书城童书不可不知的万事由来
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第32章 邀游太空(4)

1758年,哈雷彗星对地球进行周期性的“访问”时,英国霍伊克附近乡村的一只母鸡生下一枚蛋壳上清晰地描绘有彗星图案的蛋。1834年,哈雷彗星再次出现在苍穹时,希腊科扎尼一户名叫齐西斯·卡拉斯的人家,有只母鸡生下一个“彗星蛋”,这个鸡蛋表面的彗星图案格外清晰。1910年5月17日,当哈雷彗星再度划过天空时,法国的一只母鸡也生下了一枚蛋壳上绘有彗星图案的蛋。

这一系列“彗星蛋”事件,迫使科学家深思:这些不同凡响的鸡蛋为什么和哈雷彗星一样,会周期性地出现呢?一个在天空,一个在地上,两者之间有联系吗?

前苏联生物学家亚历山大·涅夫斯基认为,两者之间肯定具有某种因果关系,这种现象也许和免疫系统的效应原则,甚至和生物的进化是相关的。

为了再度得到彗星蛋,前苏联科学界早在1950年便在国内联系了数以万计的农户,法国、美国、意大利等二十多个国家也建立了类似的调查网络。现在,事实已经证明,亚历山大·涅夫斯基的论点是正确的。1986年,意大利博尔戈的一户居民家的母鸡果然生下一枚彗星蛋。目前,这枚蛋已经成了价值连城的稀世珍宝。

宇宙空间是多维吗

对于这一问题,有人会马上指出:不就是三维空间吗?是的,几千年来,人们始终都是这么认为的。

可是到了20世纪以后,这个观点出现了变化。爱因斯坦第一个提出了宇宙是四维的,接着又提出了宇宙空间不止四维,是多维的。有人觉得宇宙是无穷维空间。到了现在,有人提出了第五维或许是质量以外,其余的额外到底是什么到现在还没有搞清楚,人们也不能看到它们的存在。

宇宙是不是多维的呢?额外的多维应该怎样去理解呢?

人们一直以来都是在三维的欧几里德空间的基础上研究了无限广阔又十分复杂的宇宙,因为三维空间是以刚体的普通力学运动作为基础的,并没有建立在时间与空间之间的内在联系,三维空问将时间绝对化了。所以用三维空间来描绘充满着相对性运动以及弯曲时空的宇宙无疑是不足的。

爱因斯坦依据每个运动物质都有各自的空间位置对时间的依赖性这个普遍规律,确立了空间以及时间的关系,建立了四维的空间结构。

与三维空间相同,四维空间在描述宇宙运动的时候,仅谈到宇宙整体的宏观运动特征,至于质点自身的结构、性质还有内部的物质运动没有顾及到。无疑,没有涉及到物质的内部空间性质的四维空间结构描绘出的宇宙同样是不完整的宇宙。

20世纪70年代发展壮大起来的超弦理论又突破了爱因斯坦的四维空间,从数学上论证了宇宙是大于四维的多维空间。事实上,是把宏观的宇宙和微观的宇宙在一定程度上结合起来了。

超弦理论刻画出来的额外的维全都是用来描绘微观宇宙的,比如原子、基本粒子、强力以及弱力,还有真空要点等等。从这一点出发,就很容易理解额外维的物理度量了,并且可以进一步探讨决定微观宇宙的维到底有多少。

宇宙是四维的还是多维的,完全取决于人们所描述的质点达到了多深的层次,同时取决于人们对于宇宙的认识深度以及人们对宇宙描绘的详细程度。

宇宙到底有没有中心

人们都知道,在中世纪以前,人们普遍认为地球是宇宙中心,万物都以地球为中心。后来,哥白尼又提出了宇宙的中心是太阳而不是地球。这一说法在宗教界引起了巨大的轰动。紧接着,伽利略利用天文望远镜对宇宙进行了观察,以确凿的事实证明了天外还有天。

