第一章（3）

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初始狀態

弦論的巨大優勢之一是大爆炸之前的曆史時期自然而然地變成了宇宙的膨脹期，而且這段時間對於膨脹過程使宇宙各處的密度和溫度變得均一來說絕對綽綽有餘。但是對空間在大爆炸發生之前的演變情況進行描述隻解決了一半的問題。為了解決其餘部分的問題我們需要了解宇宙是從什麽狀態開始發展進化的——也就是宇宙的初始情形。當t=一∞時宇宙是什麽樣的?

在標準的大爆炸模型中，宇宙始於一種極其特殊的狀態，在這種狀態下，1093個相互獨立的宇宙區域的溫度和密度都經過精確的“調整”，因而達到了高度一致。在麵對一種特殊狀態的時候，物理學家總是會本能地尋找這種特殊狀態的前身——個並不非常特殊的狀態。韋內齊亞諾指出：“同樣的道理，宇宙也一定是從我們可以想象的最簡單、最普通的狀態演變過來的。”韋內齊亞諾認為，空間無限廣闊、空虛、寒冷而且“平坦” (意指空間的曲度非常小)的宇宙是可能出現的最簡單的宇宙形態。韋內齊亞諾和他的同事——就職於加州理工學院的亞曆山德拉‘博南諾和在巴黎附近的高級科學研究所工作的蒂博‘達穆爾稱之為“漸近的過去平凡性，，原則。

事實上絕對的平坦並不能滿足弦論的要求。韋內齊亞諾指出：“如果空間是絕對平坦的，那麽從一個特殊的角度來看，它就會變得毫無變化可言。”

韋內齊亞諾和加斯佩裏尼在過去的幾年中已經證實在宇宙朝著t=0的方向擴張的過程中，時空的曲度變得越來越大，結果導致了溫度和能量密度的顯著增加。

預測未來

當然，根據任何一種理論設想出來的情形為了證明自己是正確的，都必須能夠演繹出今天我們在自己周圍看到的各種粒子。韋內齊亞諾指出，電子、正電子和光子等粒子是科學家根據宇宙幾何結構中存在的波動推想出來的。在這種情況下量子力學理論就可以派上用場了。就像強電場可以產生正、負電子對一樣，變化非常劇烈的引力場也會導致各種各樣的粒子按照量子理論描述的方式產生。而且，這些粒子誕生時攜帶著巨大的動能，結果導致了宇宙的溫度逐漸上升。韋內齊亞諾指出：“這與認為粒子的產生和溫度的升高發生在膨脹結束之後的標準大爆炸理論正好相反。”

為了讓大爆炸發生之前的情景不隻停留在科學幻想的階段，它必須能夠對宇宙的未來作出預測。幸運的是，它確實作出了幾個有辦法加以檢驗的預測，而這些預測又與標準的膨脹模型所作的預測大相徑庭。如果韋內齊亞諾是正確的，那麽宇宙就應該是其“平凡”的過去遺留下來的引力波形成的“波濤洶湧”的海洋。這些引力波將會非常弱，利用目前的探測設備——或者在不久的將來將要問世新一代探測設備一來發現它們的可能性並不大。但是韋內齊亞諾堅持認為第三代探測設備應該有能力捕捉到這種引力波本底。

大爆炸之前的曆史時期造成的影響應該也可以在宇宙微波本底，即大爆炸的餘輝中看到。韋內齊亞諾預測說，與標準的大爆炸理論相比，宇宙本底能譜上的頂點應該有不同的角位置。美國預定於2001年11月發射的MAP人造衛星或者將於2007年發射升空的歐洲普朗克探測器也許可以對此進行檢驗。

如何拚接

另一個問題是時間開始的時候到底發生了什麽?在大爆炸發生之前處於加速擴張狀態的宇宙必須通過某種方式“天衣無縫”地變成我們現在在自己周圍看到的以更為“悠閑”的方式擴張的宇宙。這個如何“拚接到一起”的問題正是“痛恨”奇特現象的弦論應該解決的問題。但是目前科學家並不十分清楚應該如何著手進行“拚接”工作。

雖然韋內齊亞諾目前還不能回答所有的問題，但是許多宇宙學家認為韋內齊亞諾已經給他們幫了一個大忙。加利福尼亞大學的安德烈亞斯·阿爾布雷克特指出：“目前存在著一種趨勢，就是大多數對這一理論進行過思考的人都對它表現出非常懷疑的態度。但是其他人則很高興聽到有人正在設法進行一些與弦論有關的宇宙學研究。”

宇宙開發新發現

發現了“宇宙之壁”?

“字宙果然是無邊無際的嗎?”

直到今天，天文學家還堅持了一個看法，那就是有能夠望多遠的望遠鏡，就有能夠望多遠的天體。但這個看法卻被美國的一位天文學博士打破了。

1974年，美國加利福尼亞州的海爾天文台阿朗·R．聖岱基博士發表“我們也許很快就能發現宇宙的邊緣”的學說。

到今天為止，我們所能看到的最遠的天體是距離地球120億光年的準星，那是一種類似星球的新天體，被稱為“OH471”。除此之外，再也沒有發現比它距離地球更遠的星體了。

我們現在使用的射電和光學望遠鏡，具有可以觀察到比120億光年的“01—1471”更遠的地方的能力，可是，我們一無所獲。正是根據這一點，聖岱基博士提出一種大膽的假設：“是否哪兒有一道‘壁’呢?那兒就是宇宙的盡頭呢?”博士開始提出自己的疑問。

“比如在森林中，一棵一棵地觀察樹木，突然發現最遠地方原來看見的樹，其實並不存在。那麽，到了那地方，那就是森林；的盡頭。”博士作了這樣的說明。

既然是一道“壁”，那一定有兩麵。那麽讓我們來想象一下，在“宇宙之壁”的另一端又是一個什麽景象呢?

