宇宙和生命-第210章
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揭示宇宙大爆炸的奥秘
有史以来最雄心勃勃的探测器ＭＡＰ试图精确揭示宇宙演化中最深邃的奥秘
乔阿光，美国东部时间６月３０日下午，在卡那维那尔角火箭发射场，德尔塔二型火箭成功地发射了微波各向异性探测器。美国宇航局的科学家称，这个耗资１·；４５亿美元的探测器，将试图精确揭示有关宇宙演化过程中蕴藏的某些惊人的秘密。
微波各向异性探测器（英文简称ＭＡＰ，意思恰好是“绘图”）将在８月初飞过月球，９月飞到工作地点，开始执行为期两年的考察任务，探测宇宙大爆炸遗留下来的痕迹————分布在整个天空的宇宙微波背景辐射。它的观测位置是精心选择的，靠近第二个拉格朗日点，大约在太阳—地球连线上地球外侧约１５０万公里处，这样可以确保ＭＡＰ上的望远镜在任何时候都能挥洒自如地观测太空深处的情况。
宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在１９４８年提出来的。该理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，宇宙发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低，宇宙早期存在的微小涨落在引力作用下不断增大，最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
当时，一些科学家反对这一理论，并讥笑说，“如果宇宙起始于某次大爆炸，这种爆炸理应留下某种遗迹，那就请把它找出来吧！”与他们的愿望相反，大爆炸的遗迹在１９６４年果真被找到了：这就是宇宙微波背景辐射。宇宙大爆炸模型，也与ＤＮＡ双螺旋模型、地球板块模型、夸克模型一起，被认为是２０世纪科学中最重要的四个模型。
宇宙微波背景辐射是宇宙中最古老的光。按照宇宙大爆炸理论，约１４０亿年前（关于宇宙年龄，还有不同的说法），宇宙形成之初，致密物质像笼子一样禁锢了所有辐射，大爆炸后３０万年，随着这些物质密度的下降，微波背景辐射才得以挣脱束缚。就像恐龙化石能让我们认识若干万年前的恐龙一样，这种“化石”光可以不受阻挡地穿越茫茫宇宙，让我们了解宇宙“婴儿时期”的各种信息。
科学家说，对宇宙微波背景辐射的深入了解，一些困扰人类多年的问题可望得到回答：大爆炸后的第一瞬间发生了什么？宇宙是如何演变成今天我们所见到的具有复杂的星系结构？宇宙的年龄究竟是多少？宇宙的膨胀速度到底有多快？等等。
发射捕捉“化石”光的探测器，对美国宇航局来说已经不是第一次了。１９８９年，美国宇航局发射了历时１５年研制成功的宇宙背景辐射探测卫星（简称ＣＯＢＥ）。１９９２年，ＣＯＢＥ获得一个上了世界各大新闻媒体头条的惊人发现：背景辐射虽然几乎是均匀分布的，但在天空中上万个点中，却有一部分的温度不一样，扣除地球运动的影响后，有的地方是２·；７２５１Ｋ（Ｋ为绝对温度），有的地方却是２·；７２４９Ｋ。这种微小的热变化，或者叫各向异性，表明从一开始宇宙就有热点和冷点，也就是说，早期宇宙物质密度存在差别。
ＣＯＢＥ描绘出的只是一张草图。因此，美国宇航局在１９９６年开始研制ＭＡＰ。与ＣＯＢＥ相比，ＭＡＰ有着十分显著的优点：ＣＯＢＥ的飞行高度比普通通讯卫星还低，而ＭＡＰ高高在上的飞行轨道则使它免受月球、地球、太阳的干扰；ＣＯＢＥ把天空分成６０００块像４００个月球一样大的区域进行搜索，而ＭＡＰ将观测３００万多块只有月球１／４大的区域————有科学家因此戏称，如果说ＣＯＢＥ能看见上帝，ＭＡＰ就能看见上帝的指纹；ＣＯＢＥ测量不同区域温度差的精度大概不到五万分之一度，而ＭＡＰ的精度可达到百万分之一度；等等。
“微波背景辐射的各向异性图谱，就像宇宙初生时的一幅快照，这不能不说是宇宙留给我们的一份珍贵遗产，”中科院研究生院研究员章德海说，“微波背景辐射的奇妙之处在于，它居然把我们对宇宙的一种可供检验的认识，推进到了如此遥远和深邃、令人难以置信的程度。”
数月来，宇宙学家们一直期盼着由一只南极探测气球收集到的、有关宇宙边缘的数据。终于，在4月27日《自然》杂志上发表了一幅图，该图给出目前为至最详细的原始宇宙观测结果，揭示出大爆炸后不久宇宙的形状和物质的分布情况。这些数据支持当前流行的观点，即宇宙是‘扁平‘的，但也对有关早期宇宙的另一重要假说提出了质疑。
那只体积为80万立米的气球上有一套灵敏的、名为BOOMERANG的微波探测器。1998年年末，气球在南极上空盘旋了10天，然后在气流的作用下，回到了施放地点。BOOMERANG在空中控测了宇宙微波背景（CMB）下扰动的大量样本，其中，CMB是从各个方向袭击地球的持续的电磁声波。这些遥远的声音是大爆炸之后的遗留辐射。
CMB能够揭示宇宙的形状。依据相对论，我们生活的、包括时间和空间在内的四维‘薄片‘可以被弯曲。多年来，天体物理学家一直在寻找弯曲的空间…时间可能扭曲遥远物体形状的方式，天文学家有望因此说出我们生活的空间的形状：是球状的？还是鞍状的？或者都不是？BOOMERANG和其它CMB的实验则说明，扰动并未出现在弯曲空间之中应当发生的扭曲。
