(释如来与林沁一的星际飞船在太空中极速飞行)
第六回 飞向银河系
他们从木卫四的基地出发,换乘超时空飞船,飞向银河系的织女星。
关于银河系,林沁一是了解的,银河系是一个天体集合,仅可见的星星就有5000亿颗之众,其直径约15万光年之距。我们的太阳系是银河系边缘上的一个小家庭。银河系的具体情形林沁一也了如指掌。
银河系是宇宙中千千个星系中的一个星系。我们的太阳及太阳系里的其他行星都是银河系中的成员,太阳系位于其中一个旋臂(臂)上,太阳距银河中心约2.6万光年处。我们的银河系大约包含两千亿颗,其中恒星大约一千多亿颗,太阳就是其中典型的一颗。
银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘,整个圆盘的直径约为10万光年,鼓起处为银心是恒星密集区,故望去白茫茫的一片,银河系最厚的部分约12000光年。银河系俯视像一个巨大的漩涡,这个漩涡有四个旋臂组成,4条螺旋状的旋臂从均匀对称地延伸出来。逆时针旋转,银河系中心和4条都是密集的地方。银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍,大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。银河系的总质量远远超出全部恒星总质量的部分可能是银河系中的的质量。关于银河系的年龄,目前占主流的观点认为,银河系在诞生的大爆炸之后不久就诞生了,大概在135亿岁左右,宇宙诞生的“大爆炸”大约发生137亿年前。
银河系是一个相当大的螺旋状星系,它有三个主要组成部分:包含旋臂的银盘,中央突起的和部分。
银盘。银盘在旋涡星系中,由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘。银盘是银河系的物质密集组成的一个圆盘,银盘中心隆起的球状部分称核球,核球中心有一个很小的致密区,称银核。银盘是银河系的主要组成部分,在银河系中可探测到的物质中,有九成都在银盘范围以内。银盘外形如薄透镜,以轴对称形式分布于银心周围,其中心厚度约1万光年,不过这是微微凸起的核球的厚度,银盘本身的厚度只有2000光年,直径近10万光年,可见总体上说银盘非常薄。除了1000秒差距范围内的银核绕银心作刚体转动外,银盘的其他部分都绕银心作较差转动,即离银心越远转得越慢。银盘中的物质主要以恒星形式存在,占银河系总质量不到10%的星际物质,绝大部分也散布在银盘内。星际物质中,除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外,还有10%的星际尘埃,这些直径在1左右的固态微粒是造成星际消光的主要原因,它们大都集中在银道面附近。
由于太阳位于银盘内,所以我们不容易认识银盘的起初面貌。为了探明银盘的结构,根据本世纪40年代和梅奥尔对旋涡星系M31()旋臂的研究得出旋臂天体的主要类型,进而在银河系内普查这几类天体,发现了太阳附近的三段平行臂。由于星际消光作用,光学观测无法得出银盘的总体面貌。有证据表明,旋臂是星际气体集结的场所,因而对星际气体的探测就能显示出旋臂结构,而星际气体的21厘米射电谱线不受星际尘埃阻挡,几乎可达整个银河系。
银盘主要由星族Ⅰ天体组成,如G~K型主序星、巨星、 、、天琴RR变星、、半规则变星等。核球是银河系中心恒星密集的区域,近似于球形,直径约4千秒差距,结构复杂。核球主要由星族Ⅱ天体组成,也有少量星族Ⅰ天体。核球的中心部分是银核。它发出很强的射电、红外、X射线和γ射线。其性质尚不清楚,可能包含一个黑洞。
银心。星系的中心凸出部分,是一个很亮的球状,直径约为两万光年,厚一万光年,这个区域由高密度的恒星组成,主要是年龄大约在一百亿年以上老年的红色恒星,很多证据表明,在中心区域存在着一个巨大的黑洞,星系核的活动十分剧烈。银河系的中心﹐即银河系的自转轴与银道面的交点。
银心在方向,1950年历元坐标为﹕赤经174229﹐赤纬-28°5918。银心除作为一个几何点外﹐它的另一含义是指银河系的中心区域。太阳距银心约10千秒差距,位于银道面以北约8秒差距。银心与太阳系之间充斥著大量的星际尘埃﹐所以在北半球用难以在可见光波段看到银心。射电天文和红外观测技术兴起以后,人们才能透过星际尘埃﹐在2微米到73厘米波段﹐探测到银心的信息。的观测揭示﹐在距银心4千秒差距处o有氢流膨胀臂﹐即所谓“三千秒差距臂”。大约有1﹐000万个太阳质量的中性氢﹐以每秒53公里的速度涌向太阳系方向。在银心另一侧﹐有大体同等质量的中性氢膨胀臂﹐以每秒135公里的速度离银心而去。它们应是1﹐000万至1﹐500万年前﹐以不对称方式从银心抛射出来的。在距银心 300秒差距的天区内﹐有一个绕银心快速旋转的氢气盘﹐以每秒70~140公里的速度向外膨胀。盘内有平均直径为 30秒差距的氢分子云。在距银心70秒差距处﹐则有激烈扰动的电离氢区﹐也以高速向外扩张。现已得知﹐不仅大量气体从银心外涌﹐而且银心处还有一强﹐即﹐它发出强烈的同步加速辐射。甚长基线干涉仪的探测表明﹐银心射电源的中心区很小﹐甚至小于10个﹐即不大于木星绕太阳的轨道。12.8微米的红外观测资料指出﹐直径为1秒差距的银核所拥有的质量﹐相当于几百万个太阳质量﹐其中约有100万个太阳质量是以恒星形式出现的。腥巳衔o银心区有一个大质量致密核﹐或许是一个黑洞。流入致密核心吸积盘的相对论性电子﹐在强中加速﹐于是产生同步加速辐射。银心气体的运动状态﹑银心强射电源以及有强烈核心活动的(如塞佛特星系)的存在﹐使我们认为﹕在星系包括银河系的演化史上﹐曾有过核心激扰活动﹐这种活动至今尚未停息。
