登陆注册
2789100000004

第4章 认识宇宙(4)

如果这一实验是正确的,那么这一发现就表明,在推测宇宙质量时,电子中微子的存在可能象征着宇宙的质量有很大的增加,虽然还不足以阻止宇宙进一步膨胀。

宇宙中的反物质

量子理论的早期成就之一就是预言了反粒子的存在。粒子和反粒子的质量相同,而其他一些性质,如电荷等正好相反。

研究表明,在比原子更小的基本粒子尺度上,粒子和反粒子是高度对称的,就像人和影子一样,不会分离。一旦大于这个尺度,就会出现强烈的不对称性。我们的地球、太阳系以至银河系都是“正”粒子组成的“正”物质。那么,与之相对应的反物质在何处呢?

在银河系中,科学家们断言不存在反物质构成的恒星,否则的话,星际介质就会与反物质发生湮灭,从而产生数量远远超过观测值的γ射线。

然而,在银河系以外的星系际空间深处,却有可能存在反物质,甚至存在由反物质构成的反恒星组成的反星系。

不过,银河系以外的星系究竟是由物质还是反物质组成的,现在我们还不能断定。因为光子的反粒子正是它本身,而我们对遥远星系的了解完全来源于它们发现的光子,因此即使是由反物质组成的星系,其光学性质也不会有异常之处。

著名的物理学家温伯格等人把大爆炸宇宙理论和基本粒子统一理论合在一起对反物质问题进行了探讨。

他们认为,在极早期宇宙中,物质和反物质的数量必定是相等的。辐射场产生大量的粒子——反粒子时,偶尔也有极少数的质子和电子掺杂在这个灼热的环境中,每1亿个光子和粒子对只多出一个质子。

然而,随着辐射的冷却和粒子对的湮灭,每个光子的能量减少,原子构成了现在物质质量的主体。

宇宙在形成的最初一瞬间,曾经是高度对称的,物质大致等于反物质的数量,正反粒子基本相等。也就是说,早期宇宙只有一点儿不对称。那么,为什么早期宇宙的一点儿不对称却导致了今天反物质如此之少呢?这是大爆炸理论的未解之谜。不过,或许也正是由于这样,由物质构成的我们才得以来到这个世界吧,这真是宇宙的神妙之处。

宇宙是几维空间

对于这个问题,有人会马上反应:不就是三维吗?不错,几千年以来,我们一直是这样认为的。

但到了20世纪,这一观点发生了变化。爱因斯坦首先提出宇宙是四维的,甚至提出宇宙不止四维,应该是多维的。甚至还有人认为宇宙是无穷维空间。但是,时至今日,除了有人提出第五维可能是质量外,其余的额外维究竟是什么仍未弄清楚,人们也不能看到它们的存在。

那么,宇宙是不是多维的呢?这些额外的维又该如何理解呢?

人们长期以来是以三维的欧几里德空间为基础来研究无限广漠又极其复杂的宇宙的,由于它是以刚体的普通力学运动作为基础,没有建立时间和空间之间的内在联系,把时间绝对化了。因此用它来描绘充满了相对性运动和弯曲时空的宇宙显然是不够的。

爱因斯坦根据每一运动物质都有其空间位置对时间的依赖性这一普遍规律,确立了空间和时间的相互关系,建立了四维空间结构。

同三维空间一样,它在描述宇宙运动时仅谈其整体的宏观运动特征,而置质点自身的结构、性质以及内部的物质运动于不顾。显然,不涉及物质的内部空间性质的四维空间结构所描绘的宇宙也是不完整的。

20世纪70年代发展起来的超弦理论突破了爱因斯坦的四维空间,从数学上论证了宇宙应该是大于四维的多维空间。这在实质上是把宏观宇宙和微观宇宙在一定程度上结合起来了。

超弦理论所刻划的额外的维都是描绘微观宇宙的,例如原子、基本粒子、强力和弱力以及真空要点等。从这一点出发,也就容易理解那些额外维的物理度量,并能够进一步探讨决定微观宇宙的维究竟有多少。

看来,宇宙是四维的还是多维的,似乎取决于我们所描述的质点达到多深的层次,取决于我们对宇宙的认识深度和我们对宇宙描绘的详细程度。

什么是暗物质

在茫茫的宇宙中,恒星间相互作用而形成许多有规则的轨道运动,但是,有些运动却找不到对其作用的相应物质。

于是,人们就设想,在宇宙中或许存在着我们看不见的物质,就像穿上了隐身衣的人一样,他虽然在做一些动作,比如拿起凳子,放下架子,但是我们却找不到他的踪影。这种人们看不见但又确实存在的物质就是所谓的暗物质。

科学家们很早已指出,为了说明恒星的运动,需要假定在恒星附近存在着暗物质。一些科学家的理论分析也表明,在太阳附近确实存在着与发光物质几乎同等数量的看不见的物质,星系团中也存在着大量的暗物质。

那么这些暗物质究竟是些什么东西呢?

