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第5章 认识宇宙(4)

根据这种观点,我们的宇宙应该分为两部分——正物质和反物质。不过,至今我们也没有获得直接证据来证明关于反星系的分布,因为由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同,我们今天的天文观测手段根本无法对其做出区分。

虽然理论上认为宇宙中应该还有这么一个反物质世界存在,但事实并不这么简单,因为地球上是不存在自然的反粒子和反物质的。科学家们研究发现,核反应中产生的反粒子被大量正常粒子包围,所以产生出来没多久,就与相应的正常粒子结合,反粒子在两者结合后就消失了,转化成了高能量的光子辐射。可人们至今也没发现这种光子辐射。

在我们的地球上,因为普通物质无处不在,更是很难找到反物质,它一旦遇到物质就会湮灭。事实上,反物质在地球以外的宇宙中仍能以自然形态存在,但因为它发出的光与物质发出的光一样,所以单从恒星发出的光来看,我们无法判断它是物质还是反物质。因此科学家推断,由反物质构成的恒星很可能存在于宇宙中,或在距其他星球足够远的孤立空间中,甚至在银河系中。自然界的对称性决定了其中一定同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。当然,物质和反物质不可能同处在一个星体中,因为二者碰到一起就要湮灭。

因此,宇宙中到底有没有反物质,还有待于科学技术的进一步发展去证实。尽管至今我们仍不能确定宇宙中是否有反物质,但也不能过早予以否定。因为人类已观测到的最遥远的天体距离我们100多亿光年,但这并不是宇宙的边缘,也许在更遥远的太空中我们会发现反物质,也可能确实有反物质存在于我们已经观测到的宇宙中,只是由于某种原因使我们无法看到这些反物质罢了。

相关链接——黑洞与反物质通道

根据广义相对论引力场方程推出:宇宙中的黑洞是连接两个分离时空区的隧道,如果反物质世界处于另一时空,那么黑洞就可能是反物质世界的通道。但是,对于黑洞内部我们目前仍然一无所知,确切地说,黑洞内部就是一个反物质世界。

有人把反物质世界和物质世界关系用一张纸条来加以证明。取一张小纸条,把两头完好地粘连起来,试想,如果有一只蚂蚁在外表爬行,它怎样才能进入另一面呢?有两个办法:一是爬过纸带边缘;一是在纸带上打个洞。可是如果我们把纸带的一头旋转180°再粘连上,纸带的两面就变成了一面,只要在纸带上爬行,蚂蚁就可以在纸带内外随意地出入。同样的道理,如果宇宙是一个整体,我们只要进入黑洞,就可以进入反物质世界。可是至今,我们还从未听人说起曾到黑洞旅游过。

神秘的宇宙黑洞

早在1796年,法国天文学家拉普拉斯就曾预言:宇宙中存在着一个密度如地球大小而直径为太阳的250倍的发光恒星,它的引力非常大,可以使任何光线都离不开它。

后来,德国天文学家史瓦西在求解广义相对论中的引力方程时提出,宇宙中有一种不旋转、不带电、呈球对称状的黑暗天体。

其实,这两位科学家所说的都是同一种天体——黑洞。

黑洞是什么?

一提到“黑洞”,人们很容易望文生义,把它想象成为一个“大黑窟窿”。其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场特别强,任何光也不能逃脱出来。

根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光沿直线可以向任何方向射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,向某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到等于“史瓦西半径”(天文学上的一个特定值)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。之所以说它“黑”,是因为它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,似乎就再也不能逃出。

黑洞是如何形成的

那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。

当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经把中心的燃料(氢)耗尽了,由中心产生的能量已经不多了。这样,它也再没有足够的力量来承担外壳巨大的重量了。所以外壳重压就会使核心坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力抗衡。

一些质量小的恒星,主要会演化成白矮星,而质量比较大的恒星则可能形成中子星。科学家计算,中子星的总质量不能超过太阳质量的3倍。如果超过了这个值,就会再没有什么能与自身重力相抗衡的力了,从而导致另一次更大的坍缩。科学家猜想,物质将势不可挡地向着中心点进军,直至成为一个“点”——体积趋于零、密度趋向无限大。而当它的半径一旦收缩到一定程度即史瓦西半径时,巨大的引力就会使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系,“黑洞”就这样诞生了。