宇宙開發的意外難題

宇宙巴伊金1號、2號計劃正在付諸實施，該項計劃的中心--便是把人送上火星和金星。當一切就緒以後，宇宙科學家發現了一個意外問題：宇宙飛行員在經過6個月的失重狀態下的飛行後，飛行員將會由於缺鈣，骨頭會一節節地斷下來。

根據現在的技術程度，去火星和金星，一個單程就得花6個月。

這個奇怪現象是由美國NASA發現的，在推行“宇宙之愛”(宇宙實驗室)計劃時，發現飛行員在宇宙中活動的時間最長是84天。保健局局長皮克特·休乃德領導的醫學小組進行了曆時2年的研究，結果表明：“支撐整個人身體的是骨頭，當鈣質被汗和小便蒸發了以後，不管你怎樣運動或者補充，骨頭都會折斷。”

“現在對此，人們還沒有對策。想不到，宇宙開發還受到人類本身體質的局限。”美國NASA也正在為這個問題發愁。

月亮表麵觀察所被未知的力量所操縱

1971年，人類在月亮的表麵設置了一個無人觀察所，但是這個觀察所出現了不尋常的奇怪現象。美國的科學家最近公開了這些情況。這個觀察所是阿波羅宇宙飛船安置的，阿波羅宇宙飛船曾5次登上月球，在月球上設置了“月球表麵科學實驗函”(ALSEP)，觀察所隻是其中的一個點，專門用來收集月亮的震動、熱流動、太陽素粒子等等情況。

1971年2月阿波羅14號的飛行員沒置了觀察所以後，就一直不停地工作。但是在1972年3月地球上接受器突然發生了故障，沒法聽到休斯頓宇宙中心的指令；到了1973年1月18日，連發送器也停止活動了。

可是，令人不可思議的事情發生了1 1973年2月17日。突然一切恢複正常了，接受器與發送器都能夠恢複正常功能了。奇怪的是，那段日子天氣非常酷熱，NASA的人沒有動手去修複那些機器，而根據科學常識來說，機器在發生嚴重故障的情況下，臼動地恢複正常，於理不通。是不是有一股未知的力量控製了月球的觀察所呢?因為當恢複正常使用後，“月球表麵實驗函”計劃開始展開才1個月，月球觀察所叉莫名其妙地突然停止了一切功能。

宇宙人的通信工具是電視

在生活中，我們常遇到這樣的情況：比如我們正在收看奧運會節目，突然電視線路像受幹擾一般，畫麵的轉播中斷。於是熒屏上出現了一些幾何圖形般的白雪花。

美國斯坦福特天文台世界級的天文學者羅那爾多。布萊斯文博士，對上麵情況的解釋是：“之所以發生這種情況，是因為不知在哪裏的宇宙人想同我們人類交流……”根據博士的說法，正如我們地球在探索宇宙文明，宇宙文明也在試圖同我們人類聯係。為了探尋火星上是否有生命，我們發送了與地球同軌道的無人探測機，向火星發射電波，測試火星上有沒有高智慧的生物。如果探測成功，就用電波與他們溝通。同未知之物打交道，當然用圖形最好了。因此，此起無線電，還是電視更為適合。～探測機由計算機控製，我們可以同其他行星交換知識，也可以向它們播放我們的信息。隻不過問題在於，當我們的信息到達行星，它們發回信息也許要花幾十年的時問。不過，我相信，也許宇宙中的其他行星也已經像我們一樣，在地球的周圍布滿了我們那樣的探測機，可以自由地發送信息，說不定明天我們就可以受到宇宙人的信息。”布萊斯文如此充滿自信地說。

火星表麵起了可怕的變化

“火星表麵遭受到超級台風的襲擊，原來我們熟悉的地形已經完全消失了。”1975年，日本世界火星學者宮本正太郎教授(京都大學花山天文台長)發表了這個令人震驚的消息。

火星上被確定：沒有一點水，空氣是存在的；赤紅色的花崗岩形成的沙漠，青綠色的玄武岩形成了坑坑窪窪的地麵。有風吹，也有氣候變化。凹下去的地方以前被認為是海，因此，命名了不少“海”、“湖”、“運河”之類的叫法。

表麵產生異常變化的是指，從1941年起，火星表麵上的四個地方突然消失了。“莫愛利斯湖”，“奈本第斯運河”和“達皮斯湖”一個接一個地消失。甚至連“塞倫海”都在擴大，“撒比烏斯灣”在原地打圈似地移動，造成一片混亂。那種地形變化，直到今天還在繼續。

對於火星的觀察是一百多年前開始的，這樣的異常變化是首次發現。令人吃驚的是，最新發現的地形，同1877年英國發現的地形圖居然完全一致。也就是說火星的“大變動”是以百年為周期。地球上的氣象變化想必同火星的“異變”也有關係吧!