银晕。银盘外面范围更大、近于球状分布的系统,称为银晕,其中的物质密度比银盘低得多。银晕主要由晕星族天体,如亚矮星、贫金属星、球状星团等组成,没有年轻的O、B型星,有少量气体。银晕中物质密度远低于银盘。银晕长轴直径约30千秒差距,年龄约1010年,质量还不十分清楚。
银河晕轮弥散在银盘周围的一个球形区域内,银晕直径约为九万八千光年,这里恒星的密度很低,分布着一些由老年恒星组成的球状星团。
有人认为,银晕外面还有物质密度更低的部分,称银冕,也大致呈球形。银冕至少延伸到距银心一百千秒差距或三十二万光年远。
银河系是所在的,包括一千二百亿颗恒星和大量的、,还有各种类型的和。银河系是一个,具有旋涡结构,即有一个银心和两个主旋臂,旋臂相距4500光年。其各部分的旋转速度和周期,因距银心的远近而不同。银河系物质约90%集中在恒星内。恒星的种类繁多。按照恒星的物理性质、化学组成、空间分布和运动特征,恒星可以分为5个星族。最年轻的极端恒星主要分布在银盘里的旋臂上;最年老的极端恒星则主要分布在银晕里。恒星常聚集成团。除了大量的双星外,银河系里已发现了1000多个星团。银河系里还有气体和尘埃,其含量约占银河系总质量的10%,气体和尘埃的分布不均匀,有的聚集为星云,有的则散布在星际空间。20世纪60年代以来,发现了大量的,如CO、H2O等。是恒星形成的主要场所。银河系核心部分,即银心或银核,是一个很特别的地方。它发出很强的射电、红外,X射线和γ射线辐射。其性质尚不清楚,那里有一个巨型,据估计其质量可能达到太阳质量的250万倍。
银河系的4条旋臂,分别是人马臂,猎户臂,英仙臂,天鹅臂。太阳位于猎户臂内侧。旋臂主要由星际物质构成。银河系也有。银河系有两个系:和。与银河系相对的称之为。
今天,我们的天文学家描绘出了银河系最真实的地图,最新地图显示,银河系螺旋手臂与之前所观测的结果大相径庭,原先银河系的四个主螺旋手臂,现只剩下两个主螺旋手臂,另外两个手臂处于未成形状态。这个描绘银河系进化结构的研究报告发表在本周美国密苏里州圣路易斯召开的第212届美国天文学协会会议上。据悉,这个银河系最新地图主要基于“斯皮策”空间望远镜红外线摄像仪所收集的观测数据。目前,“斯皮策”空间望远镜所呈现的高清晰图像使天文学家能够观测大质量恒星是如何进化、是如何成形的。
银河中大部分的是暗物质,形成的暗银晕估计有6,000亿至3兆个太阳质量,以为中心被聚集著。
银河系的邻居。银河系的邻居有一个群。银河、仙女座星系和三角座星系是本星系群主要的星系,这个群总共约有50个星系,而本地群又是的一份子。银河被一些本星系群中的矮星系环绕着,其中最大的是直径达21,000光年的大云,最小的是船底座矮星系、天龙座矮星系和狮子II矮星系,直径都只有500光年。其他环绕着银河系的还有小麦哲伦云,最靠近的是矮星系,然后是人马座矮椭圆星系、矮星系、矮星系、座矮星系、矮星系和狮子I矮星系。
银河的盘面倾斜的原因,就是由环绕银河的大小麦哲伦云的扰动所造成的涟漪。是在她们穿过银河系的边缘时,导致了某些频率的震动所造成的。这两个星系的质量大约是银河的2%,虽不足以影响到银河的运动,但由于暗物质的作用,这两个星系的运动就足以对较大的银河造成影响。根据科学家的推测,暗物质的分布从银河的盘面一直分布到已知的所有层面中,结果当麦哲伦星系通过银河时,重力的冲击会被放大。
人类认识银河系是一个漫长的探索过程。人类认识银河系是从神话开始的。世界各地有许多创造天地的神话就是围绕著银河系发展出来。依据希腊神话,银河是赫拉在发现宙斯以欺骗的手法诱使他去喂食年幼的赫尔克里斯因而溅洒在天空中的奶汁。另一种说法则是赫耳墨斯偷偷的将赫尔克里斯带去奥林匹斯山,趁著赫拉沉睡时偷吸他的奶汁,而有一些奶汁被射入天空,于是形成了银河。在芬兰中,银河被称为鸟的小径,因为它们注意到候鸟在向南方迁徙时,是靠著银河来指引的,它们也认为银河才是鸟真正的居所。现在,科学家已经证实了这项观测是正确的,候鸟确实在依靠银河来引导,在冬天才能到温暖的南方陆地居住。即使在今天,语中的银河依然使用Linnunrata这个字。在瑞典,银河系被认为是冬天之路,因为在斯堪的纳维亚地区,冬天的银河是一年中最容易被看见的。古代的神话称银河系为麦秆贼之路,叙述有一位神祇在偷窃麦秆之后,企图用一辆木制的运货车逃离天堂,但在路途中掉落了一些麦秆。
