第十三章 太空神秘現(xiàn)象

第十三章太空神秘現(xiàn)象第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)

宇宙中的神秘能量

最近,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)伊恩·布勞內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際天文小組為神秘的暗能量的存在提供了新的證據(jù)。這些科學(xué)家觀察到,來(lái)自遙遠(yuǎn)而明亮的類星體的光被彎曲后形成了若干個(gè)類星體的圖像,圖像的數(shù)目和途中存在的星系所形成的引力透鏡數(shù)目不相符合,由此科學(xué)家斷定,途中必定存在我們看不見(jiàn)的其他物質(zhì),從而證明了宇宙小確實(shí)存在暗能量。第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

引力透鏡現(xiàn)象是由于來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光在到達(dá)天文望遠(yuǎn)鏡之前,會(huì)被途中的其他物體的引力所彎曲,和通常的透鏡折射光相似。引力透鏡現(xiàn)象:科學(xué)家首次拍攝到罕見(jiàn)宇宙“海市蜃樓”第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

這一新的引力透鏡試驗(yàn)建立在和過(guò)去完全不同的物理論據(jù)上,所以它提供的支持暗能量存在的證明是獨(dú)立于其他證明的。

由于通過(guò)引力透鏡形成的類星體圖像通常挨得太近,這個(gè)天文小組使用了世界上最強(qiáng)大的射電天文望遠(yuǎn)鏡陣列,得到了上千個(gè)類星體的無(wú)線電照片。他們之所以選擇射電天文望遠(yuǎn)鏡,是因?yàn)樗鼈兡馨鸭?xì)節(jié)放大許多倍,比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡甚至哈勃天文望遠(yuǎn)鏡看得都清楚。第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日射電天文望遠(yuǎn)鏡哈勃天文望遠(yuǎn)鏡第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

暗能量這個(gè)說(shuō)法直到1998年才出現(xiàn)在天文學(xué)領(lǐng)域里。當(dāng)時(shí),兩組天文學(xué)家對(duì)遙遠(yuǎn)的星系中正在爆炸的星球即超新星進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)超新星比他們認(rèn)為的暗淡。這意味著它們的距離比科學(xué)家原來(lái)認(rèn)為的更遠(yuǎn)了。

造成這種情況的唯一解釋?xiě)?yīng)該是,假設(shè)宇宙的膨脹在過(guò)去的某個(gè)時(shí)間加速了。天文學(xué)家在這之前一般認(rèn)為,由于單個(gè)星系相互作用造成了引力拖拽,宇宙膨脹是逐漸減慢的。但是對(duì)這個(gè)超新星的觀察結(jié)果表明,有某種神秘的力量在對(duì)抗引力的拖拽,使星系以前所未有的加速度相互遠(yuǎn)離。第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

其實(shí),有關(guān)反引力的想法并不新鮮。早在八十多年前,愛(ài)因斯坦就已經(jīng)把五種反引力效應(yīng)以所謂的宇宙常數(shù)的名義包括在他的廣義相對(duì)論中了。當(dāng)時(shí),愛(ài)因斯坦為了不使星球由于相互間的吸引力而擠到一起,設(shè)想宇宙中應(yīng)該還存在一種排斥力,它與引力相對(duì)抗,從而使宇宙保持穩(wěn)定。他把這個(gè)排斥力稱為宇宙常數(shù)。第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

有關(guān)暗能量的探討十分玄妙。有人認(rèn)為暗能量是從宇宙真空中滲透出來(lái)的。有實(shí)驗(yàn)表明,真空似乎并不是空無(wú)一物,而是一些虛粒子在時(shí)生時(shí)滅地冒泡泡。而另一些天體物理學(xué)家則說(shuō),暗能量只不過(guò)是宇宙的基本特征,試圖解釋它,就像解釋為什么地球離太陽(yáng)的距離剛好孕育生命一樣徒勞。

