景不长,戴维斯等很快发现,实验结果与理论推算不符合。原本希望每天能捕捉到1.1个中微子,实际情况却有很大出入。1973年的实测结果是每5天“捉”到1个中微子,有时候则是接连好几天1个中微子的影子都不见。1978年得出的结果是,平均2.3天得到1个中微子。大体说来,中微子的探测值只是理论值的1/3,两者相差颇多。

戴维斯及其合作者对陷阱和实验步骤的全过程作了反复的推敲和考察,认为容器、溶液和整个实验工作是无可指责的。这意味着中微子理论确实出现了“危机”,这就是直到现在仍使科学家头痛的中微子“失踪”案。

奇怪,太阳中微子哪里去了呢?难道它会凭空消失吗?科学家考虑了各种可能性,最后得出了几点结论:

①也许我们已经建立起来的热核反应的理论有问题,尤其是在太阳内部的具体条件下,中微子的产生理论和机制可能都有误,需要重新考虑,也许就根本没有产生出那么多中微子。

②也许我们对于太阳内部构造处于特殊状态下的物质性质了解得太少了,甚至有严重缺陷和错误,应该重新掌握大量第一手资料,建立更加符合实际情况的理论模型。

③对中微子本性的了解,对中微子在从太阳到地球的过程中某些性质是否会改变等,在认识上也许都还存在不少问题。有人将太阳中微子的“失踪”跟太阳耀斑联系在一起;也有人认为,太阳中微子流的数量随时间而变化,可能与太阳活动存在着一定的关系。

有人主张太阳的组成成分、中心温度,与传统的认识也许有所不同,正是这些因素影响着中微子数目的多少。

有人指出,应该重新测定中微子的质量,也许能从这里找到中微子“失踪”案的答案。几乎已成定论的太阳核心热核反应过程,也许事实上并不完全是那样。再说,中微子从太阳飞到地球的8分多钟时间内,在奔走了1.5亿公里之后,它本身会不会表现出“疲劳”而变得“衰弱”些呢?

总而言之,已经提出来的假说真是五花八门,但都不是很成熟。看来,最好的办法莫过于继续加强观测和实验,进一步搜集和掌握更多的有说服力的第一手资料。

我们相信,总有一天太阳中微子之谜会被揭穿,“失踪”案最后会水落石出。

■太阳伴星之谜

你知道太阳也有自己的伴星吗?你知道太阳的伴星究竟是以什么形式存在的,它存在的意义是什么吗?我们现在就来揭开太阳伴星之迷。

在天文学上,一般把围绕一个公共重心互相作环绕运动的两颗恒星称为物理双星;把看起来靠得很近,实际上相距很远、互为独立(不作互相绕转运动)的两颗恒星称为光学双星。光学双星没有什么研究意义。物理双星是唯一能直接求得质量的恒星,是恒星世界中很普遍的现象。一般认为,双星和聚星(3~10多颗恒星组成的恒星系统)占恒星总数的一半多。太阳作为一颗较典型的恒星,它是否也有自己的伴侣——伴星呢?或者说,它是否也属于一种比较特殊的物理双星呢?近几年来,这是科学家非常关心的问题,这个问题是由地球上物种灭绝问题提起来的。

天文学家曾有过太阳具有伴星的想法是很自然的事。当人们发现天王星和海王星的运行轨道与理论计算值不符合时,曾设想在外层空间可能另有一个天体的引力在干扰天王星和海王星的运动。这个天体可能是一颗未知的大行星,也可能是太阳系的另一颗恒星——太阳伴星。