接着,牛顿用简洁、优美的公式描绘了物体运动的自然规律,并且指出宇宙没有中心。

问题从表面上看起来似乎很简单——无限的宇宙中没有宇宙中心。可是,事实并不是那样,人们不久就发现了,假如宇宙没有中心,那么许多现象就不能解释了。

假如宇宙是无限的,万有引力定律又普遍适用,那么在宇宙中的每一点,引力都是无限大的。所以,每个物体都会获得无限大的速度以及加速度。可是,实际并未发生这种情况。

还有光度谬论。光度谬论理论假设宇宙无限大并尽有无限多的恒星分布在宇宙里,经过一些数学计算能够推算出天空可以无限明亮的结论,而这又和事实不相符。为了去除这两大予盾,科学家们绞尽了脑汁,设法提出更新的观点以说明问题。

大爆炸理论指出,宇宙不但在时间上很有限,在空间上也很有限,如此一来,光度以及引力的矛盾就得到解决了。

大多数的宇宙光原理指出,一个观察者不管在什么地方观察周围的宇宙,获得的结果全都是一样的。这就是均匀性的假说,在他们看来,宇宙就是均匀分布的,没有什么中心存在着。很多观测事实全都有力地证明了这个观点。

可是,有些科学家却反对均匀性的假说,他们指出宇宙存在着中心,天体分布并非均匀的,是逐级而团的,这一观点就是所谓的等级模式。等级模式对于许多观测事实进行了合理性的解释。仅就目前来说,均匀性理论与非均匀性理论都有它的合理的地方,到底是哪一个更加符合实际情况呢,还有待于人类的进一步研究。

宇宙间有没有第五种力

物理学告诉人们,宇宙间存在着四种相互作用的力,就是万有引力、电磁力、强核作用力以及弱核作用力。它们是主导着物理学的基本理论。

可是,有人对此却表示出了怀疑。

20世纪80年代中期,一个美国科学家提出了令人惊讶的观点。他指出,宇宙之间存在第五种力,这种力的作用距离为几百米至几千米。这种力比强核作用力以及弱核作用力的半径要大,却比牛顿万有引力和电磁之间和的作用半径要小。这种力的作用大小或许和质量没有关系,这种力主要依赖于物质富含的质子以及中子的多寡。

判断在宇宙间是不是存在着四种基本作用力以外的相互作用,在人类科学技术的发展史上占据着十分重要的地位。

一百多年前,科学家们提出了七大宇宙之谜:物质与力的本质、运动的起源、意志的自由问题、生命的起源、理性思维以及语言的起源等。在七个谜里面,物质与力的本质排在了第一位,能够看出它的重要性。

可以看出,第五种力存在与否对于人类探索宇宙之谜是十分关键的。第五种力的提出并非毫无根据的空想。

在一些实验里,科学家已经找到支持第五种力的证据了。位于澳大利亚的一口深为1000米的矿井里、位于格陵兰岛上深2000米的冰洞里所做的引力实验监测到反平方律的变化。

根据牛顿万有引力定律,物质问的引力和物质的质量成正比,和距离的平方成反比,也就是反平方。可是,只要第五种力的存在获得了证实,这种新型力的作用距离以内,牛顿的反平方律就不能成立了,这种力的强弱将会不由物质的质量来决定。

另外,还有很多科学家持不同的意见。总之,目前肯定或是否定宇宙间存在第五种力的条件还不足。但是,有一点能肯定,假如实验结果显示牛顿定律是异常的,那无疑存在着第五种力。

超新星研究和情况如何

超新星爆发是十分壮观的,亮度能迅速提高100亿倍,是目前已经知道的恒星世界里最为激烈的爆发现象。

天体物理学家通常认为,超新星是恒星演化的关键阶段。对于质量比太阳大3.5倍以上的恒星来讲,在它们演化的晚期阶段,核心部分的核能源用尽了以后,就会发生星体核心的大坍陷。而且会由此引发核反应从而出现星球大爆炸。超新星并不是“超极新生的星”,而是在恒星死亡以前的“杰出表演”。通常新星在一次爆发以后,会再次爆发的,可是超新星大致上将整个星体全都爆炸了。

