第9章 不可不知——古老的宇宙奧秘(2)
- 你一定愛讀的宇宙未解之謎
- 美狄亞
- 4874字
- 2018-03-29 11:20:58
繼米勒之后,諾貝爾化學獎獲得者梅爾文和卡爾文把實驗推進了一步,他們用回旋加速器發射的電子來代替紫外線。后來,另一名科學家福克斯又對“原湯”的各種條件進行了模擬實驗。40億年以前,火山爆發向地球表面噴吐著大量的火焰,熊熊燃燒著的巖漿直接流入了海洋。??怂拱涯M的“原湯”同巖漿接觸,然后加熱,使溫度升到107攝氏度,同時加進18個氨基酸分子。得到的結果表明,生命是必然出現的,因為福克斯的實驗產生了類似多肽的物質。換句話說,他獲得了由幾百個分子組成的氨基酸鏈。從此就形成了一門新學科:生源說。自1953年以來,實驗室的實驗越來越復雜了,科學工作者人工制造出了越來越高級的氨基酸和分子。到了1970年,人們竟研制成了去氧核糖核酸分子。
在取得這些地面新發現的同時,天體物理學家們也在宇宙空間找到了各種各樣的分子。隨著這些新的發現,也出現了一門新的學科:天體化學。這是一門完全嶄新的學科,它產生于20世紀70年代。的確,天體物理學家們1972年在宇宙間發現了24種分子,而在1977年又找到了45種分子。
1977年5月23日,星期一。天文學家雅克·勒凱向法蘭西學院介紹了在宇宙里發現的最新的分子,即由9個原子組成的分子:C2H2CN。這個宇宙化學的新證據是默東天文臺于1977年5目22日分析得出的,它表明宇宙中會產生越來越復雜的化學反應和化學結合。不過,有人曾經認為,除原子和粒子外,宇宙不會孕育出別的東西來。可是事實恰恰相反,科學家們發現了越來越多的化學成分十分復雜的物體。有人甚至認為已經發現了由83個原子組成的卟啉分子,但至今沒有得到證實。業已發現的相當高級的分子在宇宙的生命發展中起著重大的作用。它們像蘑菇的孢子一樣,駕著宇宙里的風或坐著冰冷的彗星遷居到各個星球上去。一些科學家認為這是十分可靠的假設。結論是:像地球上一樣,化學在宇宙里似乎必然會導致一個越來越復雜的結構,這個結構又必然會導致生命的出現。
5.宇宙有溫度嗎?
從物理學角度出發,唯有物質才具有溫度,那么,浩瀚的宇宙有溫度嗎?
以前,科學家們認為宇宙中是沒有溫度的,但后來經過實驗發現,宇宙也有溫度——接近-273.15攝氏度的絕對零度(開爾文溫度標定義的零點),其源自一種能量輻射,是宇宙大爆炸的產物。如今,科學家經長期測算得知,宇宙正處在加速膨脹之中,其溫度也越來越低。并且,我們可以通過現在的宇宙溫度,來探測出宇宙大爆炸的時間。
有人問,宇宙中有最低溫度和最高溫度嗎?
理論上來說,宇宙中沒有最高溫度,因為各個星體的溫度差異很大。舉例來說,地球的年平均氣溫為15攝氏度,而太陽表面的溫度為6000攝氏度,天狼星表面的溫度達到了10000攝氏度以上。目前發現的最高溫度的星球是“參宿七”,其表面溫度能達到12000攝氏度以上。
雖然宇宙中沒有最高溫度,但卻有最低溫度,也就是-273.15攝氏度的絕對零度,其為自然界溫度的臨界狀態,當溫度達到絕對零度時,原子就會停止運動。
氣象部門所說的地面氣溫是如何測量的?氣象部門用來測量近地面空氣溫度的主要儀器是裝有水銀或酒精的玻璃管溫度計。因溫度計本身吸收的太陽熱量要比空氣所吸收的太陽熱量大,如果將溫度計放在陽光直射的地方,其測出的溫度往往要高于它周圍空氣的實際溫度,所以氣象人員在測量近地面溫度時,通常會將溫度計放在距離地表約1.5米處的四面通風的百葉箱中。氣象部門所說的地面氣溫,其實指的是距離地面高度約為1.5米處的百葉箱中的溫度。
如果宇宙之中的暗能量越來越多會怎么樣?