火星上有刻印人臉的岩石

地球的鄰居是火星。火星上有沒有生物，這個問題一直在爭論不休。1976年的夏天，美國無人駕駛的探察機巴伊金1號、2號都成功在火星上登陸。拍攝了地上和空中的許多照片，並且及時傳送到地球上來。原來期待通過這些情報來揭開火星的神秘之麵紗，可是沒想到問題反而越來越複雜。

最使人吃驚的是其中的一張照片。那是在火星的北半球巴伊金1號奧皮特在尋找巴伊金2號是否安全著陸時，從1873公裏的高空所拍攝的一張照片。上麵記錄了許多令人難解之謎。

首先在中央的巨大岩石，好像是有誰特意雕刻的一張人的臉。15公裏高，長度更長。右麵甚至有個長方形的人工平台，看上去輪廓分明像個宇宙飛船的發射場。左麵地上淡淡地浮出一個巨大的圓形的痕跡，左麵一邊如高山聳立，把三角形的影子透射在一邊，令人看上去完全像金字塔。

NAsA發表這張相片的時候說：“這個特殊的地形是由於強風的作用，長年累月所形成的，並沒有什麽特殊的意思。”但是火星上空氣稀薄，根本不可能形成足以有規則雕刻岩石的強風。而且在一個地方集中這些古怪的現象，也太不可思議了。因此，有的宇宙考古學家認為，“地球文明是宇宙文明所塑造出來的”。

“這個頭像就是證明，從規模上來說，不到這個頭像十分之一的金字塔和斯芬克司的頭像，就是模仿火星上的那個頭像。”

同樣開始作為新的謎語為人所注目的是，有兩個小小的月亮，一個叫“福鮑斯”，另一個叫“底莫斯”。在整個太陽係的範圍中，就衛星來說，像那樣兩個小型的月亮是非常少見的。福鮑斯自轉速度比母星快三倍。前蘇聯的物理學家伊奧吉夫·席克歲夫斯基博士認為，那兩個東西是“人造衛星”。

但根據馬利那探測機和巴伊金所拍攝的實物，上麵有月球上所看到的坑坑窪窪，顯然那是小的行星，畢竟是“自然之月”。不過，美國天文學家卡爾·塞甘博士提出了疑問：

“福鮑斯和底莫斯比起其他的小行星明亮度過於暗淡。這表示金屬含量之高。使人感到不可思議的是，盡管表麵上給隕石衝擊得如此不平，坑坑窪窪那麽多，可它們卻沒被衝壞。是不是有可能它們的那些重金屬被利用改造為人工的衛星呢?”

天河的來曆

夏夜的晴空，銀河高懸，像一條天上的河流，故此有“天河”、“河漢”之稱。西方人稱它為“牛奶路”。在中國境內，可以看到銀河白天蠍座起，經人馬座特別明亮的部分，達盾牌座而止。

銀河那煙靄茫茫的景象引發詩人無窮的遐想，但是天文學家卻一直難見其廬山真麵目。17世紀，伽利略首先用望遠鏡觀察銀河。他發現，這是一個恒星密集的區域。後來英國人賴特提出了銀河係的猜想，並具體描繪出了銀河係的形狀。他假定，銀河係像個“透鏡”，連同太陽係在內的眾星位於其中。

18世紀，英國天文學家赫歇爾父子對賴特的猜想進行了驗證。他們發現銀河係中心處恒星很多，而離中心越遠恒星越少。他們的觀測表明，銀河係確是一個恒星體係，並且其範圍是有限的，太陽靠近銀河係中心。他們估計，銀河係中有3億顆恒星．其直徑為8000光年，厚1500光年。

荷蘭天文學家卡普亭的觀測進一步證實了赫歇爾父子關於銀河係形狀的觀測結果。1906年，他估計銀河係直徑23000光年、厚6000光年；1920年，他測算的銀河係直徑為55000y匕年，厚110000光年。這一結果比赫歇爾父子的測算結果大了400倍。

1915年，美國天文學家卡普利研究了許多球狀星團的變星，發現太陽並不在銀河係中心，而距那裏約5萬光年，並朝向人馬座，銀河係直徑有30萬光年。

20世紀80年代，人們測得的銀河係數據是，質量相當於2000億個太陽的質量，直徑10萬光年，厚2000光年，太陽距銀河係中心2．5萬光年。

銀河係到底有多大呢?

宇宙物質的秘密

要想弄明白宇宙中有沒有反物質，首先要弄明白什麽是反物質。

反物質是和物質相對立的一個概念。眾所周知，原子是構成化學元素的最小粒子，它由原子核和電子緝成。原子的中心是原子核，原子核由質子和中子組成，電子圍繞原子核旋轉。原子核裏的質子帶正電荷，電子帶負電荷。從它們的質量看，質子是電子的1840倍，形成了強烈的不對稱性。因此，20世紀初有一些科學家就提出疑問，二者相差這麽懸殊，會，不會存在另外一種粒子，它們的電量相等而極性相反，比如，一個同質子質量相等的粒子，可帶的是負電荷，另一個同電子質量相等的粒子，可帶的正電荷。

1928年，英國青年物理學家狄拉克從理論上提出了帶正電荷“電子”的可能性。這種粒子，除電荷同電子相反外，其他都一樣。1932年，美國物理學家安德遜經過實驗，把狄拉克的預言變成了現實。他把一束Y射線變成了一對粒子，其中一個是電子，而另一個同電子質量相同的粒子，帶的就是正電荷。1955年：美國物理學家西格雷等人在高能質子同步加速器中，用人工方法獲得了反質子，它的質量同質子相等，卻帶負電荷：1978年8月，歐洲一些物理學家又成功地分離並儲存了300個反質子。1979年，美國新墨西哥州立大學的科學家把一個有60層樓高的巨大氦氣球，放到離地麵35千米的高空，飛行了8個小時，捕獲了28個質子。從此，人們知道了每種粒子都有相應的反粒子。