人类真正认识银河系还是从近代开始。1750年,英国天文学家赖特认为银河系是扁平的。1755年,德国哲学家康德提出了恒星和银河之间可能会组成一个巨大的;随后的数学家郎伯特也提出了类似的假设。到1785年,英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体,并认为太阳系位于银河的中心。1918年,天文学家沙普利经过4年的观测,提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年,天文学家分析出银河系也在自转。十八世纪中叶人们已意识到,除行星、 等太阳系天体外,满天星斗都是远方的“太阳”。今天,科技术的发展已可以比较准确地描绘出银河系的形状和星系分布了。
但是,对于银河系的起源目前还了解得很不够。银河系演化的研究近年来有一些成就。研究资料表明,在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族,它们的年龄是100多亿年,化学成分是氢约占73%,氦约占27%。而大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族。近年还从恒星的形成和演化、元素的丰度的变迁、银核的活动及其在演化中的地位等角度探讨银河系的整体演化。六十年代发展起来的密度波理论,很好地说明了银河系旋涡结构的整体结构及其长期的维持机制。
有超巨黑洞位于银河星系中心。最近,银河系的中心存在一个巨型的假设已被证实,巨型黑洞质量为太阳的370万倍。同时又发现在紧邻银河系中心的区域发现了数十颗庞大而且非常明亮的。这一发现让专家们感到万分惊奇:因为既然在银河系的中央存在着一个巨型黑洞,怎么可能在黑洞附近又存在别的天体呢?通常情况下,身处黑洞附近的天体均会逐渐地被黑洞所吞噬,并最终消失的无影无踪。
据推测每个星系中心都有一个巨型黑洞,质量一般约为星系总质量的0.5%。
银河的未来如何变化。目前的观测认为仙女座星系(M31)正以每秒300公里的速度朝向银河系运动,在30-40亿年后可能会撞上银河系。但即始真的的发生碰撞,太阳以及其他的恒星也不会互相碰撞,但是这两个星系可能会花上数十亿年的时间合并成椭圆星系。天文学家发现银河系比之前想象的要大,运转的速度也更快。
据科学家们估算,因为银河系中有1200亿颗如同太阳的恒星,这样的恒星组成的星系类似于我们太阳系的至少有150-160个。也就是说,在这150-160个太阳系中的某个行星上,完全有可能存在着同我们人类一样的文明,且可能是超智慧文明。
太阳系属恒星系,恒星系是宇宙中众星星的“岛屿群”,是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。太阳系是所有已知恒星系中一个较小的星系。
银河系中还飘浮着星云,星云是星际空间的一大团聚集在一起的气体或尘埃。它们既是恒星的摇篮,又是恒星的葬身之处。
如果我们把她们排一下队,并以我们的地球为参照中心由近及远可依次把她们分为几个层次:(1)太阳系天体:包括太阳、行星(包括地球)、行星的卫星(包括月球)、小行星、彗星、流星体及行星际介质等。(2)银河系中的各类恒星和恒星集团:包括变星、双星、聚星、星团、星云和星际介质。太阳是银河系中的一颗普通的恒星。(3)河外星系,简称星系,指位于银河系之外、与银河系相似的庞大的恒星系统,以及由星系组成的更大的天体集团,如双星系、多重星系、星系团、超星系团等。(4)外宇宙岛。距地球以光年(1光秒指的是光在1秒钟内走过的路程,1光秒等于30万公里,1光年约等于9.46*10的12次方公里)计算的现在我们还无法观测得到而只能通过其他天体运动来推知的遥远星体,宇宙岛,在目前对于人类来说还是一个一无所知的世界。
此外,宇宙中星星、星团和星云之间,我们称之为星际空间,过去的教科书上一般认为星际空间是真空,其实星际空间绝非真空,它包含着电磁辐射、炽热的粒子、反粒子(反粒子是粒子的对立物,当一个粒子与反粒了相遇时,它们的实体即刻消失,转化为能量留在宇宙之中)、宇宙射线、微小尘埃、磁场以及各种未知力和未知物质。
特别要指出的是,根据现代科学观察的结果,我们上述所阐及的宇宙世界中让人类可以通过最先进的科学仪器直接或间接观测到的物质世界,还不足宇宙总物质的10%,另外90%以上的物质,是人类目前无法“看得见”的物质,科学家称之为“暗物质”,也就是说宇宙中充满着暗物质,暗物质决定了宇宙的命运,暗物质是什么,目前我们人类只能惭愧地说:一无所知。虽然我们的科学家正在研究并有不断的新的发现。
我们的宇宙世界实在是不可思议的.因为,在宇宙中,仅可见之物质已经是如此的纷繁复杂,奥妙迷乱,令人叹为观止.暗物质如果确实存在的话,就是相当于与我们可见宇宙同时存在着另一个更为广大更为复杂的物质世界.那将是真正的大千三千世界.