1984年,美国物理学家穆勒和他的同事共同提出了太阳存在着一颗伴星的假说。与此同时,另外的两位天体物理学者维特密利和杰克逊也独立地提出了几乎完全相同的假说。

穆勒在和他的同事们讨论生物周期性灭绝的问题时说:“银河系中一半以上的恒星都属于双星系统。如果太阳也属于双星,那么我们就可以很容易解决这个问题了。我们可以说,由于太阳伴星的轨道周期性和小行星带相交,引起流星雨袭击地球。”他的同事哈特灵机一动,说:“为什么太阳不能是双星呢?同时,假设太阳的伴星轨道与彗星云相交岂不是更合理一些?”于是,他们在当天就写出了论文的草稿。他们用希腊神话中“复仇女神”的名字,把这颗推想出来的太阳伴星称为“复仇星”(Nemesis)。前面所提到的彗星云一般称为“奥尔特云”,它是以荷兰天文学家奥尔特的名字命名的绕日运行的一团太阳系碎片,奥尔特曾认为它距离太阳15万天文单位(日地平均距离),可能是一个“彗星储库”,其中至少有1000亿颗慧星。由于太阳伴星在彗星云附近经过,使彗星运动轨道发生变化,因此引起彗星撞向地球,结果引起了生存条件的变化。穆勒说,这种彗星雨可能持续100万年。这一观点与某些古生物学家设想物种灭绝并不是那么突如其来的意见是一致的。

人们考虑到,如果太阳有伴星的话,在几千年中似乎却没有人发现过,想必它是既遥远又暗淡的天体,而且体积不大。这是很有可能的,因为在1982~1983年,天文学家利用红外干涉测量法,测知离太阳最近的几颗恒星都有小伴星,这种小伴星的质量仅相当于太阳质量的1/15~1/10。此外,在某些双星中,确实还有比这更小的伴星存在着。

为了寻找“复仇星”,穆勒等人用大型天文望远镜拍摄了大约5000张北半球暗星的照片。他们计划每隔一段时期拍摄一次,来比较一下哪些暗星存在较大的“自行”,它们就是“复仇星”的选者了。如果他们在北半球找不出这样的星体,他们还将探查南半球天空。一般认为,太阳伴星应属于一种较小的恒星——红矮星。可是,目前人们还没有南半球天空的红矮星表,观测上的困难是很多的。穆勒说:“如果他们找到了一颗近似的星体,接下来事情就好办了。”一旦从大海里捞出了这枚针,要证明这确实是那枚针就不难了。

遗憾的是,至今缺乏更好的地质资料,尤其是陨石坑方面的资料,而地球上的证据不确定因素太大,以致于无法准确地说出“复仇星”天文钟的周期性能精确到什么程度。

总而言之,根据科学家们的研究推测,太阳很可能存在或有过伴星,但是要找到它、证实它,确实是一件困难的事,人们期望着科学家们早日解开这个宇宙之谜。

看来,宇宙中的奥秘真是太多了。我们不知道我们会在什么机缘下揭开太阳伴星的奥秘,但是,我们相信,那一天迟早会到来的。

■黑洞是什么?

黑洞是个很神秘的概念,我们渴望了解它,希望可以借它来揭开一些宇宙中的迷团。

1916年广义相对论出现不久,卡尔·史瓦西就求出了用以描述时空的爱因斯坦方程的一个十分有用的解。该解作为时空的一种可能的形状,可以用来描述一个球对称的、不带电、无自旋的物体(可能也可用于近似描述如地球和太阳等缓慢自旋的物体)之外的引力场。其原理就和当你想研究地表之外的牛顿引力而将地球视为质点一样。质这个解很像一个“公制”。它和将毕达哥拉斯公式加以归纳以给出平面上线段长度一样,此“公制”可以作为获取时空中曲线段“长度”的公式。物体沿时间(“时间的坐标轴”)运动的曲线的长度如果用此公式计算,就恰是该运动物体所经历的时间。公式的最终形式取决于你选择用来描述事物的坐标系。公式可以因坐标不同而变形,但像时空弯曲这样的物理量却不会受影响。史瓦西用坐标的术语表述了它的“公制”概念:在距离物体很远的地方,近似于一个带有一条用以表示时间的附加轴的球坐标,另一个坐标用作该处的球坐标半径;而更远的地方,它只给出物体的距离。然而当球坐标很小的时候,这个解开始变得奇怪起来。在r=0的中心处有一个“奇点”,那里的时空弯曲是无限的;围绕该点的区域内,球坐标的负方向实际成为时间(而非空间)的方向。任何处于这个范围内的事物,包括光,都会为潮汐力扯碎并被强迫坠向奇点。这个区域被一个史瓦西坐标消失的面与宇宙的其他部分分离开来。当然该处的时空弯曲没有任何问题(这个球面半径被称作史瓦西半径,稍后就会发现史瓦西坐标并未消失。它是一个人为的坐标,这个问题有点像定义北极点的经度时所遇到的问题。史瓦西半径的物理意义不在于该处的坐标问题,而在于其内的方向变为时间方向这一事实)。