人們根據反粒子，自然聯想到反原子的存在。一個質子和一個帶負電荷的電子結構，便形成了原子。那麽，一個反質子和一個帶正電荷的“電子”結合，不就形成了二個反原子了嗎?類推下去，豈不會形成一個反物質世界嗎?於是認為，宇宙是自等量的物質和反物質構成的。

從理論上看，宇宙中應該存在二個反物質世界。可事實並不這麽簡單。經研究發現，粒子和反粒子一旦相遇，他們就會“同歸於盡”，從而轉化成高能量的V光子輻射。可這種光子輻射人們至今還沒有發現。在我們地球上很難找到反物質，因為它一但遇到無處不在的普通物質就會湮滅。

那麽，宇宙中存在著反物質嗎?存在著一個反物質世界嗎?按照對稱宇宙學的觀點，它們是存在的。這一學派認為，我們所看到的全部河外星係(包括銀河係在內)，原本不過是個龐大而又稀薄的氣體雲，由等離子體構成。等離子體既包含粒子，又包含反粒子。當氣體雲在萬有引力作用下開始收縮時，粒子和反粒子接觸的機會就多了起來，便產生了湮滅效應，同時釋放出巨大能量，收縮的氣體雲開始膨脹。這就是說，等離子體雲的膨脹，是由正、反粒子的湮滅引起的。

按照這種說法推論，在宇宙中的某個地方，一定存在著反物質世界。如果反物質世界真的存在的話，那麽，它隻有不與物質會合才能存在。可物質和反物質怎樣才能不會合呢?為什麽宇宙中的反物質會這麽少呢?這些都是待解之謎。

“太陽係”是如何發現的

茫茫無際的宇宙，深藏著無數奧秘。

有人曾設想，除我們的太陽係以外，還應有第二個、第三個太陽係。可是另外的“太陽係”具體在哪裏?這個長期以來爭論不休的問題，隨著織女星周圍發現行星係，NARN已經找到了宇宙中的第二個“太陽係”，為尋找宇宙中其他許多“太陽係”提供了例證。

宇宙中的第一個“太陽係”是怎樣發現的呢?

1983年1月，美國、荷蘭、英國三個國家成功地發射了紅外大文衛星。後來，天文學家們利用這顆衛星意外地發現天琴座主星——織女星的周圍存在類似行星的固體環。

這次發現在世界上還是頭一回。這一發現可以說是不同凡響的劃時代的發現。

織女星周圍的物質吸收了織女星的輻射熱，發射出紅外線。紅外天文衛星正是接收到了它所放射的紅外線。比較四個不同接收波段的強度便可計算出該物體的溫度為90K(約—180℃)。一般來說，恒星的溫度下限約為500K。溫度為90K，這就是說那個物體是顆行星。而且，織女星真的也有行星係的話，它便相當於外行星。這樣一個溫度的物體隻能用波長為幾十微米的紅外望遠鏡方可捕獲到。

美國、荷蘭、英國合作發射的衛星是世界第一顆紅外天文衛星，主要用於探測全天的紅外源，也就是對紅外源進行登記造冊。一般紅外天文望遠鏡不能探出宇宙中的低溫物體。因為大氣中的水分和二氧化碳氣體大量吸收了來自宇宙的紅外線及地球的熱，又會釋放互相幹擾的紅外線。紅外天文衛星將裝置儀器用極低溫的液態氦進行冷卻，所以才有了這次的發現。

探測表明，織女星行星係與太陽係行星一般大小。由於織女星發出的總能量是已知的，通過90K的物體的溫度便能求出織女星和該物體之間的距離，也就是可以求出該行星係的半徑。

織女星距離地球26光年，是全天第四亮星。直徑是太陽的2．5倍，質量約是太陽的3倍，表麵溫度約10000℃，比太陽的表麵溫度(約6000％)高。織女星誕生於10億年前，太陽誕生於45億年前，相比之下織女星要年輕得多。地球大斂是與太陽同時誕生的，若認為織女星的行星也跟織女星同時誕生，那麽就可以視它的行星處在演化的初期階段。

依據行星形成的一般假說，當恒星產生時，在它的周圍散發著範圍為太陽係100倍的分子氣體雲環，因長期相互作用而分成若幹個物質團塊，進而形成行星。

東京天文台曾公布說，他們用射電望遠鏡在獵戶座星雲等地方發現“行星係的嬰兒”，也可以說是原始行星係星雲。

東京天文台和紅外天文衛星的發現，看來可以說是行星形成過程中的不同階段。深入分析和研究這兩個不同階段，以及更正’確地描寫織女星的行星像，無疑是當前世界天文學界所麵臨的一大課題。

宇宙“黑洞”之謎

在浩瀚無垠的廣袤宇宙中，除了人類所能發現和看見的有形星體之外，似乎在宇宙中還存在著無形(看不見)的星體，甚至這些無形的天體還要占有更大的比例。其中黑洞(還有白洞)就是人們最先努力去發現和探究的特殊天體對象之一。那麽，究竟有沒有黑洞呢?