暗物质存在吗?
答案是肯定的.
二十世纪30年代,瑞士天文学家茨威基发表了一个惊人结果:在星系团中,看得见的星系只占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的。茨威基首先发现了暗物质的存在,他的发现大大推动了物理学的发展,他对科学的重大贡献是不可估量的。但当时许多人并不相信茨威基的结果。由于暗物质根本不与光发生作用,更不会发光,在天文上用光的手段绝对看不到暗物质。
那么暗物质是如何被科学家发现的呢?大家知道,万物之间存在万有引力,太阳系的九大行星围绕太阳旋转,越往外其转动的速度越低,比如地球绕日速度是每秒30公里,高于火星,而火星的速度又高于位于它之外的木星,这是典型的中间有一颗大恒星的行星系表现。二十世纪70年代初,科学家在观测宇宙其他一些星系(包括银河系)中的恒星运行速度时就发现,越往外,围绕中心的速度并不都是衰减下去,而是和内圈恒星的速度差不多。这与越往外,物质越少,引力也越小,速度也应该越低的常规不符。由此反推,此时虽然外圈的那些能被直接观测到、数出来的星星数目变少了,但其实内部的物质数量并没有减少,引力也没有变小,只不过观测不到而已,科学家们大胆地猜测:宇宙中一定有某些物质没有被我们的天文观测所发现,这些物质被称为“暗物质”。
UGC10214星系是天文学家们发现的一个典型例子,其中的物质不停地向它自己的外围流出,但在其外围却看不到任何别的星系存在。据猜测,该星系的旁边存在着一种“暗星系”,这些物质流就是在暗星系引力的作用下才流出来的。
科学家认为,通过测量物体围绕星系转动的速度可以找到暗物质存在的证据。根据人造卫星运行的速度和高度,就可以测出地球的总质量。根据地球绕太阳运行的速度和地球与太阳的距离,就可以测出太阳的总质量。同理,根据物体(星体或气团)围绕星系运行的速度和该物体距星系中心的距离,就可以估算出星系范围内的总质量。计算的结果发现,星系的总质量远大于星系中可见星体的质量总和,推算的结果:星系中的暗物质约占宇宙物质总量的20-30%。
暗能量的存在,将改变我们对世界的根本看法.因为暗能量在宇宙中占有很大的比重,显然它对宇宙世界会发生巨大的作用,但是,我们对它却一无所知.
