第一篇
宇宙盡頭在何方
在20世紀以前，人們認為太陽係幾乎就是一切，不相信太陽係以外還存在其他星球。到1900年，人們又認為太陽係所屬的銀河係就是整個宇宙。至於銀河係的大小，當時最大膽的估計是寬約2萬光年（光年即光在一年中所走過的距離，約等於94605億千米），其中包含大約20億～30億顆像太陽一樣的恒星。
1920年，天文學家哈洛·沙普利等人根據當時掌握的測量恒星距離的新方法，算出了銀河的真實寬度是10萬光年，其中包含的恒星總數達2000～3000億顆。同20年前的看法相比，銀河“擴大”了100倍，而且還斷定這極度擴大了的銀河，並不是全部宇宙。
與此同時，天文學家又發現宇宙是由許多個像銀河係一樣的星係集成的，每個星係大約由幾十億到幾萬億顆星體組成。而且證明了宇宙是動態的，成群存在的星係彼此相互分離，它們之間的距離越來越大，好像宇宙也在不斷擴大。
1929年，美國天文學家埃德溫·P·哈勃等人設計出了確定星係距離的多種方法，證明即使是離我們比較近的星係（例如仙女星座係），距離我們也有230萬光年。60年代，人們發現某些曾被認為是我們自己星係中的沒有光澤的恒星，實際上離我們星係非常遙遠，被人們稱為“類星體”。這些“類星體”，最近的離我們也有10億光年，遠的則達120億光年以上。
按照宇宙誕生之後就急速擴大的宇宙模型，可以計算出宇宙的年齡為130億年。這就是說，從地球到宇宙“盡頭”的距離，理論上應是130億光年。
至於宇宙究竟有多大，它的“盡頭”究竟在何處，也許將永遠是個謎。宇宙的主宰是誰
你知道嗎？很多大的星係的中心都有一個黑暗的“暴君”。這一發現，是現代天文學研究的新成果。英國出版的《新科學家周刊》2000年第3期有篇題為《宇宙的主人》的載文，該文指出：雖然它的臣民們看不見這位“君主”，但是它卻統占著伸展到數千光年以外的幾十億個“太陽係”，它在所有“太陽係”誕生之前就已存在，並且早就在幫助塑造它們的未來了。這些“暴君”就是黑洞，天文學家將它們稱為“超大質量”天體。
自從天文學家於20世紀初預言黑洞的存在以來，人們陸陸續續地得到了各種證據，證明了宇宙中確實存在著黑洞。然而，對於這種無法以可見光看到的天體，人類的了解究竟達到什麼程度？
如今，天文學家們正在開始懷疑是否已經在宇宙中留下了象征它們權威的標記。2000年年初，研究人員提出：巨大的黑洞是宇宙中所有星係萌生的“種子”，近來，天文學家發現了更多的支持這一觀點的證據。
早在幾十年前，天文學家就發現了類星體——位於遙遠星係中央的高亮度的天體。類星體的亮度可以是環繞在它周圍的星係的數百倍，但是它們的體積卻比我們的太陽係還小。到底是什麼東西可以從這麼小的空間裏發出這麼多的光和輻射呢？——黑洞是一種可能性。
盡管人們對於黑洞吞噬光線的能力了解得更多一些，但是它們也可以成為燦爛光芒的發源地，被黑洞吞沒的物質會在黑洞周圍形成一個呈螺旋形運動的圓盤，而圓盤在劇烈的翻騰過程中所產生的摩擦會將默默的氣體加熱到白熱狀態。天文學家認為，這就是類星體發光的原因。
因此，當天文觀測的結果開始證明更多的普通星係中央存在著黑洞時，天文學家自然會認為它們是能量已經耗盡的類星體。
1978年，在一個編號為M87的星係中，天文學家第一次捕捉到這樣一團巨大的黑色物質。