天文学家认为,它们也许是一般光学望远镜观测不到的某种非常暗弱的矮星或者是质量为木星30~80倍的大行星,因为天文学家已在望远镜所拍摄的天空照片上发现质量不足半个太阳的M型矮星。

从探测到的M型矮星的数目可推断出,它们的质量只相当于在银河系应有的失踪质量的一半,并且每一颗M型矮星发光期最多只能有几万年,所以人们认为银河系中一定存在许许多多的这些小恒星燃烧后的“尸体”,这才足以提供理论计算所需的全部暗物质。

大量的观测结果和理论分析表明,漩涡星系外围也存在着大质量的暗晕。对于这些暗晕的组成成分,英国天文学家认为有三种可能:第一种就是上面讲的小质量恒星或大行星;第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的相当于200个太阳质量的大质量黑洞;第三种是奇异粒子,比如总质量很大的中微子等。

同时,欧洲核子研究中心的粒子物理学家认为,星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是相对称理论所要求的S粒子,即每个存在着的与已知的基本粒子配对的粒子。

至今,已有不少天文学家认为,宇宙中绝大多数的物质是以“暗物质”的方式隐藏着的。但是,这些暗物质到底是什么东西?它们究竟势力有多大?我们能利用它们做些什么?还有待人们进一步观测和研究。

宇宙的归宿

广袤无垠的星空,一望无际的银河,在我们的头顶上有一个尽一切可能也望不到边缘的天体,这就是宇宙。一切生物都是有生命的,生生不息,周而复始。可是作为一切生物生存之地的宇宙有没有生命呢?它会不会终结呢?它的归宿何在?

要想探讨宇宙的归宿,首先就必须了解宇宙的来源。从人类文明诞生之日起,就有人在思考这个问题。今天,虽然科学技术已经有了重大进步,但关于宇宙的来源,仍处在假说阶段。归纳起来,大致有以下几种理论:“宇宙爆炸”理论、“宇宙永恒”理论和“宇宙层次”理论。

天文工作者的理论表明,宇宙既有可能是开放式的,又有可能是收缩型的。如果现今这种膨胀速度几乎没有什么变化的话,宇宙就是一个开放的宇宙,将会一直蔓延,直至无穷;如果膨胀最终冷却下来的话,那么宇宙就是一个闭合的宇宙。根据天文工作者的观测,宇宙膨胀的速度已经有减慢的趋势了。按照这种理论,综合天文学家们观察的种种结果,宇宙已经开始收缩了,也就是说宇宙应该是闭合的宇宙。

另外,依据宇宙的平均密度临界值可以确定宇宙是开放型的还是闭合型的,这个临界值是5.10g/cm3。目前,宇宙的平均密度是1.10克/cm3,小于临界值,因此,从这一点来看,宇宙是开放的。但是考虑到宇宙中存在大量的暗物质,宇宙还有可能是闭合的。

评判宇宙是开放还是闭合还有一个标准,那就是看恒星燃尽之后的剩余物质。如果宇宙是开放的,那么一般来说,恒星燃尽之后的结局有三种:白矮星、中子星和黑洞。究竟是哪一种,主要取决于恒星燃尽之后的剩余物质。

天文观察结果表明,宇宙中很多恒星也如人类一样在进行着生与死的更替轮回,不过因为形成新恒星的氢物质正在渐渐减少,所以,从总体上看,死星的数量是多于新生恒星的。天文学家计算表明,再过100万亿年,所有的恒星都有可能进入生命晚期,那时,茫茫宇宙中将只能见到点点星光了,恒星仍然在散发着自己的余热,不过这种散发余热的过程并不能持续多久,到时候,宇宙中将不会再有生命了。

但是没有生命并不就代表物质运动会终止,宇宙中的物质还会继续运动。

据计算,任何恒星在100万亿年以后都会与另一颗恒星接近一次,那么若是经过1亿亿年,每一颗恒星都会发生100次这样的接近。这样,在这颗恒星周围的行星就会被撞得流离失所。

恒星与恒星之间还会发生碰撞事件,但机会比较小。相撞的时候,一颗恒星的能量会被另一颗恒星获取,而获取能量的恒星就会脱离星系。假如是这样的话,100亿亿年以后,90%的恒星将会逃离星系,剩余的将会形成一个大黑洞。这样,宇宙的最终结局就是收缩。