2003年7月23日,美国匹兹堡大学斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布,他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”的观测数据,发现了暗能量存在的直接证据。探测结果显示,宇宙年龄约为137亿年,宇宙由23%的暗物质,73%的暗能量,4%的普通物质组成。宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的,至今仅知道它们存在着,但还不清楚它们的性质。斯克兰顿等人介绍说,如果星系主要由普通物质组成,那么光子在落入“引力陷阱”以及从中逃逸出来的过程中,由于“陷阱”深度固定,其能量总体上将不会变化。但是,如果星系中包含暗能量,情况就会不同。由于暗能量的排斥力作用,光子在落入“引力陷阱”并逃出来的过程中,“陷阱”会逐渐变浅,能量反而增加。体现在微波背景辐射观测图上,经过这些星系区域的宇宙微波背景辐射温度将出现细微上升。斯克兰顿博士等发现,经过一些大质量星系区域的宇宙微波背景辐射温度确实出现了微升。科学家认为,这一结果只有用暗能量才能予以解释。普通物质是那些在一般情况下能用眼睛或借助工具看得着的东西,即使藏身于最黑暗的角落,只要有光照总能发现它们。
暗能量在宇宙中更像是一种背景,让人根本感觉不到它的存在,但它确实存在,且起着非同一般的作用。有人把暗能量称为“真空能”。上世纪20、30年代,就有科学家认为真空不空,只是物理的探测仪器探测不到“真空”中并非真的什么都没有。对暗能量理论上的猜测可追溯到爱因斯坦年代,1915年爱因斯坦提出了广义相对论,这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。
1917年,他将广义相对论公式应用到整个宇宙,想看看能否获得对宇宙本质的新认识。世界上的物理学家、数学家随即开始解其中的引力方程,方程有两种解,结论是宇宙不会完全静止,宇宙没有静止点。方程的第一种解是,如果宇宙只存在引力,没有别的力作用的话,出于相互吸引,宇宙不可能静止.方程的另一种解是,宇宙爆炸的那一瞬间获得了一个初速度,向外膨胀,但由于引力作用往回拉,宇宙肯定越胀越慢,所以宇宙不是膨胀就是收缩,不可能静止。
爱因斯坦觉得从哲学思想上分析,这两种解都不合适,按他的想法宇宙应该是静止的,不能永不停息的运动。因此,爱因斯坦又向广义相对论引力方程中引入了一项“宇宙常数”。这个宇宙常数起排斥力的作用,有了该常数之后,引力方程同时具备了引力和斥力,正好能够达到平衡,可让宇宙“静止”下来。
上世纪20年代,美国著名天文学家哈勃经过观测发现,宇宙确实是在不断膨胀,他根据星系的距离和运行速度证实,离我们越远的星系向外运动的速度越快,这是宇宙正在膨胀的表现。这一观测结果完全与引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相契合,迅速得到了世界上绝大多数科学家的认可。爱因斯坦本来是想把宇宙“静止”下来,但实际的宇宙是在膨胀着。他认为:“引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误!”.但爱因斯坦提出的“宇宙常数”并未被科学家们遗弃,一小部分科学家此后在将观测结果与理论进行对比的时候,常常会把此常数捎带上。如果计算结果显示“宇宙常数”等于0,就证明该数确实不能用;反之,就证明爱因斯坦引入一个常数的思路是对的。1997年哈勃太空望远镜拍摄到一颗超新星,编号为“1997ff”。美国马里兰州太空望远镜研究所和劳伦斯伯克利国家实验室的天文学家通过对该超新星光线的相对强度进行的研究表明,“ 1997ff”爆发于110亿年前,是迄今发现的最遥远的超新星,超新星即爆炸中的恒星,它发出的亮度是几十亿颗恒星亮度的总和。测定超新星的亮度,可以用来判断宇宙膨胀的速率。在宇宙减速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更亮。经过大量的计算和分析,科学家们确认“ 1997ff”的亮度是预计正常亮度的两倍,比距离更近、更年轻的超新星爆炸发出的光还要亮。科学家们据此判定,这颗超新星爆发于宇宙的减速膨胀阶段。
科学家们指出,新发现和此前的观测结论相结合,证实了宇宙膨胀先减速后加速,同时也证明宇宙中确实存在“暗能量”。
“暗能量”据认为更接近能量,而非物质。科学家认为,与暗物质一样,“暗能量”构成了宇宙中不可见的一部分。科学家估计“暗能量”可能占据了宇宙成分的三分之二,对它的了解对于理解时间、空间、物质和能量具有关键作用。爱因斯坦没有想到,当初他认为是错误的“宇宙常数”——暗能量,竟然是极有道理的,几乎可称得上是宇宙的本质。
暗物质和暗能量的存在是以前人类无法想象的事情,随着暗物质、暗能量被证实存在,并证实它们在宇宙中占有很大比重,人们的观念受到极大的冲击和突破。“宇宙由暗物质组成并因暗能量而彼此分开”这一难以理解而且违反常理的宇宙模型,科学家们已经开始研究一系列新问题,进一步探索这些“不可见宇宙”如何影响银河系和宇宙的过去、现在和未来。可以相信,人类最终一定能够理解宇宙的起源。