1988年，美國密歇根大學的道格·裏奇斯通和他的同事阿蘭·德雷斯勒對螺旋形的安德洛墨達星係和橢圓形的小星係M32進行了觀察，科學家們因而得出這樣的結論：上述兩個星係中一定存在著巨大的黑洞。果然，在幾年的時間裏，哈勃太空望遠鏡在我們附近的20多個星係裏已經發現了巨大的黑洞存在的證據。其中的一個黑洞屬於我們自己：銀河係中心有一個質量相當於300萬個太陽的黑洞。
那麼，在星係的生命進程中，這些超大質量的黑洞扮演著什麼樣的角色呢？
在2000年1月的美國天文學會上，裏奇斯通提出一個引起天文學家激烈爭論的觀點：黑洞可能首先是星係的締造者。裏奇斯通這一觀點將傳統的天體物理學整個顛倒了過來。賓夕法尼亞州立大學的戈登·加邁爾則指出：巨大的黑洞可能在時間剛剛誕生時就已經形成，而且它們一直都是在其周圍形成的新星係萌生的“種子”。
星係為什麼會需要這樣的“種子”呢？早期的宇宙非常勻淨。創世大爆炸殘留下來的餘輝表明，在早期的宇宙中，不同區域之間的密度差異非常小，不超過大約十萬分之一。為了創造出我們今天看到的由星係和空間組成的宇宙，這些微小的密度差異一定被放大了許多倍。而且這一放大過程非常迅速。因為在創世大爆炸發生僅10億年後星係就出現了。加邁爾指出：“這段時間對於宇宙完成從‘平滑’到‘粗糙’的演變過程來說並不算長。”為此他提出，巨大的黑洞在這一過程中可能扮演了引力種子的角色，黑洞將受到其引力作用的物質吸引到它的周圍，這些物質又進一步演變形成恒星。換句話說，星係就這樣誕生了。
與此同時，美國航天局新近建成的錢德拉X射線觀測站也給裏奇斯通提供了一些支持其觀點的證據。一個由天文學家組成的研究小組在《自然》雜誌上發表了錢德拉望遠鏡的觀測結果。研究小組負責人理查德·穆紹茨提出：新發現的“暗光天體”可能是非常遙遠的類星體，它們發出的普通光線已經被星係間的氣體吸收，因此隻有X射線穿過星際間氣體到達了地球。它們可能是處於生機勃勃的青年時代的類星體，這時大多數星係都還沒有形成。
但是，即使有證據表明黑洞並沒有這麼古老，它們也仍然有可能對星係的演變產生深遠的影響。
大約在1998年，裏奇斯通和德雷斯勒及多倫多大學的約翰·馬裏因安等十幾位天文學家進行合作，以便將所有人們已知的關於鄰近星係中黑洞的信息集中在一起。他們發現，位於星係中央的黑洞的體積總是大約相當於其周圍的核球體積的1％。但是問題在於，核球部分的大小與星係中央的黑洞的大小為什麼會有如此緊密的聯係呢？
1988年，英國劍橋大學的馬丁·裏斯和喬·西爾克提出了他們對這種緊密聯係的解釋：年輕的類星體發出的輻射可能會推動帶電粒子風吹到環繞在它周圍的星係中去，隨著黑洞吞噬的物質越來越多，其體積也在穩步增加，類星體因而會變得更亮，帶電粒子風也會相應加強。最終，帶電粒子風的強度大到足以克服星係引力的程度，這時它就會把所有的氣體都吹走。隨著黑洞的氣體供應被切斷，它會停止膨脹，而整個星係的擴張也會相應停止。西爾克和裏奇斯通通過計算得出：黑洞的體積必須增加到與馬戈裏安提出的質量關係大致相當的程度才會停止增長。
在此之前，年輕的類星體可能還會對其周圍的星係產生其他的影響。密歇根大學的裏奇斯通指出：“在其生命最初的1億年時間裏，類星體可以控製其所在星係的能量輸出。”在這一段時間裏，類星體發出的所有輻射也許可以幫助引發恒星的形成，雖然這一變化過程相當複雜。
類星體也可能會攪動其所在的星係。它們會噴出帶有強大的能量的高速物質，這種高速物質流可以席卷整個星係，從而產生對周圍氣體有壓縮作用的衝擊波。這種壓縮也有可能對恒星的形成產生幫助作用。
