正文 第14章 宇宙奧秘(2)(1 / 3)

宇宙會永無止境地膨長下去嗎?這主要取決於宇宙的質量及其分布。精確的計算表明,使宇宙停止膨長的最小平均物質密度約為每立方厘米5x10—3克,這相當於每立方厘米內約含3個氫原子。然而,現代觀測表明,宇宙的平均物質密度似乎不到這個數字的1/10。於是有些科學家認為,宇宙將永遠膨脹下去,因此變得越來越空虛,越來越寒冷,越來越死寂,直至完全凍結或死亡。但上述觀測到的宇宙平均物質密度是按物質所發光(或輻射)的強弱折算出來的。有些科學家認為,不能隻計算這些發光的星係物質,宇宙中還存在著大量的不發光的“暗物質”,上述的觀測物質密度根本就不能當做宇宙平均物質密度。按照美國天文學家西爾克的觀點,宇宙中也許有多達97%的物質未被觀測到,宇宙膨脹到一定程度後就不再繼續膨脹了,而且還會回到原來的火球狀態。

宇宙初誕生時是一個高溫火球,現在也仍在不斷膨脹,可是在哈勃得證宇宙膨脹的事實後確立的“宇宙大爆炸”理論中,仍存在著幾個待解的問題。問題之一是,如果把宇宙大爆炸的時間反溯回去,那麼宇宙便是起始於一個能量無窮大的奇異點,而物理學麵對這樣一個奇異點是無能為力的。所以宇宙大爆炸理論並未能對宇宙是如何誕生的、何開始膨脹地做出解答。

1980—1981年,美國科學家艾倫?格斯等人根據宇宙膨脹理論解決了這個問題。這一理論把基本粒子統一理論已解決的“真空相變”現象應用於宇宙學。他們解釋說,在剛剛誕生的宇宙中,發生了使宇宙性質完全改變的“相變”。相變前的舊宇宙比新生宇宙具有更大的真空能,這種真空能轉變為排斥使 。

根據這一理論,導致宇宙膨脹的根本原因不是“上帝”的介人,而是真空能。換言之,這種真空能與愛因斯坦提出的“宇宙常數”完全是一回事。那麼宇宙又是從何處怎樣誕生的呢?前蘇聯物理學家亞曆山大?彼連金曾提出了一種理論,即宇宙是從沒有時間、空間、物質和能量的“虛無”狀態,通過量子力學所說的“隧道效應”產生的。剛剛誕生的宇宙是一個超微型的宇宙,其能量為零。但是在10—44秒之後,宇宙直徑為10—34厘米時,立刻發生了真空的相變,由於膨脹,原始微小的宇宙遂演化為一個巨大的宇宙。

“宇宙膨脹的原因在於真空能,而宇宙誕生的原因則在於量子力學效應。”這就是最新宇宙誕生圖。但是問題並沒有完全得到解答,能夠圓滿說明宇宙誕生瞬間的時間、空間狀態的理論還沒有問(果在21世紀,我們能夠建立起量子重力理論的話,我們就能夠毫不含糊地回答“在無數已誕生和正在消亡的空間中,是否也存在著與我們相類似的智能生命?”這樣一個令人頭疼的問題了。

21世紀對宇宙學來說,也是一個充滿驚人新發現和希望的新世紀。

尋找宇宙的盡頭

宇宙究竟有沒有盡頭呢?每當人們翹首仰望茫茫夜空,神馳遐想時,總要出這的。

在我們的太陽周圍,有地球、金星、火星、木星等大小不同的八顆行星在不停地運轉,這就是太陽係。那麼,在太陽係以外,又是一個怎樣的世界呢?那裏聚集著約二億顆像太陽一樣的恒星,又形成了一個宇宙,這就是銀河係。銀河係的形狀像麵凸鏡,鏡片的直徑為10萬光年,中心部分厚度為1.5萬光年。

一光年就是每秒鍾速度為30萬千米的光,用一年時間到達的極其漫長的距離。因此,光若從銀河係的一端出發,需不斷地飛馳10萬年才能到達它的另一端。

那麼,果飛出這個銀河係,又會到達什麼地方呢?在目裏,有無數像銀河係一樣的宇宙,叫做星雲。與銀河係鄰近的一個宇宙稱為仙女座流星群,這是一個和銀河係大小、形態大致相同的宇宙體係,聚集著約2000億顆恒星。

如果能畫出一個20億光年的大球,那麼其中就容納了約30億個星雲,這些無數的星雲聚集在一起,形成一個大宇宙係。我們能不能看到這個大宇宙係的呢?

1929年,美國的哈佛爾發現了一個奇異的現象,所有星雲正離我們越來越遠。離地球約2.5億光年的後發座星雲正以每秒6700千米的速度,離地球5.7億光年外的獅子座星雲正以每秒1.95萬千米的速度,此外還有離地球12.4億光年外的牽牛座星雲以每秒3.9萬千米的驚人速度,紛紛離我們遠去。

可以預見,這種情況持續下去,星雲到達100億光年的彼方,它們的速度將達每秒30萬千米,這和光的速度相等。產生的結果是所有星雲的光永遠照射不到我們地球上來了。因此,100億光年的彼方將是我們所能見到的大宇宙的盡頭。前麵還有星雲,但是由於光無法到達,我們也就無法觀測了。當然這隻是一種關於大宇宙的推測,還有其他不同的解釋。有人認為,大宇宙呈氣球型,它像氣球一樣不斷膨脹,其中有些星雲隨之離我們遠去。但到一定的時候氣球又會縮小,星雲也會隨之接近我們。有的人提出,大宇宙是馬鞍形。它如同馬鞍,不斷地朝著鞍的四個邊緣方向擴展。按照這一解釋,在遙遠的將來,星星將逐漸遠離,夜空變得單調寂寥。也有人持不同意見,認為大宇宙是永恒的。雖然它會無限地擴展,但在擴展了的空間裏還會產生新的星球,大宇宙再怎樣膨脹,還是會增加新的星家族。大宇宙空間不會荒寂。