廣闊的宇宙之中,暗能量占據了約70%的空間,暗能量是一種未知的能量形態,它就如同一只看不見的手,控制著整個宇宙。
暗能量無處不在,它與萬有引力正好相反,具有很強的反引力性質,可以在很遠的距離就將物體推開,令星系間的距離擴大。宇宙中所有的恒星和行星的運動皆是由暗能量與萬有引力來推動的。
有關科學家預測,如果宇宙之中的暗能量越來越多,在其影響下,太陽系周邊的“鄰居”將逐漸減少,最終,太陽系會成為宇宙之中的一只孤舟。到了那個時候,當我們在地球上仰望天空時,除了我們自己銀河系中的星星,再也沒有其他的星星出現在我們的視線之中,就算是用望遠鏡來觀察,看到的也只是一片漆黑。更為糟糕的是,隨著宇宙的不斷膨脹,暗能量會將所有的星系都撕裂,地球也會被扯離太陽,地球上的一切生物都將被毀滅。但是,就算這個預測是真的,世界末日也要在遙遠的167億年之后才會出現,人們不必為此擔憂。
6.宇宙何時會死亡?
宇宙有沒有終結的一天?宇宙將會如何終結?是“砰”的一聲大爆炸,還是逐漸消亡?當地球人在無數個夜晚,悄悄地仰望燦爛夜空,對生命、對宇宙浮想聯翩的時候,總會從內心深處發出這樣的疑問。
根據科學家利用天文望遠鏡獲得的最新觀測結果,宇宙最終不會變成一團熊熊燃燒的烈火,而是會逐漸衰變成永恒的、冰冷的黑暗。這聽起來似乎太駭人聽聞了。然而地球人或許沒有必要杞人憂天,因為地球人暫時還不會被宇宙“驅逐出境”。根據科學家的推測,宇宙很可能至少將目前這種適于生命存在的狀態再維持1000億年。這個龐大的數字相當于地球歷史的20倍,或者,相當于智人(現代人的學名)歷史的500萬倍。既然它將發生在如此遙遠的未來,對地球人今天的生活就不會有絲毫影響。
與此同時,科學家又指出:沒有什么東西是可以永遠存在的。宇宙也許不會突然消失。但是,隨著時間的推移,它可能會讓人覺得越來越不舒服,并且最終變得不再適合生命存在。
這種情況將會在什么時候出現呢?又會以怎樣的方式出現呢?這的確是一個令人沮喪的問題。但是,我們又不得不承認,對于我們這些生活在地球上的凡夫俗子來說,這些問題卻有另一種冷酷的魅力。
自從20世紀20年代,天文學家哈勃發現宇宙正在膨脹以來,“大爆炸”理論一直沒有擺脫被修改的命運。根據這一理論,科學家指出,宇宙的最終命運取決于兩種相反力量長時間“拔河比賽”的結果:一種力量是宇宙的膨脹,在過去的100多億年里,宇宙的擴張一直在使星系之間的距離拉大;另一種力量則是這些星系和宇宙中所有其他物質之間的萬有引力,它會使宇宙擴張的速度逐漸放慢。如果萬有引力足以使擴張最終停止,宇宙注定將會坍塌,最終變成一個大火球——“大崩墜”,如果萬有引力不足以阻止宇宙的持續膨脹,它將最終變成一個漆黑的寒冷的世界。
顯而易見,任何一種結局都在預示著生命的消亡。不過,人類的最終命運還無法確定。因為目前,人們尚不能對擴張和萬有引力作出精確的估測,更不知道誰將是最后的勝利者,天文學家的觀測結果仍然存在著許多不確定的因素。
這種不確定因素又是什么呢?科學家指出,這一不確定因素涉及到膨脹理論。根據這一理論宇宙始于一個像氣泡一樣的虛無空間,在這個空間里,最初的膨脹速度要比光速快得多。然而,在膨脹結束之后,最終推動宇宙高速膨脹的力量也許并沒有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中,潛伏在虛無的空間里,并在冥冥中不斷推動宇宙的持續擴張。為了證實這種推測,科學家又對遙遠的星系中正在爆發的恒星進行了多次觀察。
通過觀察,他們認為這種正在發揮作用的膨脹推動力有可能確實存在。
倘若真是這樣的話,決定宇宙未來命運的就不僅僅是宇宙的擴張和萬有引力,還與在宇宙中久久徘徊的膨脹推動力所產生的渦輪增壓作用有關,而它可以使宇宙無限擴張下去。
但是,人們最關心的或許是智慧生命本身。人類將在宇宙中扮演什么角色呢?難道人類注定要滅亡嗎?人類已經在越來越快地改變著地球,操縱著自己的生存環境,也許到那時,人類將會以高度發展的智慧在宇宙中立于不敗之地。誰知道呢?且讓未來的地球人和地球外一切生命拭目以待吧。人類對宇宙的認識永遠沒有終極,認識窮盡的那天也許就是人類或宇宙毀滅的那一天。正如愛因斯坦在寫給一個對世界的命運感到擔憂的孩子的信中所說:“至于談到世界末日的問題,我的意見是:等著瞧吧!”