美國航空航天局曾宣布，“哈勃”太空望遠鏡拍攝到的天體照片為宇宙中存在“黑洞”的假設提供了證據。1994年1月27日，“哈勃”望遠鏡攜帶的廣視野星際照相機攝取了室女星座中M87星係中心存在旋渦狀氣體雲盤的照片，使美國太空望遠鏡科學家霍蘭·福特博士和馬裏蘭州應用研究公司的理查德。哈姆斯博士感到非常驚奇。哈姆斯博士介紹說，太空望遠鏡觀測的範圍相距雲盤中心大約60光年，圍繞中心的大部分是氫氣，溫度在1萬攝氏度左右，已處於電離狀態。通過計算，天文學家認為，促使雲盤高速旋轉的盤狀區域中心，存在著質量相當於30億個太陽，而體積卻並不超過太陽係大小的致密天體。鑒於周圍並不存在產生如此巨大引力的其他天體，惟一的解釋是致密天體就是人們長久尋找的“黑洞。”“黑洞”是一個新發現的隱形天體，關於它的特性雖然有不少假說，一般認為它吸引力極大，連光線都吸人其內，質量致密，具有邊界，界內界外特性不同……但上述還隻是一種假說，它的真正內幕還有待發現。相信徹底揭開其真相的日子不會太遙遠。

宇宙“白洞”之謎

有些人認為，宇宙是對稱的，有此必有彼。當人們熱衷於討論“黑洞”的時候，又有人針鋒相對地提出了“白洞”之說。

白洞是廣義相對論所預言的一種與黑洞相反的特殊天體。和黑洞類似，它也有一個封閉的邊界。聚集在白洞內部的物質，隻可以經邊界向外運動，而不能反向運動。因此，白洞可以向外部區域提供物質和能量，但不能吸收外部區域的任何物質和輻射。白洞是一個強引力源，其外部引力性質與黑}同相同。白洞可以把它周圍的物質吸積到邊界上形成物質層。白洞學說主要用來解釋一些高能天體現象。有人認為，類星體的核心就可能是一個白洞。當白洞內中心點附近所聚集的超密態物質向外噴射時，就會同它周圍的物質發生猛烈碰撞，而釋放出巨大的能量。因此，有些x射線、宇宙射線、射電爆發、射電雙源等現象，可能與白洞的這種效應有關。白洞目前還隻是一種理論模型，尚未被觀測所證實。人們猜測圖中星係帶有白洞的某些特征。

我們知道，黑洞是極端“自私”的，它就像一個貪得無厭的野獸，張開大口，吞食著宇宙中的一切物質。隻要進入它的“視界”之內，就休想再出來，其中包括光。那麽，它把物質吞進去之後，又消化到哪裏去了呢?要知道物質是不滅的。於是“日洞”之說便應運而生。

白洞的“性格”與黑洞截然相反，它允許內部的超高密度物質離開它的邊界，進入廣闊的太空，卻不允許任何物質進入它的邊界之內。換句話說，它向外界發出輻射，拋出最終能夠構成氣體和恒星的物質，卻不肯吸收外界的物質來“中飽私囊”。正因為它具有這樣的特性，人們就很自然地把它同x射線爆發、γ射線爆發，以及超新星爆發等現象聯係起來。

白洞不斷向空間噴射物質，那麽誰為它提供“後勤供應”呢?有人認為，白洞那源源不斷的能源取自黑洞。進入黑洞的物質並不是完全被它消化了，而是以“熱輻射”的方式穩定地向外發射粒子，科學家們稱之為“自發蒸發”。英國物理學家霍金經研究發現，黑洞具有一定的溫度，其數值與黑洞的質量成反比。自發蒸發使黑洞質量減少，溫度升高，又反過來促使自發蒸發加劇。由於這樣正反促進，使黑洞的蒸發愈演愈烈，最後便以“反坍縮”形式猛烈爆發，形成不斷向外噴射物質的白洞。黑洞把宇宙中物質吞食了，白洞又把物質歸還給宇宙，這是一個多麽和諧的宇宙啊!

前蘇聯學者諾維柯夫把白洞的形成同宇宙大爆炸理論聯係起來，提出了“延遲核”理論。他認為，宇宙在大爆炸的最初時刻，由於爆發的不均勻，有些超高密度物質並沒有立刻膨脹，而是過了一段時間才發生爆炸，成為新的局部膨脹的核心，這就是白洞。

不過，白洞目前仍像黑洞一樣，還沒有實際證據證實它的存在。

宇宙電波之謎

1924年8月20曰下午1點50分到23日晚上lI點50分，進行研究的特德博士在火星最接近地球處(火星與地球問的距離為5600萬公裏)，捕捉到了一種奇怪的電波。“這是怎麽回事兒?會不會是太空人發來的信號?”特德博士自語道。可是他始終未弄清這種奇怪的電波來自何方，表示什麽意思。

1958年10月，人造衛星進入太空。在衛星上裝置的大型電波跟蹤裝置也接收到來路不明、意思不清的奇怪電波。它使得美蘇宇航基地的工作人員手足無措，大惑不解。

1974年3月12日，前蘇聯“火星6號”密封倉在火星上著陸，向地球發回了照片。從照片上可以清楚地看到幹裂的河床。這次調查否定了火星上存在高級生物、運河等推斷，這也就否定了上述奇怪的電波來自火星的可能。

但是，科學家們認為幾次出現的奇怪電波肯定不是來自人類居住的地球本身。那麽它會不會是處星人發來的電波呢?它們又是什麽意思呢?