科學(xué)家認(rèn)為,只有宇宙中確實(shí)存在的暗能量能解釋這一加速膨脹現(xiàn)象。正如劍橋大學(xué)著名天體物理學(xué)家安東尼·拉森比教授所指出的,NASA科學(xué)家的最新發(fā)現(xiàn)和研究將改變?nèi)祟惖挠钪嬗^,并有可能成為人類宇宙學(xué)史上最重大發(fā)現(xiàn)之一,科學(xué)家利用WMAP獲得的資料有助于建立一種更準(zhǔn)確闡明宇宙起源和演化的標(biāo)準(zhǔn)模型。第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)

核動(dòng)力火箭20世紀(jì)50年代,隨著和平利用原子能的呼聲日益高漲,原子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。法國(guó)人設(shè)計(jì)了以水為工作物質(zhì)的原子能火箭,它靠核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量將水汽化,高速噴射出的水蒸氣能使星際飛船逐漸加速?；鸺獓姵?000噸的水才能在50年內(nèi)把飛船送往最近的恒星——比鄰星(距地球4.22光年)。第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日原子能火箭第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

一般化學(xué)火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量占總質(zhì)量的6％~10％,有效載荷僅占1％;而原于能火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量占總質(zhì)量的12％~15％,但有效載荷可占總質(zhì)量的5％~8％。以氘為燃料的核聚變火箭,排氣速度可達(dá)15000千米/秒,足以在幾十年內(nèi)把宇宙飛船送到別的恒星。第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

聚變比裂變放出更大的能量。在一個(gè)核聚變推進(jìn)系統(tǒng)中理論上每千克燃料能夠產(chǎn)生100萬(wàn)億焦耳能量——比普通化學(xué)火箭的能量密度高一千萬(wàn)倍。核聚變反應(yīng)將產(chǎn)生大量高能粒子。美國(guó)“獵戶座”核動(dòng)力火箭第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

用電磁場(chǎng)約束這些粒子,使之向指定方向噴射,飛船就可以高速前進(jìn)了。為安全起見(jiàn),核飛船至少應(yīng)在近地軌道組裝。為利用月球上豐富的氦資源,月球也是理想的組裝發(fā)射地。此外也可以在拉格朗日點(diǎn)(此點(diǎn)處的物體在繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)保持與月球相對(duì)距離不變)處完成組裝,原材料從月球上用電磁推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)送。第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)

光帆

中國(guó)古代的紙鳶無(wú)法和現(xiàn)在的超音速飛機(jī)同日而語(yǔ),今人設(shè)想的噴射式推進(jìn)系統(tǒng)也不能和未來(lái)實(shí)際的星際飛船相提并論。相對(duì)于核動(dòng)力火箭來(lái)說(shuō),以下幾種進(jìn)入太空的方法更有可能在未來(lái)的星際飛行中使用。第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日古代紙鳶現(xiàn)代超音速飛機(jī)第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日15世紀(jì)地理大發(fā)現(xiàn)時(shí)期,西歐的水手們揚(yáng)帆遠(yuǎn)航,駛向傳說(shuō)中的大陸。未來(lái)的星際航行恐怕還要借助“帆”這種古老的工具,只不過(guò)驅(qū)動(dòng)“太空帆”的不是氣流而是光。早在20世紀(jì)20年代,物理學(xué)家就已證明電磁波對(duì)實(shí)物具有壓力效應(yīng)。1984年,科學(xué)家提出,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期太空飛行的最佳方法是向一個(gè)大型薄帆發(fā)射大功率激光。這種帆被稱為“光帆”。它采用圓盤(pán)狀布局,直徑達(dá)3.6千米,帆面材料為純鋁,無(wú)任何支撐結(jié)構(gòu),其最大飛行速度可達(dá)到光速的十分之一。在搭載1噸的有效載荷時(shí),飛抵半人馬座的a星僅需40年或更少的時(shí)間。以這個(gè)速度,太空船可以在兩天內(nèi)從太陽(yáng)飛到冥王星,但要是飛越另一個(gè)太陽(yáng)系并對(duì)其進(jìn)行考察,這速度顯然太低了。第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日太陽(yáng)光帆飛船“光帆”1號(hào)第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