7.銀河系之謎
銀河系的年齡
長期以來,天文界對銀河系年齡的說法不一。有的認為只有70億歲,有的認為有200億歲。1983年,美國教授納斯·詹姆士和彼雷·迪馬庫,使用一種新的測量技術對銀河系的年齡進行了反復的計算,結果最后測定銀河系的年齡接近120億歲。發明宇宙天文鐘的荷蘭天文學家經測量認為,1990年宇宙年齡的上限為120億年。
銀河系的結構
很久以來,天文學家一直認為銀河系是一個旋渦星系。但1991年,美國科學家認為銀河系是棒旋星系,為此提出了種種線索。例如,銀心附近的星際云的不規則運動是以一個棒為中心的。
對銀河系核心附近的恒星的近紅外光觀測,為棒狀結構發現提供了直接證據。棒略微傾斜,它的東端向南傾斜穿出銀道面,如它在天空中的大角厚度所揭示的那樣,那部分離地球也比較近。經貝爾實驗室的科學家計算,證明棒的重力將使附近的大質量星際氣體云迅速地旋進核心,其結果很可能是激烈的中心恒星爆發。在爆發中,大量的非常亮的大質量恒星形成。
銀河系的分子云
1982年美國科學家發現,在銀河系外緣部有新的分子云。太陽系距離銀河系中心大約3萬光年。新近發現的分子云大約位于太陽系外側3萬至5萬光年處,其主要成分是氫和一氧化碳;分子云的范圍大約為3萬光年。
銀河系的中子星爆發消亡
1996年,美國天文學家在靠近銀河系中心的位置發現了一個天體。該天體被認為是一顆正在消亡的“中子星”。這是X射線天文學35年來的首次發現,引起了科學家們極大的興趣,爭先恐后地投入研究,以趕在該星體消亡前獲得盡可能多的數據。
該星體的直徑僅16千米,但卻有巨大的質量——相當于太陽的質量;有巨大的重力場——相當于地球的1億倍。該星體的密度極高,僅一手指尖大小的物質就有1億噸。該星體從一個比它更大的伴星上吸取氣體,獲得能量,其抽取氣體的力量之大可把這些氣體加溫至1億度,并由此引發每半秒鐘一次X射線長時間的爆發。該星體的獨特之處還在于在X光波長上同時具有脈沖和爆發兩種現象,還存在X射線長爆發現象,一天達二十余次。有的科學家說該發現“是一個奇跡之巔的奇跡”。
銀河系的新星誕生
1989年,日本科學家在世界上首次記錄了一顆銀河系新星的誕生過程。他們借助微波干涉儀完成了系列攝影,根據這些相片可以觀察到作為一顆新星形成過程的初始階段怎樣向銀河中部的一個點集中。研究已確定,即將從中產生恒星的氣體星云直徑總計為一光年;氣體圍繞“云霧”中心旋轉的速度,邊緣為一秒鐘一公里,靠近中心為一秒鐘三公里。
銀河系存在巨大黑洞
天文學中“黑洞”是指演變到最后階段的恒星,由中子星進一步收縮而形成的。黑洞有巨大的引力場,使它所發射的任何電磁波都無法向外傳播,從而變成看不見的孤立天體。我們只能通過引力作用來確定它的存在,所以叫做“黑洞”,也叫“坍縮星”。
由于天河中心釋放出X光和電波,所以科學界認為銀河中心存在著黑洞。但是,多年來科學界一直未找到證明黑洞確實存在的證據。
在1997年8月于日本京都市舉行的第23屆國際天文學聯系總會上,美國及德國的兩個科研小組同時報告:在銀河系中心的確存在巨大的黑洞,他們的研究已找到了這種證據。兩個小組的研究均得出幾乎相同的結果,足可使銀河系中心存在巨大黑洞成為定論。
找到這種證據的是德國麥克斯普蘭克研究所的研究小組,另一個是美國加利福尼亞大學的研究小組。
德國的研究小組在以往的6年間,利用智利的3.5米口徑望遠鏡,對處于天馬星座銀河系中心附近的星體活動進行了詳細觀測。發現在從銀河中心到光行進一周時間的距離內的星體正以每秒約二千米的迅猛速度繞銀河中心周圍旋轉。從這一速度計算得出,星體旋轉軌道內側的質量約為太陽質量的250萬倍。將如此巨大的質量集中于如此狹小的范圍內,除了黑洞沒有其他可能。
加利福尼亞大學研究小組開始觀測的時間比德國的研究小組晚。他們用口徑10米的望遠鏡,通過兩年的猛追細察,準確地掌握了銀河系中心附近近百個星體的運動速度。以這些速度計算出的中心質量與德國研究小組的基本相同,大約也是太陽質量的250萬倍。
德國和美國的科研小組在不同的地方、利用不同的器械分別進行觀測得到了相同的結論,這可以證明黑洞確實存在。