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第9章 不可不知——古老的宇宙奥秘(2)

继米勒之后,诺贝尔化学奖获得者梅尔文和卡尔文把实验推进了一步,他们用回旋加速器发射的电子来代替紫外线。后来,另一名科学家福克斯又对“原汤”的各种条件进行了模拟实验。40亿年以前,火山爆发向地球表面喷吐着大量的火焰,熊熊燃烧着的岩浆直接流入了海洋。福克斯把模拟的“原汤”同岩浆接触,然后加热,使温度升到107摄氏度,同时加进18个氨基酸分子。得到的结果表明,生命是必然出现的,因为福克斯的实验产生了类似多肽的物质。换句话说,他获得了由几百个分子组成的氨基酸链。从此就形成了一门新学科:生源说。自1953年以来,实验室的实验越来越复杂了,科学工作者人工制造出了越来越高级的氨基酸和分子。到了1970年,人们竟研制成了去氧核糖核酸分子。

在取得这些地面新发现的同时,天体物理学家们也在宇宙空间找到了各种各样的分子。随着这些新的发现,也出现了一门新的学科:天体化学。这是一门完全崭新的学科,它产生于20世纪70年代。的确,天体物理学家们1972年在宇宙间发现了24种分子,而在1977年又找到了45种分子。

1977年5月23日,星期一。天文学家雅克·勒凯向法兰西学院介绍了在宇宙里发现的最新的分子,即由9个原子组成的分子:C2H2CN。这个宇宙化学的新证据是默东天文台于1977年5目22日分析得出的,它表明宇宙中会产生越来越复杂的化学反应和化学结合。不过,有人曾经认为,除原子和粒子外,宇宙不会孕育出别的东西来。可是事实恰恰相反,科学家们发现了越来越多的化学成分十分复杂的物体。有人甚至认为已经发现了由83个原子组成的卟啉分子,但至今没有得到证实。业已发现的相当高级的分子在宇宙的生命发展中起着重大的作用。它们像蘑菇的孢子一样,驾着宇宙里的风或坐着冰冷的彗星迁居到各个星球上去。一些科学家认为这是十分可靠的假设。结论是:像地球上一样,化学在宇宙里似乎必然会导致一个越来越复杂的结构,这个结构又必然会导致生命的出现。

5.宇宙有温度吗?

从物理学角度出发,唯有物质才具有温度,那么,浩瀚的宇宙有温度吗?

以前,科学家们认为宇宙中是没有温度的,但后来经过实验发现,宇宙也有温度——接近-273.15摄氏度的绝对零度(开尔文温度标定义的零点),其源自一种能量辐射,是宇宙大爆炸的产物。如今,科学家经长期测算得知,宇宙正处在加速膨胀之中,其温度也越来越低。并且,我们可以通过现在的宇宙温度,来探测出宇宙大爆炸的时间。

有人问,宇宙中有最低温度和最高温度吗?

理论上来说,宇宙中没有最高温度,因为各个星体的温度差异很大。举例来说,地球的年平均气温为15摄氏度,而太阳表面的温度为6000摄氏度,天狼星表面的温度达到了10000摄氏度以上。目前发现的最高温度的星球是“参宿七”,其表面温度能达到12000摄氏度以上。

虽然宇宙中没有最高温度,但却有最低温度,也就是-273.15摄氏度的绝对零度,其为自然界温度的临界状态,当温度达到绝对零度时,原子就会停止运动。

气象部门所说的地面气温是如何测量的?气象部门用来测量近地面空气温度的主要仪器是装有水银或酒精的玻璃管温度计。因温度计本身吸收的太阳热量要比空气所吸收的太阳热量大,如果将温度计放在阳光直射的地方,其测出的温度往往要高于它周围空气的实际温度,所以气象人员在测量近地面温度时,通常会将温度计放在距离地表约1.5米处的四面通风的百叶箱中。气象部门所说的地面气温,其实指的是距离地面高度约为1.5米处的百叶箱中的温度。

如果宇宙之中的暗能量越来越多会怎么样?