神秘的黑洞

黑洞与其他天体相比显得非常特殊。比如黑洞有“隐身术”,人类根本无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。

那么,黑洞究竟是如何隐藏自己的呢?答案就是——弯曲的空间。我们知道一个最基本的常识,光是沿直线传播的。然而根据广义相对论,在引力场作用下空间会弯曲,这时虽然光仍沿任意两点间的最短距离传播,但这种传播走的已不是直线,而是曲线。形象地说,光本来是要走直线的,可是强大的引力硬是使它偏离了原来的方向。在地球上,由于引力场作用小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,这种变形就非常大了。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光有一部分会落入黑洞中消失,通过弯曲的空间中绕过黑洞,另一部分光线仍会而到达地球。所以,我们可以观察到黑洞背面的星空,就像不存在黑洞一样,这就是黑洞的“隐身术”。

尽管科学家对黑洞的分析都不无道理,但至今仍没有人证实黑洞是否存在。目前,人类虽然无法直接观测到黑洞,但通过其附近天体的运动变化,却可以来推测黑洞的存在。另外,在接近而尚未抵达黑洞的视界时,物质也会高速旋转起来,形似喇叭状或盘状,在黑洞外围旋转,并因摩擦而产生高温,释放出强大的高能X射线。所以通过探测X射线,人类可以获得搜寻黑洞的重要线索。

一些天文学家也推断,在我们的银河系中,有一个巨大黑洞,质量相当于500万个太阳,引力足以吸引成千上万颗恒星,在银河系周围这些恒星和气体飞速旋转,形成一个庞大的整体,从而构成了浩瀚无边的银河系。由此看来,要想深入研究黑洞,还需要弄清宇宙的结构、天体的起源等一系列重大问题。

延伸阅读——黑洞是否会毁灭

1974年,英国物理学家史迪芬·霍金做出了这样一个预言,令整个科学界为之震动——黑洞会发出耀眼的光芒,体积会缩小,甚至会爆炸。

霍金是在灵感的支配下思维发生飞跃而得出的这一理论,他结合了广义相对论和量子理论。他发现,黑洞周围的引力场在释放出能量的同时,还消耗黑洞的能量和质量。

由此我们可以认定,一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生,被创生的粒子就是正粒子与反粒子,而如果这一创生过程发生在黑洞附近,就会发生两种情况:两粒子湮灭,一个粒子被吸入黑洞。如果被吸入黑洞的是一个反粒子,则正粒子逃逸。由于能量不能凭空创生,假设反粒子携带负能量,正粒子携带正能量,反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子与之相反的运动过程,如一个反粒子被吸入黑洞可以看作一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的总能量少了,而爱因斯坦的公式E=mc2表明,能量的损失会导致质量的损失。随着黑洞的质量越来越小,它的温度也会越来越高。这样,当黑洞质量的损失,也会增加它的温度和发射率,因而它的质量损失得更快。

这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计,因为大黑洞辐射的比较慢,而小黑洞则以极高的速度辐射能量,直到黑洞的爆炸。

宇宙中存在外星生命吗

宇宙中真的存在外星生命吗?对此人们进行着各种各样的猜测,众说纷纭。有人说,外星人是一群海陆两栖的“海豚人”,他们生活在海洋面积广阔的星球上;有人说,外星人是一群“章鱼人”,他们生活的星球没有陆地,完全被海洋覆盖着;也有人说,外星人是一群由爬行动物演变而来的“蹲踞人”,他们身材粗短,骨骼强壮,心脏肥大,全身长满了厚厚的皮肤。

但是,所有的这些都是想象,没有任何科学依据,而这也激发了科学家探寻外星人的极大兴趣。

不明飞行物——飞碟

人类首次发现不明飞行物是在1878年1月,美国得克萨斯州的一位农民声称自己看到了空中有一个圆形物体飞过。

1947年6月24日,美国爱达荷州的一名企业家也声称自己发现了以一种奇特的跳跃方式在空中高速前进的9个圆形物体。对此,几乎所有的美国报纸都进行了报道。这一事件也引发了一场世界性的飞碟热。

