第11章 神秘莫测的可怕宇宙(1)

大自然是一个艺术大师，在为我们呈现美丽的同时，也会搞怪得让人恐怖又可怕：火山喷发使庞贝古城一夜间消失；智利大海啸致200万人无家可归；地震使得牙买加皇家港口沉入海底；无法逾越的地球死亡地带，如百慕大、骷髅海岸、马尾藻海等等；危机四伏，我们的地球病得不轻……这些都将在本篇一一介绍。

宇宙在爆炸中诞生

进入21世纪，科学技术水平已经达到了前所未有的高度，但是一些长久以来困扰人类的问题仍然存在着。比如，宇宙是怎么诞生的？

在欧洲一些古老的神话中，神是宇宙万物的创造者；我国民间也有着很多美丽的传说：盘古开天、女娲补天、上帝造万物……但这些毕竟只是神话故事，并没有从科学的角度来研究和探索这一问题。随着科学技术的不断进步，对于宇宙的起源、宇宙的年龄、宇宙的运动等问题，科学家给出了新的答案。

在关于宇宙起源的各种假说中，宇宙大爆炸理论是最著名、影响最大的一种。这一学说是美国天文学家伽莫夫提出的，其基本观点是：宇宙曾有一段从密到稀、从热到冷地不断膨胀的过程。这个过程就好像是一次规模巨大的爆炸。到今天为止，宇宙大约经过了200亿年的演化过程，该过程可以分为三个阶段：

第一阶段，爆炸刚刚开始，整个宇宙还处于一种高温高密的状态，温度在100亿摄氏度以上，光辐射极强，所有天体都还没有诞生。

第二阶段，整个宇宙体系不断膨胀，温度很快下降。

第三阶段，也就是从宇宙的温度下降到1.2万摄氏度之后直到现在，大约有200亿年。由于温度降低，辐射减退，宇宙间充满了气态物质，气体逐渐凝聚成云，再进一步形成各种各样的恒星体系，最后就成了人们今天看到的星空世界。

宇宙大爆炸理论虽然影响深远，但并不是唯一为人所认同的理论。近年来，宇宙大爆炸理论一再受到冲击。一个国际天文学家小组利用哈勃太空望远镜进行观测后发现，宇宙正在迅速膨胀，其速度比宇宙大爆炸理论所认为的还要快的多。以这个速度推算，宇宙可能只有80亿年的历史。而银河系中的一些恒星却要比这还早，银河系的历史可能长达160亿年。

恒星比整个宇宙还要年老，这似乎是不可想象的。一种可能是，人们对恒星年龄的估算并不正确，另一种可能就是宇宙大爆炸理论错了。看来，要想真正解开宇宙的起源之谜，还需要科学家们进一步努力。

宇宙到底有多大

宇宙中有数以亿计的天体，这些天体都是十分巧妙而有规律地相互组合的，大多数的星体构成星系，比如我们的太阳系就是。星系再构成银河系。宇宙中最少有10万个大大小小的银河系。

宇宙空间是十分广阔的，光在1秒钟内可走30万千米，单是我们地球所在的银河系，跨幅的阔度就有10万光年。宇宙中最少有10万个大大小小的银河系，那么，宇宙究竟又有多大呢？宇宙是有限的，还是无限的？它到底有没有尽头呢？

中国古代很早就有一些天文学家认为宇宙是无限的。尸佼在《尸子》一书中说：“天地四方曰宇，往古来今曰宙。”他把空间和时间联系起来思考，从而模糊地表示了宇宙在空间上和时间上无限的思想。《列子》一书的作者认为，大地仅仅是宇宙间一种很小的东西，而不是宇宙的中心；“上下八方”都是“无限无尽”的，而不是“有极有尽”的。唐代著名的文学家、哲学家柳宗元曾在《天对》中提出，宇宙“无中无旁”，即没有中心也没有边界。