尽管天文学家将这作为扁平宇宙的证据，BOOMERANG别的一些数据却让他们感到惊讶。理论计算表明，微波背景下的扰动在许多不同的尺度下都会发生，每一种对应着数据上的一个‘峰值‘。BOOMERAN看到了对应着约1度大小扰动的峰，按理还应该出现一个半度的峰，但是没有。宾夕法尼亚大学的物理学家Max Tegmark说：‘这很有趣，我心理恶作剧的一面也希望发生这种事情。
缺失的峰意味着天体物理学家必须拧动，或者说修改他们的有关宇宙形成的模型。如何准确地做到这一点大大依赖于将来的数据结果。BOOMERANG的许多数据有待处理。今年秋天，美国宇航局将发射一颗名为MAP的微波探测卫星，届时会有更多的数据。新的CMB峰将告诉科学家，宇宙中有多少不可见的暗物质和普通的物质，并有助于阐明宇宙初始30万年的细节。Tegmark说：‘在我看来，这个实验确实意味着一个新时代的开始。‘
英国的研究人员认为，来自宇宙中其他星球在大约4亿4千万年前的爆炸，给地球带来的并不完全是灾难，正是那场大爆炸（也称伽马射线大爆炸）给地球带来了植物生长所需要的养料。也就是说，虽然大爆炸造成了地球上大范围物种的灭绝，但它同时也从根本上促使植物的生长进入茂盛期。
以前科学家认为，在过去的几十亿年间，至少有一次伽马射线大爆炸发生在离地球较近的地方，爆炸引起了地球远古时代的大灭绝。大爆炸放射出的高能量射线摧毁了大量的臭氧层，使得地球上的大多数物种被紫外线烤焦。一次大爆炸的烟雾足以在地球上引发一次冰川纪。
两年前科学家有了新的认识，他们认为大爆炸可能发生在奥陶纪，时间约为4亿4千万年前，因为有地质记录显示，在这段时间里，地球经历了一次大规模的灭绝和全球的变冷过程。为此科学家动用了大型计算机进行大爆炸的模拟演示，他们当时主要关注的是爆炸所产生的前期效应。前期效应绝对是灾难性的：地球上35％的臭氧受损，紫外线的密度增加了三倍，氧化氮大量形成，腐蚀性的酸雨降临地球。
现在科学家开始研究大爆炸的后期效应。他们认为来自氧化氮的硝酸确实通过酸雨降临地球，但正是这个过程给土地带来了丰富的氮，氮是植物生长必需的一种养分，如今耕种农作物还需要经常添加氮肥。地质记录能精确地表明，奥陶纪后期植物开始广泛蔓延。当时地球上只有很少几种植物，主要是藻类，在大爆炸之后，植物的生长才进入了茂盛期。
3月31日出版最新一期的英国《自然》杂志报道，美国加利福尼亚劳伦斯·；利弗莫尔国家实验室的天体物理学家乔治·；钱普拉因声称，宇宙中并没有人们所说的黑洞，所谓的黑洞不过是由“暗能量”组成的巨大星体而已。根据近代天文学理论，宇宙由“暗能量”、“暗物质”和我们通常见到的正常物质组成，其中正常物质的比例不大，比例最大的是“暗能量”，占有70％的比例。正是这些“暗能量”驱动宇宙不断加速扩张。
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“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。说它“黑”，是指它是宇宙中的一个无底洞，包括光线的任何物质一旦掉进去，就再不能逃出，因此人们不能看见它，但知道它存在于冥冥之中。其实，黑洞是现代物理学和天文学理论的重要部分，这个理论预言在宇宙空间中存在很多这样的区域，在此区域中引力非常巨大，任何物质甚至光线都不能逃脱。黑洞是在一个质量巨大的天体在核能耗尽死亡时发生引力塌缩而紧缩到一个“点”后形成的，一般处于大星系的中心。黑洞不会发光，人们也就不能用天文望远镜看到，但天文学家可借观察黑洞周围星体被吸引时轨道波动的情况，以及根据被它的强大引力撕裂的星体发出射线来判定黑洞的存在和位置。
乔治·；钱普拉因认为，巨大质量的星体发生引力塌缩并不导致形成黑洞，而是导致形成内含“暗能量”并且是由时间和空间构成的星体。由于该星体由暗能量组成，人们也不会看见它。但是该“暗能量”星有独特的引力特性：在这个星体的“表面”之外，情况与黑洞相同，巨大的引力将所有物质都吸入进来，但在星体的“内部”却存在有“负引力”，将物质向外排斥。乔治·；钱普拉因预言，如果“暗能量”星足够大，那些被“负引力”排斥出来的电子将转变成为正电子，这些正电子与普通的带有负电荷的电子相遇，二者消失，转化成高能辐射能量，这也就是通常我们在一个星系中心看见的射线，只不过物理学家都把它解释为在此存在黑洞的标志。乔治·；钱普拉因的理论目前还不过是一个假说，尚需通过天文观测来证实。
空间性质哲学描述所蕴涵的新的宇宙观
自然界凡物质聚集的地方均存在着不同程度的能量释放过程，例如恒星辐射、星云红化、太阳系行星及卫星均含有内部热源等。天文观测中质光关系的发现更进一步地为这一现象提供了定量的表述。从空间同一性的观点出发宏观地解释这一问题所得到的结论是明确的：伴生于物质存在的能量过剩现象是空间凝聚产能