当时的人们并未为此担心,因为所有已知的物体的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程度,即对于所有已知情况,史瓦西解的这个奇怪部分都不适用。阿瑟·斯坦雷·爱丁顿曾考虑过一颗死亡的恒星坍塌后可能达到这个密度,但从审美的角度出发,不太愉快地将其抛弃了,并认为应该有新的理论补充进来。1939年欧文海默和施内德最终严肃地提出比太阳质量稍大几倍的恒星在其声明的末期可能会坍缩到这种状态。一旦一颗恒星的坍缩超过史瓦西坐标消失的球面(称为不带电、无自旋物体史瓦西半径或“视界”),它就不可避免地继续坍缩下去。同你无法停住时间的车轮一样,它将一直坍缩至奇点。没有任何进入那个区域的东西可以幸免,至少在这个简单的例子中是如此。视界是一个有去无回的转折点。1971年约翰·阿奇贝尔德·威勒命名这样的事物为“黑洞”,因为光无法从中逃逸。基于许多证据,天文学家有许多他们认为可能是黑洞的候选天体(其证据是:它们的巨大质量可以从其对其他物体的相互作用中得到,并且有时它们会发出X射线,这被认为是正在坠入其中的物质发出的)。但我们这里所讲述的黑洞的性质纯属理论,它们基于广义相对论——一个目前尚被证明为正确的理论。

神秘的黑洞像一块磁铁,紧紧地抓住了我们的视线,凭借我们现有的条件,我们还不能真正地了解它。可是,随着科学的发展,这一切总有一天成为可能。

■最神秘的宇宙之谜

我们在晴朗的夜晚遥望星空,那些亮晶晶的小星星总能激发我们无穷无尽的遐想。可是,那些我们司空见惯的小星星看起来没有什么个性,它们存在的唯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。美国字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“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理的观念思考,但是它的原理学生都能接受。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样的条件。当恒星能量衰竭时,高温的火焰不能抵消自身的重力,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,最后突变成一个点,整个过程极其迅速。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,崩坍了星体具有不可思议的引力,附近的物质可能被吸进去,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。所以一种令人吃惊的说法是“无限的黑洞乃是宇宙的本身”。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。这时宇宙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”以外3000英里,引力就把他撕碎了。

天文学家利用光学望远镜和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,谁都不想俘获谁,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-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-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X-1有个太阳5至10个倍大的黑洞,围绕X-1旋转的周期是5天,它们之间的距离是的距万英里。这是人类确定的最早一颗黑洞体。

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“宇宙不仅比我们想象的神秘,而且比我们所能想象的还要神秘”。我们知道字宙处于不断的扩张中,这是“宇宙核”初期爆炸的结果,宇宙核乃是一切物质的来源。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的一个明确的答案。

宇宙真的会被黑洞吞噬吗?看来,只有解开这个宇宙最大的秘密,我们才能回答。

■黑洞不是吞噬一切的恶魔

牛津大学著名物理学家史蒂芬·霍金当众认输,推翻他1975年赖以成名的黑洞理论,承认黑洞并非可怕的物质“终结者”,由崩溃的星球形成的黑洞其实不会吞噬和消灭一切物质,而会保留被吞噬物体的些微痕迹,最后以残破的形式“吐”出来。

与黑洞有关的四次“豪”赌,霍金逢赌必输

1997年,霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌时坚持自己的“黑洞悖论”,黑洞会摧毁它们吞噬的一切信息,后者则认为黑洞不可能使其内部物质的信息丧失,赌注则是一本《棒球百科全书》。霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛,并送给普雷斯基尔一套棒球百科全书。