新的粒子理论正好与这种结果吻合,这种理论认为,原子核内的质子可能不是永恒的物质,它的寿命只有1亿亿亿亿年,1亿亿亿亿年以后,质子将会死亡,只剩下几种基本粒子和黑洞。在经过10的100次方年后,连黑洞都会被“蒸发”干净,就剩下几种粒子了。

当然,这只不过是其中的一种理论推测出来的结果,关于宇宙的命运,还有很多种理论的描述。我们目前能够做到的也仅仅是一种推测,真正的结果就像一团巨大的永恒的谜语出现在我们的眼前。

同类推荐
  • 海洋的德性

    海洋的德性

    海洋生态和海洋资源的可持续开发与管理,是一直被关注的问题。本书稿从伦理学角度对此进行了深入的探究,内容包括: 海洋意象中的神性、父性和母性; 海洋意象的道德意蕴等,作者认为要构建一种求内务外的海洋伦理,其基本条件应包括尊重海洋自身的特性、人类共同价值的支撑、规范本身的不断健全和完善等。书稿未涉及政治、宗教、民族等内容。
  • 自然:消灭的自然灾难

    自然:消灭的自然灾难

    洪水灾害是河、湖、海所含的水体上涨,超过常规水位的水流现象。洪水常威胁沿河、滨湖和近海地区的安全,甚至会造成淹没灾害。洪水灾害是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害,也是威胁人类生存的十大自然灾害之一。洪水灾害的形成受气候、下垫面等自然因素与人类活动因素的影响。洪水可分为河流洪水、湖泊洪水和风暴潮洪水等。其中河流洪水:依照成因的不同,又可分成是雨洪水、山洪、融雪洪水、冰凌洪水、溃坝洪水等五种类型。
  • 创造生活的科技文明

    创造生活的科技文明

    科学技术渗透到生活的每一个角落,不仅方便了我们的生活,也促使着社会的不断发展和变化。本书选取了对于人类发展过程中具有重要意义的一些科技发明,以通俗的语言和简单的故事方式进行讲述。我们不仅应该认识到科技的重要性,还应该努力学习科学技术,要热爱科学,尊重科学。
  • 自然:在自然的怀抱里

    自然:在自然的怀抱里

    冰雹的形成和危害冰雹,是一种自然天气现象,俗称雹子。冰雹常见于夏季或春夏之交,是我国比较常见的自然灾害之一。那么,它是怎么形成的呢?冰雹是一种固态降水物,是圆球形或圆锥形的冰块,它由透明层和不透明层相间组成。直径一般为5毫米至50毫米,最大的可达10厘米以上。冰雹的直径越大,破坏力就越大。
  • 海洋:从上到下看大海

    海洋:从上到下看大海

    地球形成假说有的专家认为,地球是从它的“母亲”——太阳的怀抱里脱胎而出的。当地球刚从炽热的太阳中分离出来,开始独立生活的时候,还是一团熔融状态的岩浆火球,它一边不停地自转,一边又绕着太阳公转。
热门推荐
  • 西使记

    西使记

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 陕州河亭陪韦五大夫

    陕州河亭陪韦五大夫

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 凰医帝临七神

    凰医帝临七神

    (原名《焚尽七神:狂傲女帝》)前世,她贵为巅峰女帝,一夕之间局势逆转,沦为废材之质。魂灵双修,医毒无双,血脉觉醒,一御万兽。天现异象,凰命之女,自此归来,天下乱之。这一次,所有欺她辱她之人必杀之!他自上界而来,怀有目的,却因她动摇内心深处坚定的道义。“你曾说,你向仰我,你想像我一样,步入光明,是我对不起你,又让你重新回到黑暗。”“你都不在了,你让我一个人,怎么像向仰你?!”爱与不爱,从来都是我们自己的事,与他人无关。带走了所有的光明与信仰。
  • 追妻无门:女boss不好惹

    追妻无门:女boss不好惹

    青涩蜕变,如今她是能独当一面的女boss,爱了冷泽聿七年,也同样花了七年时间去忘记他。以为是陌路,他突然向他表白,扬言要娶她,她只当他是脑子抽风,他的殷勤她也全都无视。他帮她查她父母的死因,赶走身边情敌,解释当初拒绝她的告别,和故意对她冷漠都是无奈之举。突然爆出她父母的死居然和冷家有丝毫联系,还莫名跳出个公爵未婚夫,扬言要与她履行婚约。峰回路转,破镜还能重圆吗? PS:我又开新文了,每逢假期必书荒,新文《有你的世界遇到爱》,喜欢我的文的朋友可以来看看,这是重生类现言,对这个题材感兴趣的一定要收藏起来。
  • 彷徨(语文新课标课外必读第二辑)