广阔的宇宙之中,暗能量占据了约70%的空间,暗能量是一种未知的能量形态,它就如同一只看不见的手,控制着整个宇宙。

暗能量无处不在,它与万有引力正好相反,具有很强的反引力性质,可以在很远的距离就将物体推开,令星系间的距离扩大。宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。

有关科学家预测,如果宇宙之中的暗能量越来越多,在其影响下,太阳系周边的“邻居”将逐渐减少,最终,太阳系会成为宇宙之中的一只孤舟。到了那个时候,当我们在地球上仰望天空时,除了我们自己银河系中的星星,再也没有其他的星星出现在我们的视线之中,就算是用望远镜来观察,看到的也只是一片漆黑。更为糟糕的是,随着宇宙的不断膨胀,暗能量会将所有的星系都撕裂,地球也会被扯离太阳,地球上的一切生物都将被毁灭。但是,就算这个预测是真的,世界末日也要在遥远的167亿年之后才会出现,人们不必为此担忧。

6.宇宙何时会死亡?

宇宙有没有终结的一天?宇宙将会如何终结?是“砰”的一声大爆炸,还是逐渐消亡?当地球人在无数个夜晚,悄悄地仰望灿烂夜空,对生命、对宇宙浮想联翩的时候,总会从内心深处发出这样的疑问。

根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果,宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火,而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。这听起来似乎太骇人听闻了。然而地球人或许没有必要杞人忧天,因为地球人暂时还不会被宇宙“驱逐出境”。根据科学家的推测,宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。这个庞大的数字相当于地球历史的20倍,或者,相当于智人(现代人的学名)历史的500万倍。既然它将发生在如此遥远的未来,对地球人今天的生活就不会有丝毫影响。

与此同时,科学家又指出:没有什么东西是可以永远存在的。宇宙也许不会突然消失。但是,随着时间的推移,它可能会让人觉得越来越不舒服,并且最终变得不再适合生命存在。

这种情况将会在什么时候出现呢?又会以怎样的方式出现呢?这的确是一个令人沮丧的问题。但是,我们又不得不承认,对于我们这些生活在地球上的凡夫俗子来说,这些问题却有另一种冷酷的魅力。

自从20世纪20年代,天文学家哈勃发现宇宙正在膨胀以来,“大爆炸”理论一直没有摆脱被修改的命运。根据这一理论,科学家指出,宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果:一种力量是宇宙的膨胀,在过去的100多亿年里,宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大;另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力,它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止,宇宙注定将会坍塌,最终变成一个大火球——“大崩坠”,如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀,它将最终变成一个漆黑的寒冷的世界。

显而易见,任何一种结局都在预示着生命的消亡。不过,人类的最终命运还无法确定。因为目前,人们尚不能对扩张和万有引力作出精确的估测,更不知道谁将是最后的胜利者,天文学家的观测结果仍然存在着许多不确定的因素。

这种不确定因素又是什么呢?科学家指出,这一不确定因素涉及到膨胀理论。根据这一理论宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间,在这个空间里,最初的膨胀速度要比光速快得多。然而,在膨胀结束之后,最终推动宇宙高速膨胀的力量也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中,潜伏在虚无的空间里,并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。为了证实这种推测,科学家又对遥远的星系中正在爆发的恒星进行了多次观察。

通过观察,他们认为这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。

倘若真是这样的话,决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力,还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关,而它可以使宇宙无限扩张下去。

但是,人们最关心的或许是智慧生命本身。人类将在宇宙中扮演什么角色呢?难道人类注定要灭亡吗?人类已经在越来越快地改变着地球,操纵着自己的生存环境,也许到那时,人类将会以高度发展的智慧在宇宙中立于不败之地。谁知道呢?且让未来的地球人和地球外一切生命拭目以待吧。人类对宇宙的认识永远没有终极,认识穷尽的那天也许就是人类或宇宙毁灭的那一天。正如爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到担忧的孩子的信中所说:“至于谈到世界末日的问题,我的意见是:等着瞧吧!”