几十年前,暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光。
许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上,观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。
当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时,暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲,它们的组成是完全不同的。更重要的是,象普通的物质一样,暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以,在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此,暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。之后,两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现,宇宙正在加速膨胀。由此,暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。
暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论,在一个仅含有物质的宇宙中,物质密度决定了宇宙的几何,以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话,情况就完全不同了。首先,总能量密度(物质能量密度与暗能量密度之和)决定着宇宙的几何特性。其次,宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在"大爆炸"之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位,但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,它目前正时宇宙加速膨胀,而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态,否则这种加速膨胀态势将持续下去。
不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。
暗能量更是奇怪,以人类已知的核反应为例,反应前后的物质有少量的质量差,这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失,完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。
围绕暗物质和暗能量,一位科学家阐述了这样一种观点,即提出“天外有天”,指出“因为暗能量,我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”。
可见,我们的宇宙世界是多么的神奇和奥妙。我们人类可观察的物质世界仅为整个世界的10%已是如此的丰富多彩和让人类望而兴叹,而那个90%实非人类所思议。
可见,原先在我们祖先看起来硕大无比的地球,只不过是太阳系中的一个小成员,当时我们认为太阳系肯定是庞大无比了,其实太阳系也只不过是银河系中的一个小家庭。银河系才大呢,银河系中有数不清的象太阳系一样的家庭成员,据现代理论天体物理学家的推算,银河系中应该有不少于130个到150个具有智慧生命的天体。最为神秘的还是那神奇无比的能吞食星星和光线的黑洞,那黑洞真是宇宙中的死亡陷阱,任何物质,包括光线都无法摆脱它的巨大引力,其质量之大目前还无法准确计算,其内部存在着什么和演义着什么,目前我们人类也一无所知。
可是,今天人类已经探明,银河系也只不过是宇宙中的一个小小的组织。所以讲,宇宙之大任凭想象,你想她有多大就有多大,你想她有什么,她就真的有什么,只要你能想象得出来。
现在林沁一和释如来就要飞向银河的织女星,确切地说是飞向织女星的一颗卫星上,那里有释如来返回家乡的一座桥--他们人造的爱因斯坦-罗新桥,只有通过爱因斯坦-罗新桥,释如来才能按时返回金星岛。