為了進(jìn)行詳細(xì)的考察,可以采用“加速——減速“的飛行方案。這時(shí)光帆直徑取100千米,使用功率為7.2×l012瓦的激光器向它發(fā)射激光。在減速階段,將有一個(gè)類似減速傘的小型光帆被釋放出來(lái)。它把大部分激光向飛船的前進(jìn)方向反射,以達(dá)到制動(dòng)的目的。

雖然要求較高,但較其他形式的星際飛船而言,光帆是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最容易實(shí)現(xiàn)的方案。根據(jù)估算,在使用金屬鈹作為帆面材料時(shí),飛到半人馬座a星的總費(fèi)用為66.3億美元。這只相當(dāng)于阿波羅計(jì)劃投資的1/4。第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)

黑洞

黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體,就連光也不能逃脫。當(dāng)恒星的史瓦西半徑小到一定程度時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都無(wú)法逃逸了。這時(shí)恒星就變成了黑洞。說(shuō)它“黑”,是指它就像宇宙中的無(wú)底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞。然而,可以通過(guò)測(cè)量它對(duì)周圍天體的作用和影響來(lái)間接觀測(cè)或推測(cè)到它的存在。黑洞引申義為無(wú)法擺脫的境遇。2011年12月,天文學(xué)家首次觀測(cè)到黑洞“捕捉”星云的過(guò)程。第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞吞噬恒星的過(guò)程第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

與別的天體相比,黑洞十分特殊。人們無(wú)法直接觀察到它,科學(xué)家也只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來(lái)的的原因即是彎曲的時(shí)空。根據(jù)廣義相對(duì)論,時(shí)空會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候,光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短光程傳播,但相對(duì)而言它已彎曲。在經(jīng)過(guò)大密度的天體時(shí),時(shí)空會(huì)彎曲,光也就偏離了原來(lái)的方向。

第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位,所有銀河系的恒星都圍繞銀心部位可能存在的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞公轉(zhuǎn)。據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)報(bào)道,一項(xiàng)新的研究顯示,宇宙中最大質(zhì)量的黑洞開(kāi)始快速成長(zhǎng)的時(shí)期可能比科學(xué)家原先的估計(jì)更早,并且現(xiàn)在仍在加速成長(zhǎng)。第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

一個(gè)來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn),宇宙中最大質(zhì)量黑洞的首次快速成長(zhǎng)期出現(xiàn)在宇宙年齡約為12億年時(shí),而非之前認(rèn)為的20~40億年。天文學(xué)家們估計(jì)宇宙目前的年齡約為136億年。第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

根據(jù)理論預(yù)測(cè),黑洞周圍的光環(huán),由黑洞吸引和束縛的光子組成。這個(gè)光環(huán)并沒(méi)有穿透“事件穹界”,僅僅位于“事件穹界”的外圍。事件穹界,即黑洞周圍讓物質(zhì)有去無(wú)回的邊界,在邊界以外觀測(cè)不到邊界以內(nèi)的任何事件。光環(huán)的直徑可能比其圍繞的黑洞直徑大幾倍,利用未來(lái)的成像技術(shù)可能可以看到它們?，F(xiàn)在天文學(xué)家最急切希望的是,利用甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量法等手段,可直接測(cè)量黑洞的質(zhì)量。第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

黑洞并不是實(shí)實(shí)在在的星球,而是一個(gè)幾乎空空如也的天區(qū)。黑洞又是宇宙中物質(zhì)密度最高的地方,地球如果變成黑洞,只有一顆黃豆那么大。原來(lái),黑洞中的物質(zhì)不是平均分布在這個(gè)天區(qū)的,而是集中在天區(qū)的中心。這些物質(zhì)具有極強(qiáng)的引力,任何物體只能在這個(gè)中心外圍游弋。一旦不慎越過(guò)邊界,就會(huì)被強(qiáng)大的引力拽向中心,最終化為粉末,落到黑洞中心。因此,黑洞是一個(gè)名副其實(shí)的太空魔王。