“銀河氣弧”之謎

宇宙中的現象確實奧秘無窮。有些天體現象用我們今天的眼光和科學矢口識一時還無法理解和想象。比如“銀河氣弧”現象就十分神奇和玄妙。

美國天文學家莫裏斯等人利用國家天文台的巨大天線陣，觀察到銀河係中心有一道由星際圓盤伸延而出的巨型氣弧，它“頗為壯觀”，“與銀河係圓盤幾乎垂直”。我們就稱之為“銀河氣弧”吧。

這個特大尺寸的氣弧的長度估計在150光年以上，它射出強烈的無線電波。觀察表明，氣弧是由長條絲狀體組成，它們就像繩索一樣，能隨意扭轉。這道氣弧的存在，似乎暗示著一個磁場正從圓盤伸展出來。雖然該磁場也具有南北磁極，但並非對稱分布。好多國家的天文台在介紹天體奧秘時都談到銀河氣弧，並且有形象的錄相播放。那麽銀河中心的這種‘‘偶極磁場”對於星係的形成究竟會產生什麽作用呢?天文學界對“銀河氣弧”正進行著探討和研究。

來自太空的“特技演員”之謎

美國好萊塢著名導演史蒂芬寧格為了拍攝反映太空戰爭的影片，公開招聘特技演員，其中有一位應聘者引起了他極大的興趣。這是一個默不作聲、也沒有在登記表格上留下姓名的“怪人”。

在試鏡頭時，他遵照導演的要求，不斷地按動自備的一部“微型傳真機”上的鍵盤。霎時，攝影棚裏便“冒”出奇特景象：在漆黑的布景上，繁星點點，一艘前所未見的巨型太空船與一群太空人(都有著紫綠色的麵孔、數不清牙齒的口腔，甚至麵部不停蠕動的皺褶和體內流動的**也依稀可見)迎麵飛來，越飛越近……導演大喜過望，當即與這位來曆不明的“怪人”簽訂了合同。

不久，“怪人”的超人才能引起了美國中央情報局的注意。有人推斷，他可能來自太空。後來，“怪人”在參加拍攝一部有關火山爆發的影片時被警方拘捕。他被關押在特殊的監獄裏。但幾乎與此同時，好萊塢所有製片區卻忽然像地震一般晃動起來。史蒂芬寧格懷疑是“怪人”製造的幻覺。然而，當他趕到拘留所時，“怪人”早已失蹤。

美國中央情報局特工人員在拘留所裏發現了那部神秘的“傳真機”。專家們認為，這是十分危險的工具。因為它能收集任何人的腦思維電波，製出諸如“古羅馬城”、“太空戰爭”的各類幻覺；而它擁有的能量還足以成威力無比的殺人武器。不過，這部“傳真機”由於缺少其中的“塒合器”而已成為廢物。“對合器”是“怪人”帶走了嗎?他又到哪裏去了呢“

宇宙中會發生交通事故嗎

在繁忙的都市中，汽車川流不息，不僅會使道路堵塞，有時還會發生相互碰撞等交通事故。那麽，在茫茫字宙中，比汽車還要多的星星，它們在運行時會不會發生相互碰撞的“交通事故”呢?

從我們地球的角度出發，月亮是離我們最近的星球，但它離地球的平均距離仍然有38萬多千米。月球有規律地繞著地球運轉，不幺同地球相撞。

太陽是離地球最近的恒星，但它離地球有1．5億千米。地球有規律地沿著一定軌道繞著太陽公轉，也不會和太陽碰上。

至於太陽係中的其他成員，太陽的引力迫使它們各就各位，在自己的軌道上有序地運行，相互之間也不會碰撞。

太陽係以外的宇宙空間裏，恒星之間的平均距離在10光年以上，相距非常遙遠。而且，太陽以及其他銀河係裏的恒星，都十分有規律地在圍繞銀河係中心旋轉。據科學家測算，恒星碰在一起的概率大約每100億億年才會發生一次。

不過，在太陽係中，有時會發生彗星撞擊行星和太陽的“交通事故”。比如1979年曾出現一顆掠日慧星，它以每秒560千米的高速撞向太陽。再比如1994年，蘇梅克一列維9號彗星撞上了太陽係中最大的行星——木星，在木星表麵留下了如地球般大的撞擊痕跡。另外，隕星墜落也是因碰撞現象引起的。

宇宙中有沒有反物質

我們都知道，目前人類觀測到的世界是由物質構成的，而物質又是由原子構成的。原子的中心是原子核，原子核是由質子和中子組成的，另外還有電子在圍繞原子核高速旋轉。原子核裏的質子帶正電荷，電子帶負電荷，它們攜帶的電量相等。從它們的質量比較上看，質子是電子的1840倍，形成了強烈的不對稱性。因此，本世紀初有一些科學家就提出疑問，兩者相差這麽懸殊，會不會存在另外一種粒子，這種粒子與基本粒子電量相等而電荷相反?

1978年8月，歐洲一些物理學家成功地分離並儲存了300個反質子達85個小時。1979年，美國新墨西哥州州立大學的科學家把一個有60層樓高的巨大氫氣球放到離地麵35千米的高空，氣球飛行了8個小時，他們宣布捕獲了28個反質子。從此，人們開始相信，每種粒子都有相應的反粒子。目前，科學家利用高能加速器已製造出了反氘核和反氦核。

既然有反粒子的存在，人們很自然地聯想到反氫分子、反元素、反分子，由此便構成了一個反物質世界。有人進一步提出假說：宇宙是由等量的物質和反物質構成的。如果真有反物質世界，那麽，它隻有不與物質會合才能存在。可物質和反物質怎樣才能不會合呢?怎樣才能判斷出宇宙中哪些天體是物質，哪些又是反物質呢?為什麽我們抽知道的世界中反物質會這麽少?這些都是留待人們去解開的謎團。