1966年8月的一天,一艘UFO滞留在美国两部某导弹基地附近。在对它进行录像之后,该基地几乎将所有的导弹发射装置都对准了它。然而,这时发生了一个奇怪的现象:该基地的所有装置都在同一时间瘫痪,甚至其中一套最先进的装置顷刻间就“熔为一堆废铁”, UFO却安然无恙。科学家们认为,击中装置可能是一种类似于高脉冲的的射线,否则先进的导弹发射装置是不可能这么容易就变成废铁的。

20世纪七八十年代以后,出现了更多有关飞碟的报道,越来越多的人声称目睹了飞碟。美国和西欧曾一度怀疑,飞碟是前苏联研发的“秘密武器”,因为每次飞碟都来自北方。对此前苏联外交部长葛罗米柯幽默地声明:“飞碟可能是一个大力气的苏联铁饼运动员掷过来的。”

神秘的UFO现象

那么,飞碟究竟来自何处呢?真的是外星人的宇宙飞船吗?在浩瀚的宇宙空间当中,除了地球上的人类之外,是否还存在另外的外星生命呢?

许多科学家都认为,大多数人看到的不明UFO只不过是人们对一些已知现象的误认,如极光、幻日、幻月、流云、海市蜃楼、地震光等,而并非什么不明飞行物。当然也有一部分科学家对UFO的存在持肯定态度,他们认为越来越多的事例证实乐不明飞行物的存在,只是现代还不能找到充分的证据证明它。不过,并非所有持肯定态度的专家都支持“外星说”,即外星球有高智慧的神秘生物,是他们制造了UFO。有许多UFO专家表示,不应把相信UFO存在等同于相信它来自外星球,因为并不能确定其存在性,这种假设只是根据其飞行性能、电磁性质及目击者的印象推断出来的。

那么,宇宙中真有外星生命存在吗?

经过研究,科学家把研究的目标对准了太阳系。科学家们经过长期的探测分析,一致认为在太阳系的八大行星中,最有可能存在生命的是土卫六、火星和木卫二,但这些所谓的生命,可能只是一些非常低级的诸如有机聚合物之类的东西。即使如此,人类并没有放弃在太阳系中“寻找外星人”的计划,而且还把目光投向了更加遥远的银河系。科学家相信,在银河系1500亿颗恒星中,非常有可能存在这类似地球环境的星球。所以并不能排除银河系中存在智慧生命和文明社会的可能性。

延伸阅读——对UFO的不断探索

20世纪70年代,在考察了土星、木星、天王星、海王星后,美国“先驱者10号”和“先驱者11号”就直奔银河系。飞船上配备了一架特殊的电唱机和一套精心挑选的“唱片”(他们被称为“地球之音”,因为它们记录了地球上各种有典型代表意义的信息,其中包括116张唱片、35种地球自然音响、27种世界名曲和大约60种语言的问候词)。这些“地球之音”被镀上了金,外面还加了金属防护罩,从而使其能在漫长的宇宙航行中能得到最好的保护。据估计,它们可以在宇宙中存在10亿年,希望有一天,我们能通过它们收到来自外星生物的问候。

虽然破解外星人和UFO之谜有着重重障碍,但人类始终没有放弃在这方面的努力。随着一架架巨型射电望远镜的应用,以及宇宙飞船的频频发射和空间技术的飞速发展,相信我们很快就可以找到答案。

“黑色骑士”之谜

太阳系中有来自地球之外的人造天体,这已经不是奇闻了。外星人有发达的科学,他们有没有可能在地球轨道上建造一个自己的基地呢?

1961年,在巴黎天文台观测站工作的法国学者雅克·瓦莱发现了一颗“大逆不道”的卫星,这颗卫星的运行方向与其它卫星的运行放心恰好相反,人们给它取了一个高雅而剽悍的名字——黑色骑士。

科学家们猜测:在离地球40万公里的地球轨道上,运行着一个UFO 轨道基地,因为UFO 能改变重力的影响。

对“黑色骑士”的关注与探索

在出现“黑色骑士”之后,天文学家们按照瓦莱提供的精确数据,也发现了这颗独特卫星,它是环绕地球逆向旋转的。

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