太陽落山了唄。夜晚,太陽公公睡覺去了,天就黑了。3歲的兒童會這麼回答。
是的,天上沒有太陽,好像天就必然會是黑的。可是,沒有了太陽,還有星星,絕大多數星星都是恒星,都會發光,為什麼沒把夜晚的天空照亮?
所有的星星都在發光,夜晚的天空不應該是黑的,本應該像白天那麼亮。
這是19世紀的天文學家奧伯斯提出的問題。奧伯斯是德國人,原來是內科醫生,酷愛天文,白天行醫,晚上就在自己的住所上層觀測星空,發現過5顆彗星,研究過小行星。觀測的年頭多了,就提出了上述這個問題。
要說清這個問題,還得從天上有多少星星說起。奧伯斯是從天上有多少星,想到了宇宙有多大,是不是無邊無際。這不是3歲兒童回答得了的,涉及一些大問題。
在沒有望遠鏡以前,全憑肉眼看天,眼力再好,也隻能看到6000多顆星。發明望遠鏡以後,眼界突然開闊,看到了5萬多顆星。後來,天文學家赫歇爾一家,赫歇爾和他的妹妹、兒子對天空劃分區域,係統觀測,作了統計,統計出北半球天空有11萬顆星,南半球天空有70萬顆星。
人類的視野開闊了,從太陽係擴展到了銀河係,看到了10萬光年以外的星空。當年赫歇爾一家觀測星空,使用的是自製望遠鏡。時代進步了,製造望遠鏡的技術越來越高,人的視野一再擴大,原以為看到了天邊,誰知道真是天外還有天。天在擴展,誰也說不清天到底有多大,於是形成了一個觀念:宇宙是無邊無際的,宇宙是無限的。
這時候,奧伯斯出來說話了。他說,宇宙是無限的說法不科學,不信的話,我給計算一下。宇宙中應該均勻地分布著許多發光的恒星,雖然有的亮些,有的暗些,不妨假定它們都按一個平均亮度發光。還要考慮,離地球近的星,照到地球上的光要強一些,遠一些就弱一些,把距離的因素也考慮進去。如果宇宙是無限的,恒星和恒星之間不會有暗區,地球的上空不會是黑的,而且比白天亮得多,大約相當天空中布滿了太陽那麼亮!
奧伯斯的理論告訴我們,夜晚的星空是亮的,是白夜;而人們的實際觀察,夜晚的星空是黑的,是黑夜、理論和實際發生了矛盾。
提出這個矛盾,奧伯斯不是第一人。
1610年,天文學家開普勒就反對過宇宙無限的說法,他認為,如果天空的星星無限多,夜晚的星空就應該是亮的。
理論和實際發生矛盾,其中必定有原因,隻是一下子還不知道問題出在哪裏。從奧伯斯開始,不斷地有人探討矛盾的根源,推動了學術的發展,促使人們去思考宇宙到底是什麼樣的。
為了解決矛盾,曾經出現過許多說法。
有人說,星空中存在著吸光物質,比如塵埃之類的物質,吸光物質吸收了星光,使得天空黑了下來。
有人說,奧伯斯的理論,是根據恒星均勻地分布在空中計算的,而實際的恒星分布並不均勻,有的星區恒星多,有的星區恒星少,宇宙中有亮區和暗區,地球的位置在於暗區。
有的人倒是讚同奧伯斯的理論,隻是說,奧伯斯假定了恒星永遠在那兒發光,要考慮到恒星也有個壽命問題,要是恒星的平均壽命很短,那麼遙遠的恒星在“死亡”以前發出的光到不了地球。
還有一種理論,認為宇宙起源於原始火球的大爆炸,大爆炸以後,出現了許多星雲,逐漸凝聚成各種天體。大爆炸以後,宇宙膨脹開來,大量恒星遠離我們而去。這樣,這些恒星的光也不能到達地球。
也還有這樣的推論,如果宇宙存在的時間太短,而那些距離我們十分遙遠的星光,還沒有射到地球上來呢。
也許還會出現一些新的解釋,總之,白夜和黑夜的問題已打開了人們的思路。隻要無法推翻奧伯斯的理論,那就得找出原因來說明這個相互矛盾的事實。
幽靈粒子
幽靈粒子,是指中微子。中微子很神秘,一個小小的粒子,居然能穿過地球。從太陽出發的中微子,隻要8分鍾就可以到達地球。1000億個中微子與地球相遇,幾乎全部都能順利地穿越地球,再次進入茫茫的宇宙之中,隻有1個中微子可能與地球上的原子發生作用。
說它神秘,還因科學家猜想,宇宙中的中微子,像一個幽靈在飄蕩,怎麼也捉不到它。本世紀初,在研究放射物質的時候,人們注意到,原子核放出一個電子(或正電子)的時候,會帶走一些能量。可是,仔細地算一算,損失的能量比電子帶走的能量大,有部分能量丟失了。就像錢包裏的錢丟失了一部分,是被小偷竊走了,能量丟失,也是一宗失竊案。
丟失能量,不論是怎麼丟失,丟在哪裏,在物理學家看來,都是嚴重的大事,令人頭疼。物理學中有一條重要定律,即能量守恒。按照這條定律,能量是不會丟失的,如果證實是丟失,是虧損,那麼能量守恒定律就靠不住了,不少的物理學理論就會垮掉。
事關重大,一定要偵破失竊案,查明能量是怎麼丟失的,是哪個小偷竊走的。