宇宙大小之謎

每當人們翹首仰望茫茫天空、神馳遐想之時，總是有人提出這樣的疑問：宇宙究竟有多大?有沒有盡頭呢。

在太陽的周圍，有地球、金星、火星、木星等大小不同的九個行星在不停地運轉，這就是太陽係。那麽在太陽係以外又是一個怎樣的世界呢?那是一個聚集著約2億顆像太陽一樣的恒星的銀河係。銀河係像一塊鐵餅，直徑為10萬光年，中心部分厚度為15000光年。如果飛出銀河係，又會到什麽地方呢?在那裏，有無數像銀河係一樣的世界，叫做星雲。與銀河係鄰近的是仙女座流星群。這個流星群和銀河係大小、形態大致相同，大約聚集著2000億顆恒星。

1929年，美國的哈佛爾發現：所有星雲正離我們遠去。比如離我們約2.5億光年的發座星雲以每秒6700公裏的速度，5．7億光年外的獅子座以每秒19500公裏的速度，12．4億光年外的牽牛座星以每秒39400公裏的驚人速度，紛紛離我們遠去。

照這樣持續下去，星雲到過100光年處其運行速度將達每秒30萬公裏，這和光的速度相等。這樣，所有星雲的光就永遠照射不到我們地球上來了。因此，100億光年的地方將是我們所能見到的宇宙的盡頭。再遠處還有星雲，但是由於光無法到達，我們也就無法觀測了。當然這是一家之言，還有其他不同的解釋。有人認為，宇宙呈氣球型，它像氣球一樣不斷膨脹，其中有些星雲隨之離我們遠去。但到一定的時候，氣球又會縮小，星雲也會隨之接近我們。還有的提出，宇宙是馬鞍型，它如同馬鞍，不斷地朝著鞍的四個邊緣方麵擴展。按這一解釋，在遙遠的將來，星雲將逐漸遠離，夜空會變得單調寂寥。不過有人對此持不同意見，認為宇宙是永恒的。雖然它會無限地擴展，但在擴展了的空間還會產生新的星球，宇宙再怎樣膨脹，還會增加新的星家族。因此，宇宙空間不會荒寂。究竟宇宙的盡頭在哪裏，人類目前還隻能進行一些推測。

宇宙島之謎

在宇宙大爆炸之後的膨脹過程中，分布不均勻的物質因引力的作用而收縮成一個個“島嶼”，這就是星係，人們將其形象地稱作“宇宙島”或“島宇宙”。

提起宇宙島，可追溯到意大利布魯諾關於宇宙中恒星世界的構想。1755年，德國哲學家康德認為宇宙中有無限多的星係。這就是宇宙島假說的淵源。天文學家通過觀測，看到許多霧狀的雲團，便猜測可能是由很多恒星構成的，隻是離得太遠，人們無法一一分辨出。

英國天文學家赫歇爾首先發現許多星雲可分解成恒星群，後來又發現一些星雲無法分解，於是他提出了星係並非宇宙島的觀點。

到了19世紀，人們借助更大的望遠鏡進行更仔細的觀測，特別是分光術的應用，使人們對星雲的觀測有了極大的進步。隻是由於赫歇爾的影響，人們對宇宙島與星雲的關係仍然缺乏正確的認識。

進入20世紀，在美國引起了關於宇宙島的爭論。天文學家柯蒂斯認為字宙島是河外星係，否則它們就是銀河係的成員。另一位天文學家沙普利提出與柯蒂斯不同的觀點。在20年代，他們展開激烈的爭論。後來，哈勃進行了更精確的測量，證明了河外星係的存在，這樣，關於宇宙島的爭論才告結束。

現在人們觀測到的河外星係已達上萬個，最遠者距銀河係達70億光年。估計河外星係數目大得驚人，若畫一個半徑達20億光年的圓球，其內含有約30億個星係，每個星係都包含著數以幹億計的恒星。

關於宇宙中的宇宙島從何處漂移過來的問題，目前仍有很多的爭淪。關於星係起源的理論更有很多，有代表性的是引力不穩定性假說和宇宙湍流假說。前者認為，在30億年問，星係團物質由於引力的不穩定而形成原星係，並進一步形成星係或恒星；後者認為，宇宙膨脹時形成旋渦，它可以阻止膨脹，並在旋渦處形成原星係。二者都認為星係形成了100億年。但是兩種觀點都不成熟，還存在很多的問題。此外，還有一些關於星係起源的理論，也有較大影響。各學派目前都還拿不出一套能完整科學地解釋宇宙島的理論。

銀河係核心之謎

古希臘人認為，人類居住的地球是宇宙中心。16世紀，哥白尼把地球降為一顆普通行星，把太陽作為宇宙中心天體。18世紀，赫歇爾認為，太陽是銀河係中心。20世紀，沙普利把太陽“流放”到銀河係的旋臂上，離銀河係中心有幾萬光年之遙。

在太陽離開“銀心’’之後，誰坐鎮“銀心”便成為天文學家關注的大問題。而且“銀心’’離我們的距離並不算遠，理應把它的“主人”搞清楚。然而，對“銀心”觀測並不容易，原因是“銀心”到處充滿了塵埃。這層厚厚的“麵紗”，讓人難以窺視其中的奧秘。

隨著觀測手段的不斷改進，人們對“銀心”的了解也在不斷增加。這主要是靠接收塵埃無法遮擋的紅外線和射電波。美國貝爾實驗室的工程師央斯基是最先接收到“銀心”射電波的。

由於“銀心”核球的紅外線和射電波信號很強，人們推測它可能是質量極大的矮星群。1971年，英國天文學家認為，核球中心部有一個大質量的致密核，或許還是一個黑洞，其質量約為太陽質量的100萬倍。如果真是一個黑洞，“銀心”應有一個強大的射電源。