    彷徨(语文新课标课外必读第二辑)

    国家教育部颁布了最新《语文课程标准》,统称新课标,对中、小学语文教学指定了阅读书目,对阅读的数量、内容、质量以及速度都提出了明确的要求,这对于提高学生的阅读能力,培养语文素养,陶冶情操,促进学生终身学习和终身可持续发展,对于提高广大人民的文学素养具有极大的意义。
  • 浮生千面

    浮生千面

    一座北方小城里犯罪案件频发,人心惶惶,且看临危受命的女警官如何组队“打怪”升级。
  • 童年兽

    童年兽

    小说将咒骂式的排比、酣畅淋漓的宣泄和混合着严肃精神的幽默讽刺融为一体,繁密、迅疾,通篇保持强劲的势能。它像是作者直接与读者展开的交谈,窘境、失败、滑稽或遗憾,化为一场作者和读者彼此共振的大笑。故事的空间在体校、南园小学、城市街道之间切换,通过一个少年的成长经历,作者勾勒出整个上世纪八九十年代的社会风貌。围棋队的生态,也是整个时代记忆的缩影,它唤醒了我们心中不可言说的欢乐与哀愁。《童年兽》以戏谑、跳脱、极具个性的叙述语言,讲述了“我”的小学时代:“我”即围棋队的陆小风,从六岁到十二岁,“我”一直在体校的狭小空间中比拼棋艺,过着枯燥的生活。“我”和众多其他少年一样,挥洒着幼稚而野蛮的青春期本能,同时也见证着生活中最黑暗的一面……定段赛失利后,父亲不得不让“我”离开围棋队重返校园。从此,陆小风告别了沉重的记忆、开始“欢畅呼吸”,但同时也有点“脱狱者惦记牢房”般的怅惘。小说记录了八十年代生人的心灵史,并勾勒出中国上世纪八九十年代城市生活的面貌。
  • 逆袭之小鸭变天鹅

    逆袭之小鸭变天鹅

    平凡要有点肥胖的女主进入娱乐圈会是什么样子的?她是会红还是一直埋没在深渊。
  • 至尊神医之帝君要下嫁

    至尊神医之帝君要下嫁

    前世,她是地位尊崇的天命帝姬,却在大婚前夕,遭遇背叛,自焚而亡!重生为破落世家的废柴弃女,受尽欺凌,而害她之人却已高高在上,享尽风光!一朝重生,凤唳九天!驭神兽,凝原力,通医毒之术,掌人神生死!她发誓:要让背叛欺辱过她的那些人,受尽折磨,百倍还之!……他是孱弱温润的离王殿下,也是手握天下的暗夜君王,唯独为了一个人倾尽生生世世。他承诺:要让他唯一爱过的那个人,平安喜乐,永世欢愉。……她以为这一路必将充满血泪,却不知等待她的,是一世预谋已久的盛世豪宠!小剧场:1开始,人人都劝:“离王殿下,楚家弃女配不上您!”后来,个个都嘲:“孱弱世子,恁配不上天命帝姬!”最后,众人喟叹:帝君,您这是何苦来哉?他淡笑:她在云端,本王便去云端,她在尘埃,本王便入尘埃。为她,前生不苦,余生皆甜。全文苏爽甜极,欢迎跳坑!
  • 小侯爷,来种田了

    小侯爷,来种田了

    【甜宠文,男强女强】一朝穿越,既不是女王陛下也不是公主格格,甚至连作为小宫女逆袭的机会都不给!结果只是个三餐不保的小农女!我都这么惨了,你们还想欺负我?那你们给我竖起耳朵听清楚!贱男贱女给我听好,第一,我现在很愤怒;第二我不叫喂,我叫楚雨荨,不对不对,我叫曲明萱;第三,如果你们再找我玩这种无聊的游戏,我一定会把你们变成猪头;第四,我不是脑残!请叫我女王陛下!这日田间锄地,无意救下个黑衣男子。等会儿,你咋看着这么眼熟呢?我去,老娘记得了,你是我娃儿他爹!孩子们,你们侯爷爹爹来了,还不赶紧抱大腿!此时不上,更待何时?爹爹,我们来咯!某男沉默无语,惟有泪千行。哭什么哭,就算你是侯爷,也得扛着锄头来种地!赶紧的!