大约在公元140年，古希腊著名天文学家托勒密在总结前人天文学说的基础上提出了“地心说”，认为地球是宇宙的中心，太阳、月球、行星和恒星都围绕地球转动。在后来的1000多年中，托勒密的地球中心说一直在欧洲占居统治地位。到16世纪，波兰天文学家哥白尼经过40多年的辛勤研究，于1543年提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳转动。他把宇宙的中心从地球搬到了太阳，把人类居住的地球降低到了普通的行星地位，从而开始把自然科学从神学中解放出来，并且动摇了神权对于人类的统治。但是，由于受当时生产力水平和实践条件的限制，哥白尼和托勒密一样，都把宇宙局限在很小的范围内，错误地认为太阳系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有边界的。

1584年，意大利哲学家布鲁诺在伦敦出版了《论无限宇宙和世界》一书，十分明确地提出了宇宙无限的理论。他指出：“宇宙是无限大的，其中的各个世界是无数的。”他认为，在任何一个方向上都展开着无穷无尽的空间，任何一种形状的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球体，就像太阳一样。他把太阳从宇宙的中心天体降为一个普通的恒星。

20世纪后，爱因斯坦提出了广义相对论。他所提出的宇宙模型是一个“有限无边”的体系。所谓有限，指的是空间、体积有限；所谓无边，指的是这个三维空间并不是一个更大的三维空间中的一部分，它已经包括了全部空间。

我们可以这样来理解爱因斯坦的理论：假如有一只小蚂蚁在一个大球上爬行，这个球本身是有限的，但球面根本没有边界，所以对于蚂蚁来说又是无限的。而我们人类就和这只蚂蚁一样，生活在这样一个有限而无边的宇宙中。

在爱因斯坦之后，天文学家又提出了新的宇宙模型学说，认为宇宙的空间尺度随着时间一直在不断增大，也就是说，宇宙从诞生至今，每时每刻都在膨胀，一直没有停止过。

既然宇宙处在不断膨胀的运动中，那么它的边界每时每刻都应该有具体的位置，从这个意义上说，宇宙应该是有限的。然而，宇宙的边界又在不断地向外扩展，科学家们还无法推算出它最终将膨胀到什么程度，会不会永远膨胀下去。从这个意义上讲，宇宙又是无限的。

总之，目前人们对宇宙大小的种种说法，多数是一种猜测，还没有完全被天文实践所证明。宇宙到底有多大，是有限的还是无限的，至今还是一个谜，还有待于航天技术的发展和天文学家的进一步研究探索来加以证明。

宇宙在神秘能量的控制下不断膨胀

我们的宇宙其实就像一个高明的巫婆用暗能量、暗物质和正常物质调制成的鸡尾酒。

近年来，科学家们一直在寻找宇宙不断膨胀，而且正在加速膨胀的原因。有人认为，是神奇的暗能量在远距离上把物体推开，从而克服了引力的局部作用。

2008年，英国曼彻斯特大学伊恩·布劳内领导的一个国际天文小组为神秘的暗能量的存在提供了新的证据。

这些科学家观察到，来自遥远而明亮的类星体的光被弯曲后，形成了若干个类星体的图像，图像的数目和途中存在的星系所形成的引力透镜数目不相符合，由此科学家断定，途中必定存在为我们看不见的其他物质，从而证明了宇宙中确实存在暗能量。

引力透镜现象是指来自遥远星系的光在到达天文望远镜之前，会被途中的其他物体的引力所弯曲，和通常的透镜折射光相似。

据报道，该天文小组的一位科学家使用包括宇宙年龄在内的参数和引力透镜源的可能数目，计算被引力透镜折射的类星体的数目。他发现这一数目大约是没有暗能量存在的情况下类星体图像数目的两倍。因此他推算出，宇宙的2/3必定是由暗能量组成的，剩下的1/3由暗物质（它的形态至今还不知道）和组成星球与行星的常规物质构成。所有这两种物质的引力是正常的引力，即通常的万有引力。而暗能量与它们相反，具有长距离的反引力性质。与神秘的暗物质一样，目前科学家们并不知道暗能量究竟是什么，但这些新的结果增加了暗能量存在的可信度。现在科学界普遍相信，它是宇宙加速膨胀的原因。