7.银河系之谜

银河系的年龄

长期以来,天文界对银河系年龄的说法不一。有的认为只有70亿岁,有的认为有200亿岁。1983年,美国教授纳斯·詹姆士和彼雷·迪马库,使用一种新的测量技术对银河系的年龄进行了反复的计算,结果最后测定银河系的年龄接近120亿岁。发明宇宙天文钟的荷兰天文学家经测量认为,1990年宇宙年龄的上限为120亿年。

银河系的结构

很久以来,天文学家一直认为银河系是一个旋涡星系。但1991年,美国科学家认为银河系是棒旋星系,为此提出了种种线索。例如,银心附近的星际云的不规则运动是以一个棒为中心的。

对银河系核心附近的恒星的近红外光观测,为棒状结构发现提供了直接证据。棒略微倾斜,它的东端向南倾斜穿出银道面,如它在天空中的大角厚度所揭示的那样,那部分离地球也比较近。经贝尔实验室的科学家计算,证明棒的重力将使附近的大质量星际气体云迅速地旋进核心,其结果很可能是激烈的中心恒星爆发。在爆发中,大量的非常亮的大质量恒星形成。

银河系的分子云

1982年美国科学家发现,在银河系外缘部有新的分子云。太阳系距离银河系中心大约3万光年。新近发现的分子云大约位于太阳系外侧3万至5万光年处,其主要成分是氢和一氧化碳;分子云的范围大约为3万光年。

银河系的中子星爆发消亡

1996年,美国天文学家在靠近银河系中心的位置发现了一个天体。该天体被认为是一颗正在消亡的“中子星”。这是X射线天文学35年来的首次发现,引起了科学家们极大的兴趣,争先恐后地投入研究,以赶在该星体消亡前获得尽可能多的数据。

该星体的直径仅16千米,但却有巨大的质量——相当于太阳的质量;有巨大的重力场——相当于地球的1亿倍。该星体的密度极高,仅一手指尖大小的物质就有1亿吨。该星体从一个比它更大的伴星上吸取气体,获得能量,其抽取气体的力量之大可把这些气体加温至1亿度,并由此引发每半秒钟一次X射线长时间的爆发。该星体的独特之处还在于在X光波长上同时具有脉冲和爆发两种现象,还存在X射线长爆发现象,一天达二十余次。有的科学家说该发现“是一个奇迹之巅的奇迹”。

银河系的新星诞生

1989年,日本科学家在世界上首次记录了一颗银河系新星的诞生过程。他们借助微波干涉仪完成了系列摄影,根据这些相片可以观察到作为一颗新星形成过程的初始阶段怎样向银河中部的一个点集中。研究已确定,即将从中产生恒星的气体星云直径总计为一光年;气体围绕“云雾”中心旋转的速度,边缘为一秒钟一公里,靠近中心为一秒钟三公里。

银河系存在巨大黑洞

天文学中“黑洞”是指演变到最后阶段的恒星,由中子星进一步收缩而形成的。黑洞有巨大的引力场,使它所发射的任何电磁波都无法向外传播,从而变成看不见的孤立天体。我们只能通过引力作用来确定它的存在,所以叫做“黑洞”,也叫“坍缩星”。

由于天河中心释放出X光和电波,所以科学界认为银河中心存在着黑洞。但是,多年来科学界一直未找到证明黑洞确实存在的证据。

在1997年8月于日本京都市举行的第23届国际天文学联系总会上,美国及德国的两个科研小组同时报告:在银河系中心的确存在巨大的黑洞,他们的研究已找到了这种证据。两个小组的研究均得出几乎相同的结果,足可使银河系中心存在巨大黑洞成为定论。

找到这种证据的是德国麦克斯普兰克研究所的研究小组,另一个是美国加利福尼亚大学的研究小组。

德国的研究小组在以往的6年间,利用智利的3.5米口径望远镜,对处于天马星座银河系中心附近的星体活动进行了详细观测。发现在从银河中心到光行进一周时间的距离内的星体正以每秒约二千米的迅猛速度绕银河中心周围旋转。从这一速度计算得出,星体旋转轨道内侧的质量约为太阳质量的250万倍。将如此巨大的质量集中于如此狭小的范围内,除了黑洞没有其他可能。

加利福尼亚大学研究小组开始观测的时间比德国的研究小组晚。他们用口径10米的望远镜,通过两年的猛追细察,准确地掌握了银河系中心附近近百个星体的运动速度。以这些速度计算出的中心质量与德国研究小组的基本相同,大约也是太阳质量的250万倍。

德国和美国的科研小组在不同的地方、利用不同的器械分别进行观测得到了相同的结论,这可以证明黑洞确实存在。

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