最後，巨大的黑洞可能會改變其所在星係的形狀。在20世紀70年代，牛津大學的詹姆斯·賓尼通過計算認為：大多數橢圓形星係的形狀都非常奇怪，它的x軸、y軸、z軸中應該有一條較長，而另一條的長度則介於二者之間。橢圓形星係看上去可能有點像一粒西瓜籽，或者一個被壓扁的橄欖球。
但是，後來的天文學觀測表明，大多數橢圓形星係的形狀要比賓尼描述的更為對稱——就像M&M巧克力豆一樣是一個被壓扁的球體。這是因為星係中央的黑洞擾亂了該星係恒星的運行軌道，從而使它們變得不穩定。因此，這個星係的形狀很快就會變成更為穩定的扁球形。
事實上，我們很難相信黑洞會擁有上麵提到的這些強大力量中的任何一種：比我們的太陽係還小的東西，卻可以控製由數十億顆恒星組成的巨大的宇宙區域，這種說法看起來仍然充滿怪誕的色彩。
但根據路透社華盛頓電，關於黑洞的強大力量之說又有了新的證據。就在發布電文的當天，利用哈勃天文望遠鏡工作的天文學家公布了一張照片，從中可以看到宇宙中電子流的噴發。這股電子流像探照燈一樣在宇宙中閃閃發光，其動力來源於吸力強大的黑洞。
這個看起來像宇宙探照燈光束的電子流實際上由幾乎以光速從M87星係中心噴射出來的電子以及其他亞原子粒子組成。M87星係距離地球5000萬光年，這股電子流自身的長度大約為5000光年。人們可以通過因特網看到這張最新發布的由哈勃望遠鏡拍攝的照片。
科學家發表的一份聲明說，天文學家們早在1918年就知道了這股來自M87星係的奇特的電子噴射流，但是隻有這張由哈勃望遠鏡在1998年拍攝並經過科學家們兩年研究的照片揭示了這股電子流的來源。
天文學家們說，M87星係的中心隱藏著一個特大黑洞，它已經吞噬了相當於太陽質量20億倍的物質。宇宙產生的猜想
宇宙是怎樣產生的？這是當今最大的謎。目前，大多數科學家接受的是“大爆炸宇宙學”。這一學說認為，宇宙起源於一個溫度極高、體積極小的原始火球。在距今150億～200億年前，由於我們還不知道的物理原因，這個火球發生了大爆炸。隨著空間膨脹、溫度降低，物質的密度也逐漸減小，原先存在的質子、中子等基本粒子結合成氘、氦、鋰等元素，以後又逐漸形成星係、星係團，並逐漸形成恒星、行星，而且在一些天體上還出現了生命現象，最後誕生了人類，宇宙初步形成。
大爆炸學說不斷得到證實。1991年4月23日，美國加利福尼亞大學天文物理學家喬治·斯穆特在美國物理學會會議上宣布，他領導的科學小組發現了宇宙誕生初期的物質雲團，有力地支持了大爆炸學說。他們的這一發現引起世界科學界的極大關注，被認為是繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家斯蒂芬·霍金4月24日發表聲明說：“這是本世紀最重要的發現。”
大爆炸學說可以解釋較多的觀測現象。例如，天文學家觀測到遠處的天體總是遠離地球而去，這證明宇宙仍在膨脹；各種天體的年齡都小於200億年，這也符合該學說有關大爆炸後才形成各種天體的推論。另外，大爆炸理論還成功地預言了宇宙背景輻射的存在。大爆炸學說預言在大爆炸之後，星係形成之前宇宙的結構應當是雲團。這一巨大雲團的發現證實了大爆炸學說的預言，通過對這一雲團的觀測，科學家可以進一步推測宇宙初期的情景。