这一新的引力透镜试验建立在和过去完全不同的物理论据上，所以它提供的支持暗能量存在的证明是独立于其他证明的。

暗能量这个说法直到1998年才出现在天文学领域里。当时，两组天文学家对遥远的星系中正在爆炸的星球即超新星进行观察，发现超新星比他们认为的暗淡。这意味着它们的距离比科学家原来认为的更远了。造成这种情况的唯一解释应该是，假设宇宙的膨胀在过去的某个时间加速了。

其实，有关反引力的想法并不新鲜。早在80多年前，爱因斯坦就已经把这种反引力效应以所谓的宇宙常数的名义包括在他的广义相对论中了。当时，爱因斯坦设想为了不使星球由于相互间的吸引力而挤到一起，宇宙中应该还存在一种排斥力，它与引力相对抗，从而使宇宙保持稳定。他把这个排斥力称为宇宙常数。

20世纪20年代，哈勃发现宇宙并非静止不动，而是在不断膨胀。有关暗能量的探讨十分玄妙。有人认为暗能量是从宇宙真空中渗透出来的。有实验表明，真空似乎并不是空无一物，而是一些虚粒子在时生时灭地冒泡泡。而另一些天体物理学家则说，暗能量只不过是宇宙的基本特征，试图解释它，就像解释为什么地球离太阳的距离刚好适合孕育生命一样徒劳。

巨大的吸引力黑洞

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了，这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。

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，整个过程不到1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，崩坍了的星体具有巨大的引力，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。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。所以还有一种令人吃惊的说法：“无限的黑洞乃是宇宙的本身。”

黑洞里面有什么？这只能从理论上推测。假设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，飞得更近了，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，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”5000千米以外，引力就把他撕碎了。由此可见，他的吸引力是多么的大。

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，被称做“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X1星发出的“无线电波”使得人们可以准确地测定它的位置。X1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——1个有太阳5倍~10倍大的黑洞，围绕X1旋转的周期是5天，它们之间的距离是2000万千米。这是人类确定的最早一颗黑洞体。

与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，然而可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。

太阳系的起源

关于每天给予地球光和热的太阳，地球上很多地方都编织了精彩的神话故事，地球上的很多原始部落都曾经将太阳作为图腾进行膜拜。以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星（冥王星已被开除）、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃构成了太阳系。太阳系是怎样起源的呢？

法国的布封最先提出了灾变学说，20世纪50年代后又有人相继提出。这种学说认为太阳物质和行星物质来源于同一个共同体，太阳和行星的关系如同母亲和子女一样，两者有“血缘”关系，而太阳系起源于一次偶然的撞击。例如在靳斯和杰夫瑞斯的灾变假说里，他们曾设想有另一个巨大的恒星从太阳旁边掠过，或甚至发生边缘碰撞，于是从太阳体中引出了一条带状物质，两个星球的相对运动给了这一带状物质以一定的角动量。在巨大的恒星掠过后，这条带分裂成若干块，以后就各自成了行星。但是这种观点不能广泛为人所接受。因为从撞击的角度说，如果一个小的天体去撞击太阳，不可能把太阳上的物质撞出来，而恒星与太阳相撞的可能性就更小了。

曾经轰动一时较为著名的太阳系起源假说是德国哲学家康德提出的星云假说。在揭示太阳系起源的星云假说里，康氏认为：

星云假说的主要观点是宇宙空间存在着许多巨大的星际云，大约在46亿年前，在银河系的盘状的体系中，离开中心大约25亿亿千米的地方，存在着一个大小约等于现在太阳直径500万倍的云团。这个云团的成分主要是氢分子，同时含有少量的氦分子和由其他元素构成的尘埃。这个云团因为来自内部物质的引力作用，开始迅速收缩，就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。在大约40多万年之后，在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球，并在其核心触发了由4个氢原子核聚变成1个氦原子核的反应，释放出大量的热和光。这就是太阳。

康德的星云假说，在一定的程度上解释了太阳与七大行星的起源过程，但是这种理论也存在着某种漏洞，例如，一团在旋转中的星云，无论其速度是快的还是慢的，都没有任何理由可以说明能够在旋转中分离成一个中心和边缘的七个环，怎样才能获得切线力？而且还有不少的卫星、彗星又应怎样才能从主体的旋转中独立地异转起来？