经过探测超新星各种波长的辐射,人们知道,超新星爆发的时候会向空间释放大量的能量,光度忽然增大几千万倍;还抛射大量的粒子,其中最快的中微子的运动速度和光速差不多。依据爱因斯坦相对论的原理,在这个过程中还将辐射出引力波,同样以光速做运动。记录和研究以上天体的物理现象,对于研究天体的结构以及演化的规律,具有十分重要的意义。研究超新星的气体膨胀壳,并且把它的结果与亮度、温度的数据相结合,天文学家就可以测算出超新星的距离,甚至宇宙的大小。

很多超新星虽然在银河系范围内,但是因为气体遮住了人类的视线从而看不到。超新星爆发就像光辉的灯塔一样,因为它们的辐射到达地球以前,在空间上受到了气体尘埃云的吸收,人们探测到这些吸收线.就能推算出其问的云是由什么物质组成的,从而为宇宙学的研究提供科学的依据。

近些年来一些学者指出,超新星爆发产生的大量宇宙线以及重元素投入到了星际空间,成了以后形成新恒星以及行星的原料。比如有人研究过一些陨石里同位素的含量以后提出,超新星的冲击波曾经给原始太阳星云“射入”一些元素;超新星爆发喷出来的大部分气体包围过原始太阳星,并且将原始太阳星云压缩到了一定的密度,使得星云缩聚,这样才渐渐形成了太阳以及其行星的系统。

依据现代天文学理论,恒星在大坍陷以后的结局是形成致密天体,比如主要由中子组成的中子星,也就是脉冲星,还有引力十分强的黑洞。致密天体核心部分里,沙粒一般大小的物质就重达10万吨以上。许多天文学家都期望在超新星爆发后的位置上,可以发现脉冲星或者黑洞。

为什么天文台大多设在山上

世界各国的天文台大多设在山上。我国历史最悠久的天文台——紫金山天文台,就设在南京的紫金山上。

天文台设在山上,是因为山上离星星近一点吗?不是的。

其实,星星离我们都非常遥远。一般恒星离我们都有几十光年甚至几百光年,即使离我们最近的天体——月亮,距离地球也有三十八万多千米。地球上的高山,一般只有几千米高,缩短这么一小段距离显然是微不足道的。

地球是被一层大气包围着的,星光通过大气后才到达天文望远镜。大气中的烟雾、尘埃的微粒、水蒸气的波动,对天文观测都有影响;尤其在大城市附近,夜晚城市灯光照亮了空气中的这些微粒,使人空带有亮光,妨碍天文台观测暗弱的星星。在远离城市的地方,尘埃和烟雾较少,情况要好些,但是还不能避免这些影响。可是,越高的地方,空气越稀薄,尘埃和水蒸气越少,影响就越小。所以把天文台设到山上,就能够减小大气扰动所造成的影响。

天文台的屋顶为什么是圆的

天文台的屋顶不是方的、长的、斜的,而是圆的。这是为什么呢?原来,天文台的屋顶造成圆的,有它特殊的用途。

天文台的屋顶远远看上去,只不过是半个圆球,可是走近一看,圆球上却有一条宽宽的“裂缝”,从屋顶的最高处一直裂到屋檐。再走进屋子里一看,这宽宽的“裂缝”原来是一个巨大的天窗,庞大的天文望远镜就通过这个天窗指向辽阔的太空。天文台的圆屋顶,正是为了让望远镜便于观测而设计的。天文望远镜观测的目标,分布在天空的各个角落,如果采用普通的屋顶,就很难使望远镜指向任何目标。

天文台的圆顶可以转动,不管天文望远镜指向天空的哪个方向,只要转动一下屋顶,把天窗转到镜头前面,天体射来的光线立即进入镜头,这样就可以看到任何方向的目标了。在不用的时候,只要把圆顶上的天窗关起来,还可以保护天文望远镜不受风雨的侵袭。