而且，這一巨大雲團的發現還證實了科學家的另一個預言，即宇宙質量的90％存在於“暗物質”中。以往天文學家觀測到的宇宙總質量遠比理論上計算出的宇宙總質量要小得多。這些“消失”了的物質被稱為“暗物質”。“暗物質”的多少直接影響著宇宙的未來，如果宇宙總質量小於某一數值，那麼它將像現在這樣一直膨脹下去；如果它的總質量大於這一數值，那麼天體之間的引力將使宇宙停止膨脹，並在這一巨大引力作用下開始收縮，形成宇宙“大坍塌”，直至大爆炸前的狀態。宇宙和諧嗎
宇宙的運動有規律與和諧似乎已成為一種萬古不變的信條。從古希臘時期起，著名的畢德哥拉斯學派就提出了“美是和諧與比例”，進而指出，人類生活的宇宙正是由於這種和諧才演化到今天並且秩序井然的。也正是由於這種和諧，天體才應該是球形的，其運動也應該是圓周運動。
16世紀，哥白尼經過自己的觀測，否定了傳統的“地心說”，提出了“日心說”。他認為，以太陽為中心的這種宇宙模型既符合天體運動的規律，又體現了一種“美妙的和諧”。後來的德國天文學家開普勒也非常推崇畢德哥拉斯的美學原則，把天體運動同音樂的音階聯係起來。牛頓從力學上對天體運動作了更深入的探討，他提出了萬有引力定律，不僅對運動的變化提出了更科學的解釋，而且還指導天文學家發現了海王星。牛頓的萬有引力定律體現出宇宙的秩序是如此的和諧。
這種“先定的和諧”也影響著現代天文學的研究。著名的反映宇宙膨脹的“宇宙大爆炸”假說非常具體地體現了“和諧”的原則，它以哈勃關於星係紅移的觀測事實為基礎，並且預言了宇宙背景微波輻射的存在。這些都是宇宙和諧圖景在大尺度宇宙空間上的再現。
現代物理學家愛因斯坦指出，宇宙這種先定的和諧可給人以美感和快感，是人類一切文學與藝術創作、毅力和耐心產生的源泉。
長期以來，宇宙的和諧性已被人們普遍接受，但近年來卻遭到了挑戰。以美國麻省理工學院的科學家薩斯、天文學家威茲德姆為代表的一些人認為，整個太陽係根本無法預測，也許400萬年後，牛頓學說就被證實是錯誤的。他們認為，在宇宙中存在一種現象，根據某種簡單的法則預測，由於許多偶然的因素起作用，會導致非常複雜和無規則的現象，這就是混沌現象。
那麼，宇宙的主宰究竟是和諧還是混沌呢？這真是一個無法解釋的謎。宇宙會熱死嗎
1854年，德國科學家亥姆霍茲提出了宇宙熱死說，他指出，宇宙隻能使所有的能量轉化為熱，並最終處於均勻的狀態，進而使宇宙陷入永恒的靜止狀態。這種假說也稱作熱死假說或熱力學假說。
熱死假說引起了世人的恐慌，因為那死寂的沒有生命的宇宙就等於世界的未日來臨，為了消除這個假說，許多科學家都對此進行了嚐試，德國物理學家克勞修斯和奧地利物理學家玻爾茲曼曾為此展開爭論，後者認為宇宙並非隻向一個方向變化，也會向相反方向轉化。恩格斯也不同意熱死假說的觀點，他認為這同能量守恒原理相矛盾。
由於熱死假說同宇宙無限論相矛盾，主張大爆炸學說的宇宙學家則從宇宙膨脹的觀點加以解決。俄國科學家費裏德曼曾經做過精密的計算，結果表明宇宙可能會周期性地收縮和膨脹，也可能會無限製地膨脹下去。後來美國天文學家哈勃利用加州威爾遜山上的15米望遠鏡和25米望遠鏡也發現宇宙是在膨脹著的。根據這個觀點，宇宙物質中分為粒子和輻射（如光線、紅外線、紫外線X射線），由於宇宙的熱膨脹，粒子是熱平衡的，輻射也是熱平衡的，但二者之間不是熱平衡的，達到熱平衡尚須一定的時間，由於引力作用，所以它們沒有足夠的時間達到熱平衡。
然而，一些科學家對於宇宙熱膨脹提出了疑問，把某些特定的物理性質的解釋都歸結到宇宙初始時的情況是不能令人滿意的。人們都希望宇宙不會有熱死的那一天，希望生命和文明世界延續下去，但一直沒有找到解決熱死假說的辦法。宇宙中的“黑色騎士”