黑洞內(nèi)部只有三個(gè)物理量有意義:質(zhì)量、電荷、角動(dòng)量。黑洞本身是有進(jìn)無(wú)出的,你說(shuō)的連接不同宇宙的通道那是蟲(chóng)洞。第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞拉伸,撕裂并吞噬恒星第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞噴射物不斷變亮第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞吞噬中子星第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日星系中心的超大質(zhì)量黑洞不再是“無(wú)色的”第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞炸彈構(gòu)想圖第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日星云正接近銀河中央黑洞第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)

白洞

白洞(又稱白道)是廣義相對(duì)論預(yù)言的一種與黑洞(又稱黑道)相反的特殊“假想”天體,是大引力球?qū)ΨQ天體的史瓦西解的一部分。目前,白洞僅僅是理論預(yù)言的天體,到現(xiàn)在還沒(méi)有任何證據(jù)表明白洞的存在。其性質(zhì)與黑洞完全相反。同黑洞一樣,白洞也有一個(gè)封閉的邊界。與黑洞不同的是,白洞內(nèi)部的物質(zhì)(包括輻射)可以經(jīng)過(guò)邊界發(fā)射到外面去,而邊界外的物質(zhì)卻不能落到白洞里面來(lái)。因此,白洞像一個(gè)超級(jí)噴泉,不斷向外噴射以重粒子為主要形態(tài)表現(xiàn)的物質(zhì),(能量)。白洞學(xué)說(shuō)在天文學(xué)上主要用來(lái)解釋一些高能現(xiàn)象。白洞是否存在,尚無(wú)觀測(cè)證據(jù)。第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日白洞構(gòu)想圖第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

白洞和黑洞一樣,有一個(gè)封閉的“視界”。不過(guò)和黑洞不一樣,時(shí)空曲率在這里是負(fù)無(wú)窮大,也就是說(shuō),在這里,白洞對(duì)外界的斥力達(dá)到無(wú)窮大,即使是光筆直向白洞的奇點(diǎn)沖去,它也會(huì)在白洞的視界上完全停止住,不可能進(jìn)入白洞一步。

理論上,白洞也可以根據(jù)是否旋轉(zhuǎn),是否帶有電荷而區(qū)分類型,但是理論物理學(xué)家們認(rèn)為,白洞的無(wú)窮大的斥力會(huì)迫使白洞不帶有任何電荷,因?yàn)殡姾珊苋菀拙捅悔s到了視界外。而旋轉(zhuǎn),也被認(rèn)為是不可能的。不過(guò)白洞看來(lái)只可能是一種想象中的產(chǎn)物。因?yàn)槿绻锥床晃杖魏挝矬w而僅僅是噴射物質(zhì)(能量),那么無(wú)論這個(gè)白洞的質(zhì)量有多大,它的物質(zhì)也會(huì)很快地被噴射光。第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日黑洞與白洞關(guān)系第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)上述情況,可以得出以下結(jié)論:

第一,黑洞是宇宙間吸引的一種極端現(xiàn)象和形式,它的直接結(jié)果是“大坍縮”,與之相反,白洞則是宇宙間排斥的一種極端現(xiàn)象和形式,它的直接結(jié)果是“大爆炸”或“大膨脹”。兩者缺一不可,緊密相聯(lián),相輔相成,相互轉(zhuǎn)化,對(duì)立統(tǒng)一。

第二,黑洞與白洞是通過(guò)某種“極變機(jī)制”(蟲(chóng)眼機(jī)制等)相互轉(zhuǎn)化的,由于這種相互轉(zhuǎn)化的存在,使得量子階梯中的所有物質(zhì)現(xiàn)象得以產(chǎn)生、發(fā)展和消亡。在這個(gè)過(guò)程中,既沒(méi)有一成不變的永恒事物,也沒(méi)有只出現(xiàn)一次就永遠(yuǎn)絕滅的東西。產(chǎn)生了的東西會(huì)消亡,消亡了的東西又會(huì)產(chǎn)生,如此循環(huán)不止。第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

第三,黑洞與白洞的相互轉(zhuǎn)化是宇宙演化最根本、最重要的動(dòng)力根源。它們兩者的存在和轉(zhuǎn)化,是“吸引和排斥這一個(gè)古老的兩極對(duì)立”的生動(dòng)體現(xiàn)