然而银河系是一个庞大的天体群,其平均半径有7万光年之遥远,银河系除了现已知可数的大约5000亿颗星星外,还有无数的星云、宇宙尘埃和不可计数的暗物质,银河系这个庞大的天体群每时每刻都发生和演绎着惊心动魄的宇宙奇观,而5000亿颗星星中至少有1000亿颗是象我们太阳一样的恒星,在这1000亿颗恒星的周围难道就没有象我们太阳系一样存在着有生命的天体。如果这次能有幸遇上高智慧的生命,那真是不枉这一趟太空之旅了。想到这里,林沁一又不免喜上眉梢。可是,林沁一刚从释如来处获悉,行走太空是非常危险的,有点近乎我们地球人驾车穿过车水马龙但没有红绿灯的十字路口,如果车速太快是很容易撞车的。乘时空飞船,穿越太空,太空中有很多你所未知的行星在飞越,更危险的是太空中有近乎90%的暗物质存在,包括黑洞,你随时有可能撞上它们,那是瞬间的事情。他们原来穿太空服飞越太空,飞行速度较慢而且没有识别弯曲时空捷径的功能,飞行也只能凭操纵者人为的直接操纵选择路径。其实在他们的月亮基地也备有一只时空飞船,释如来只所以没有使用它,那是因为从月亮到木卫四号距离很近,并且释如来对期间天体情况也了如指掌,即从月亮到木卫四号之间没有现存的稍大些能对自己产生威胁的天体。而从木卫四号到银河系的织女星就不一样了,中间要穿越银河系的一部份星系,这期间存在大量的暗物质和频临崩溃的星体,并且其中的大部份时空非常弯曲。只有利用时空飞船才能避开暗物质和危险天体并找到时空捷径。现在乘时空飞船进入银河系那要绕过千万颗星星和避开数百个小黑洞,而时空飞船的速度虽然只及光速的二分之一,但时空飞船可以识别弯曲的空间通道,即可以走捷径,否则要费数十年的时间才能穿越银河系。但即使这样危险依然存在,险象仍然横生。好在这艘时空飞船是金星岛特别制造的,它能根据广义相对论的原理,通过对空间场和力的计算,从弯曲的时空通道中选择捷径飞越,还可以在一定的时空范围内根据对周围各种场和力的测量,准确地计算和判断出前方上下和左右有什么天体,包括黑洞,从而自动地调整飞行路线,竞走安全的通道。关于弯曲的时空,是爱因斯坦广义相对论对宏观宇宙时空状态的一种物理描述,从地球人类现有的技术还不能直接识别,而只能从理论上认识和预以粗略的计算。打一个通俗的比方,现在我们把九大行星放在一张任意大的海绵体上,海绵体表面将产生九个凹陷,现在如果有一个小球企图从最近处的一个行星到达最远处的行星,将有一个复杂的路径和多种选择:小球可以慢慢地沿着(实际是寻找)海绵体的平坦部份绕过八大行星而到达太阳边缘;小球也可以以一种最快的速度从九大行星空隙穿过,期间遇到凹陷处须凭借自身速度的惯性飞过而不必从凹陷处的表面上经过。问题是大质量行星凹陷处也很大,那这个小球的速度就必须相应地足够大,否则就不能飞越过去,从而陷落在某行星的凹陷处,由于万有引力的作用最终靠在该行星的星体上,即使速度足够大能飞越这个大凹陷,由于其速度足够大,来不及回避极有可能撞在前方的另一颗行星上。假如这个小球的速度和方向是可以自动或人为调节的,那它就可以从捷径安全地飞越过去。
在上述假设的例子中,海绵体的表面就是广义相对论的时空,海绵体的表面原来是平坦的,这是我们地球人可以理解和观察到的,放置了九大行星后由于行星的重量(质量)使海绵体(时空)产生了凹陷(弯曲),但是时空的弯曲是我们地球人所观察不到的,我们地球人所能观察到的海绵体(时空)仍然是平坦的,因此,我们必仍然按照直线往前走,遇到物体时则靠其最近的边缘前进。但事实是,海绵体(时空)已经弯曲了,如果我们仍然往前走的话必落入凹陷之中而永远不能出来。如果,其间还存在许多我们看不见的暗物质,那更复杂,亦即更危险了。这点其实地球人已经运用最先进的科学仪器观测出来了,并也从理论上获得证明。
现在,他们乘座的时空飞船就是在弯曲的时空中飞越。但是,尽管时空飞船具有自动观测和计算功能,但对于一些意外的飞来之物(例如不规则飞行的彗星和星体碰撞后的碎片等)和星体的爆炸(如在飞船飞过时恰遇爆炸)还是不能事先预测的,即使有时能预测到也可能由于距离已近时空飞船的自动调节器也可能来不及作出反映,飞船已然与之相遇,因此说,飞渡太空到处潜伏着危机和灾难性的后果。
面对浩瀚无际的深空,林沁一真切地感觉到生还的机率实在微之又微,现在他犹如大漠中的孤魂,不知自己身在何方,也不知将栖身何处。虽然有超时空飞船的万向探测仪和微波感应器,但一叶孤舟在万倾波涛之上、在惊涛骇浪之间、在浩淼无际的天海之中,八方无援,这仅仅是一次简单的科学探险航行吗?绝不是。在这方世界中,仅仅有舍生忘我的精神和意志是远远不够的!这不是简单的生死选择,因为已经没有选择。探索着前进,生还的机会几乎为零,即刻返航也无法摆脱死神的威胁。只有前进、前进,才有冲开科学殿堂大门的可能,即使舍生取义,也许还有一点滴的价值。现在看来,这座科学的殿堂也与神秘之门紧紧相联,它原始的一端系着普通的经典物理学,中间穿过相对论和量子力学,另一端通向最神圣和伟大的未来物理学和宇宙生命学。林沁一仿佛觉得自己已经闯进了这庄严肃穆的科学殿堂,但殿堂中除了偶像还是偶像,别无他物,他恨不得把这殿堂粉碎,于是,愤愤地从这殿堂的后门冲出。刹那间,他抬头望见了一座巍峨的科学大山,山巅之上金光闪闪,那不是一颗科学明珠吗?要是能采到这颗明珠,就可以揭开生命宇宙之谜。不是吗,这明珠闪烁着显映出五个大字,这五个字相应生辉、忽隐忽现、光芒万丈:宇宙生命学。望着这明珠,你就会产生神奇的力量,任何一个科学工作者只要见到它,它均赐予你无穷的勇气,振奋你的双翅向前、向上飞翔、飞翔。
林沁一神驰心往,思维从想象中的神秘世界返回过来,纵然真的拥有那颗明珠,但千难万险依然在征途中等待。
既然如此,释如来为什么还要冒险带林沁一前往织女星呢?