在历史上关于黑洞的著名打赌已经有了四次。第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉和索恩关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢了。于是索恩要钱德拉订购了《听众》杂志。第二次是1975年关于天蝎座X-1(X指X射线源,1代表天蝎座中最亮的星)是否包含黑洞打的赌。霍金说,他对黑洞做了很多研究,如果发现天蝎座X-1中不存在黑洞,一切关注黑洞存在的研究都将是徒劳。在这种情况下,索恩不得不为他订购4年的《私家侦探》杂志。后来,人们积累了越来越多天蝎座X-1中存在黑洞的观测证据,这些发现证明霍金实际上错了。霍金也只好认输,为索恩订阅了1年的《阁楼》杂志。第三次打赌是在1991年,霍金又与索恩、普雷斯基尔赌上了,这次赌的是裸奇点是否存在。霍金认为奇点只存在于黑洞围绕的时空奇点。1997年2月5日,霍金承认,在特殊的情况下裸奇点是可以形成的,结果输给了索恩和普雷斯基尔两件可以用来“遮蔽裸体”的T恤衫,上面写着“自然界憎恨裸奇点”。第四次打赌也就是前面叙述过的霍金与普雷斯基尔关于黑洞是否会摧毁外来信息的赌。有关黑洞的四次“豪”赌,霍金参加了三次,次次皆输。

霍金“赌性”难改

霍金新理论认为黑洞不是吞噬一切的恶魔。1975年,霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大,进入其边界的(也即所谓“活动水平线”的物体)都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后,就开始向外辐射能量,最终将因为质量丧失殆尽而消失。然而在这种所谓的“霍金辐射”中并不包含黑洞中有关物质的任何信息。一旦黑洞消失,所有信息也将全部丧失。换言之,人类永远不可能知道黑洞里面是什么样子。这便是所谓的“黑洞悖论”。而该理论与量子物理学的理论背道而驰。量子物理中认为类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。当时霍金认为,可能是黑洞强大的引力场打破了量子物理定律。

霍金在2004年7月21日于都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上提出了新的理论。面对世界各国著名的物理学家,他说,30年来,自己一直在思考不同形状、体积各异的黑洞在无数年后会出现何种变化。他通过计算证明,黑洞内部最初的信息量与最终的信息量相等。他说:“黑洞里面不会发展出新宇宙。黑洞只是看上去处在形成之中。后来,它就会向外辐射其吞噬的物质的所有信息。不过,这些信息已经被黑洞撕碎、打破和重整了。”

霍金还向来自50个国家的约800名科学家说:“黑洞里面不会发展出新宇宙,这和我以前的想法相反。这些信息仍存在我们宇宙里。我很抱歉让科幻小说迷失望,可是既然这些信息保存下来,就不可能利用黑洞前往其他宇宙。”

霍金的“新黑洞”理论不再和现有量子理论矛盾

次原子理论拥护者坚持物质不灭定律,也就是物质会改变形式,可是绝不会消灭,在这种情况下,物体如何能够完全消失在黑洞里,丝毫不留任何痕迹?而形成整个现代物理学基础的量子理论宣称所有信息都会以某种形式保存下来。而霍金以前的黑洞理论则认为,黑洞会吞噬物质及其相关信息。因此,老的黑洞理论和现存的量子理论相矛盾。斯坦福大学理论学家苏斯坎曾经说,霍金原来的理论会导致大部分量子理论瓦解。霍金自己也曾经为两种理论之间的矛盾而苦恼,然而,他这次大胆提出的新理论终于结束了纠缠了他30年的苦恼。

黑洞是太空里的某些看不见的星体,那里的引力大得惊人,包括光在内的一切东西都难以逃逸出来。过去,宇宙学家一直认为,对于宇宙来说,黑洞纯粹是一种破坏力量,现在霍金最新理论说明,黑洞在星系形成过程中扮演了重要建设角色。霍金现在所说的黑洞不同于传统的黑洞,它没有将里面的一切隐藏起来。反之,在经过长时间辐射后,它们最终会将里面的信息释放出来。这个新理论将使有关黑洞的理论研究进入新的阶段,科学家们也许有一天能够真正揭开黑洞的秘密了。

世界上没有绝对的真理,真理总是相对的。我们正是在不断的发现问题,分析问题,解决问题的过程中不断地成长和进步起来的。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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