20世紀80年代，美國天文學家探測到以每秒200千米的速度圍繞“銀心”運動的氣體流，它離“銀心”越遠，速度越慢。他們估計這是“銀心”黑洞影響的結果。另一些美國天文學家也宣布探測到“銀心”的射電源，這一結果說明“銀心”可能是一個黑洞。

前蘇聯的一些天文學家則認為，證明“銀心”是黑洞的證據不足。他們認為，“銀心”可能是恒星的誕生地，因為其中心有大量的分子雲，總質量為太陽質量的10萬倍，溫度為200～300K。

天文學家很關心“銀心”是否為一黑洞，為此，美國天文學家海爾斯提出了一個判據，即～對質量與太陽相當盼雙星從黑洞旁掠過時，其中一顆被黑}同吸進後，另一顆則以極高速度被拋射出去。經過計算，這樣的機會並不大。海爾斯的判據雖不能最終解決問題，但不失為一條新思路。然而，要最終搞清楚“銀心”的構成，有有許多工作要做。

宇宙“泡沫”之謎

前些年，美國哈佛一斯密森天體物理研究中心的科學家瑪格特·蓋勒和約翰·赫奇勒曾經宣布，他們首創的三度空間圖像表明，宇宙建立在許多巨大空間的四周。這些空間看起來就像洗臉盆上的肥皂泡，而大大小小的星係就依附在“泡沫”上。有的“肥皂泡”相當大，直徑達到15億光年。

但是，這些“肥皂泡”是怎樣產生的?構成星係的物質是如何空出這麽巨大的區域來的?諸如此類的問題，在科學界引起激烈爭論。有人認為，是大爆炸將物質從空間中心推向四周，從而形成“泡狀”。這種說法存在著很大問題，因為它無法解釋物質怎麽能跑完這麽長的路程，形成這麽巨大的空問。

最近，有人又發現了橫跨天穹的一個狹長星係。這個星係長約5億光年，寬約2億光年，厚約1500光年。這是天文學家迄今為止發現的最龐大的宇宙結構。美國《科學》雜誌詳細報道了這一發現，並將其命名為“長城”。

這道肉眼看不見的呈曲線形的“長城”，離地球大約2億～3億光年。由於距離遙遠，它在一般的天文攝影照片上顯示不出來。

在這一新發現之前，宇宙中最大的發光結構被認為是銀河係超星係團。“長城”的發現，又增加了問題的神秘性，在太空中很可能還有更巨大的結構體在等待人們去發現。

星係有多大

如果知道星係的距離r，再實際測量出河外星係的角半徑α，那麽利用三角學算式d=rsinα，就可計算出星係的真半徑d。這種方法的原理雖然簡單，但實際測定星係的角半徑並不容易。由於星係的亮度從中心向外逐漸減小，其邊緣很難和星空背景分開，因此確定星係邊界並不容易。盡管這樣，天文學家還是想出一些辦法測定出了河外星係的大小。結果發現，星係之間大小相差很懸殊，最大的橢圓星係的直徑達100千秒差距，即超過30萬光年。在量度星係級天體的距離和大小時，天文學家經常使用千秒差距作單位。秒差距是天文學中量度恒星距離的一種單位，1秒差距等於3．26光年，1千秒差距等於3260光年。最小星係的直徑在0．1～1千秒差距之間，較小的星係一般都是橢圓星係。旋渦星係一般在5—50千秒差距的範圍內。不規則星係的直徑較小，在5～20千秒差距範圍內。應該說明，在星係外圍還存在由中注氫原子組成的物質，叫做星係暈，星係暈的直徑通常為星係直徑的1．5～2倍大。

現在已知最大的星係是射電星係3C236，它的兩個射電瓣兩端相距可達6兆秒差距以上。

星係的光度和質量有多大

星係的光度指星係每秒鍾輻射的總能量，質量則表示星係包含的特質總和。

星係的大小相差懸殊，星係的質量和光度也彼此各異。旋渦星係的質量為109～10“太陽質量，即太陽質量的10億～1000億倍。不規則星係的質量比旋渦星係的質量普遍要小一些，至於橢圓星係，有的很大，比旋渦星係的質量要大lOO～10000倍，稱為巨橢圓星係；有的橢圓星係質量較小，隻有太陽質量的百萬倍，稱為矮橢圓星係。

星係的質量是怎樣測定的呢?測定星係質量的方法有兩種，一種是根據星係自轉速度，另一種是利用雙重星係。由觀測得出距離星係中心為R處的自轉速度，可計算出各個R處單位質量所受的向心力，它與半徑為R的軌道內的質量產生的引力相等，分析不同R處的向心力的大小即可求出星係的質量。對於雙重星係，可用類似於測定雙星質量的方法，根據星係的視向速度和分開的距離求出質量。

已知星係的距離和星係的視星等(視亮度)，利用光度、視亮度和距離的關係式可以求出星係的光度(絕對星等)。不同類型的星係，其光度的差別非常大。旋渦星係的光度在108～10{10}太陽光度之間，用絕對星等表示為-15等至-21等；橢圓星係的光度彼此相差很大，矮橢圓星係的光度為10{11}太陽光度，絕對星等為一9等，巨橢圓星係的光度為107太陽光度，絕對星等為～23等；不規則星係的光度介於107太陽光度和2×109太陽光度之間，絕對星等為-13等至-18等。