这要从织女星座的一颗卫星说起,织女星有一颗3号卫星是银河系中为数不多的一颗化学物理性能稳定的星体,其寿命比地球要大10亿年,其体积也比地球大10万倍,只要再过100万年,织女3号卫星的生态环境就接近地球的最佳期,一旦适宜生命存在,银河系中所有智慧生命类物体都可以迁移在此居住。只是现在的温度比较低、温差还比较大。但早在10万年前金星岛的人就开始在此建立实验基地,同时他们还着手在牛郎星座的1号卫星上建立基地。释如来当初来地球是通过蠕虫洞先来到木卫四上,然后从木卫四经月球飞行过来的。现在蠕虫洞的一个端口已从木卫四移到织女星的3号卫星上了,因此,释如来必先经织女星的3号卫星然后通过蠕虫洞回去。
蠕虫洞是金星岛合众星智慧之力共同建造的,他们通过数十万年的研究,至今才制造出两个蠕虫洞。一个是超级蠕虫洞,超级蠕虫洞可以在数亿光年之遥的太空中寻找出弯曲时空的捷径从而无限地缩短其间的距离,虽然不能实现时间旅游,但可使太空旅行成为现实。另一个是小型蠕虫洞,也称星际蠕虫洞,一般行星之间的行走通过它可以极大地缩短时间。两个蠕虫洞为九个宇宙岛所共同拥有,共同使用,一般是九个岛各自分别使用一百年,如遇重大事件则可例外。另外搬移蠕虫洞也是一项巨大工程,相当于现今人类搬移一幢百层大厦一样。
释如来告诉林沁一,这两个星体也许是银河系及其附近星系所有智慧生命的最后居住地。只是穿越银河系实在是一件冒险的旅行,因为单是银河系中暗藏的黑洞,就令人望而却步。但今天释如来必须带林沁一去,这是因为他降临地球的使命尚未完成,自己此去是明知不可能复来了,那伟大的使命必须后继有人,这个人目前来说就是林沁一。
当他们到达织女星的3号卫星时,释如来发现那蠕虫洞已不存在了,这犹如晴天霹雳,现在唯一的希望就是通过天然的蠕虫洞返回金星岛。但天然的蠕虫洞只能在大型的黑洞里存在,也就是说他们必须进入黑洞,再从黑洞中出来,这可是万劫不复的不归路。
按照计划,释如来从织女星的一颗卫星进入蠕虫洞后回到金星岛,而林沁一继续乘时空飞船按预置的路线即从银河系的边上擦过飞向太阳系,然后飞到月球,在月球换上太空服后返回地球,这是释如来为之计算出来的一条最安全返回路线,可是这个计划已不可能实现了,因为现在他俩乘座的是同一艘飞船,林沁一是不可以先回去的,如果林沁一穿太空服返回那不知道需要多少时间呢,何况林沁一一个人也很难返回地球,释如来感到几分的内疚。更让释如来为难的是林沁一将可能成为他的殉葬品。林沁一似乎预感到这一点,他深情地望了望释如来,释如来心领神会,感激地点了点头。
其实此时的林沁一早已置生死于度外,横下一条心,任随释如来遨游而已。一个人只要置生命于身外,那实在叫无所畏惧。此时的林沁一竞只顾尽情欣赏太空的奇异景象。
太空实在是太奇异了,比我们小时候仰望的星空不知美丽多少倍。当飞船穿过一团云状星系时就象是一只飞蝶在灯火通明大都市中穿越,只见千千万万闪烁着幽蓝的、炽白耀目的、红的、紫的星光在身边划过。突然,右前方发出一团强烈的、刺目的光斑,瞬间光斑放大而耀目,慢慢地这团耀目的光斑缩小变得柔和,这是一颗星星在爆炸,意味她炽热燃烧光辉灿烂的生命快要结束了,最终可能要变成了一颗白矮星,我们的地球将来也要爆炸灭亡,但不知是烟飞云散还是变成另一种什么样的生命体。其实这颗星星离林沁一还有非常远的距离。当时空飞船继续向前飞驰时,却望见前方巨大的时空仿佛在旋转,原来是胜不计数的太空飞石象漩涡似的在漩转,倾间,这些飞石有序地飞快地旋集于一团,最后集成于椭圆状的一块,这是一颗新的星体开始形成,一个宇宙新的生命体又将诞生了。正当林沁一诧异于新星的诞生与死亡的奇异景象时,超时空飞船的荧光屏上出现了耀眼巨大的炽烈的气斑,识别器显示出这是非常强烈的X射线的暴发,其表面温度可预计达到500万摄氏度,根据判断这是一颗相当于地球大小的天体被一颗质量巨大的黑洞所撕裂并最终被无情地吞噬。当然其发生的地点距时空飞船至少也在10万光年之遥。林沁一感到太空之旅真是既奇妙又是险象横生,说句内心的话,他恨不得赶快离开这里,返回到地球。
飞船继续往深处飞驰,外面的“天色”也越来越暗淡,渐渐地飞船外的天色没有了,除了流星和经过恒星外,整个天空只泛着极其清淡的晕光。林沁一哪里知道,这极其清淡的晕光,却不是恒星的余辉,而是宇宙中最伟大的光辉,那就是宇宙之光。后来,林沁一回忆时,在日记中写了这样的散文般诗歌:
宇宙之光,从遥远的宇宙深处,穿越黑暗的宇宙空间,历经几亿万光年传播而来,普照宇宙,普照星晨,普照生命。宇宙之光犹如神光无法形容,无法赞美。
那是无声的流水,那是永不干枯的甘泉,流进我们的心田,流进我们的思想,滋润我们的生命。
那是美妙的天音,启迪我们的智慧,流进我们的思想,流进我们的灵魂,让我们的灵魂发光。
宙之光,能让我们排除苦难,能让我们战胜邪恶,能让我们渡过难关,能让我们获得永恒的快乐。
宇宙之光 是春日的花朵,是夏日的晨露,是秋日之果实,是冬日的朝阳,让你欢欣,让你凉爽,让你丰收,让你温暖。
宇宙之光 ,光芒四射,霞光万丈,是生命之光,是真理之光,是创造万物之光,是创造生命的永恒之光。
他那里知道,真正的险象不是不是流星雨、陨石和星星的爆炸,而在于与黑洞的相遇。
黑洞示意图 |