華楓清楚脈沖星靠消耗自轉(zhuǎn)能而彌補(bǔ)輻射出去的能量,因而自轉(zhuǎn)會(huì)逐漸放慢。
但是這種變慢非常緩慢,以致于信號(hào)周期的精確度能夠超過(guò)原子鐘。而從脈沖星的周期就可以推測(cè)出其年齡的大小,周期越短的脈沖星越年輕。脈沖星的特征除高速自轉(zhuǎn)外,還具有極強(qiáng)的磁場(chǎng),電子從磁極射出,輻射具有很強(qiáng)的方向性。
由于脈沖星的自轉(zhuǎn)軸和它的磁軸不重合,在自轉(zhuǎn)中,當(dāng)輻射向著觀測(cè)者時(shí),觀測(cè)者就接收到了脈沖。脈沖星就是快速自轉(zhuǎn)的中子星。
中子星,是超大質(zhì)量恒星爆炸形成超新星時(shí)殘留的內(nèi)核,它是密度非常高的天體,相當(dāng)于將太陽(yáng)的質(zhì)量裝入一個(gè)直徑僅有20千米的球體內(nèi)。
中子星能夠每秒旋轉(zhuǎn)數(shù)百次,由于超強(qiáng)的引力作用和旋轉(zhuǎn)速度,中子星可在時(shí)空中形成較大的“漣漪”,但如果其表面包含隆起或其他瑕疵,時(shí)空中出現(xiàn)的“漣漪”將出現(xiàn)不均勻性。中子星的表面被認(rèn)為是由富含中子微粒的結(jié)晶層,是一種固體堅(jiān)硬的外層。中子星表面的原子排列地比鋼鐵更加緊密,其強(qiáng)度是鋼鐵斷點(diǎn)的100億倍。
堅(jiān)硬的表面意味著中子星能夠支撐大量的表面隆起地形——“山脈”,可能在中子星表面能夠支撐一些10厘米高的地形隆起,延伸至幾公里之外。研究認(rèn)為黃金和其他重金屬元素可能來(lái)自于中子星碰撞的大爆炸。
夸克星,是一種假設(shè)的星體。恒星爆發(fā)之后會(huì)留下遺骸,一顆中子星或者一個(gè)黑洞。但如果這個(gè)遺骸比上質(zhì)量太小無(wú)法成為黑洞,比下質(zhì)量太大無(wú)法形成中子星,則形成夸克星。雖然還沒(méi)有被觀測(cè)到,但天文學(xué)家們相信它們應(yīng)該是存在的。夸克星其實(shí)是由奇異夸克物質(zhì)所組成的,所以它們還被稱(chēng)為奇異星。
黑洞,一種特別致密的暗天體。大質(zhì)量恒星在其演化末期發(fā)生塌縮,其物質(zhì)特別致密,它有一個(gè)稱(chēng)為“視界”的封閉邊界,黑洞中隱匿著巨大的引力場(chǎng),因引力場(chǎng)特別強(qiáng)以至于包括光子(即組成光的微粒,速度c=3*10^8m/s)在內(nèi)的任何物質(zhì)只能進(jìn)去而無(wú)法逃脫。
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類(lèi)似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星球。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。
黑洞的最特別之處在于它的“隱身術(shù)”,原因是彎曲的空間。光是沿直線(xiàn)傳播的。根據(jù)廣義相對(duì)論,空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。形象地理解,好像光本來(lái)是要走直線(xiàn)的,只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上,由于引力場(chǎng)作用很小,這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周?chē)臻g的這種變形非常大。這樣,即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光,雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失,可另一部分光線(xiàn)會(huì)通過(guò)彎曲的空間中繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。
所以,我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一樣,這就是黑洞的隱身術(shù)。黑洞會(huì)發(fā)出耀眼的光芒,體積會(huì)縮小,甚至?xí)ā.?dāng)英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此預(yù)言時(shí),整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。他發(fā)現(xiàn)黑洞周?chē)囊?chǎng)釋放出能量,同時(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量。
如果在黑洞附近創(chuàng)生一對(duì)正負(fù)粒子,其中一個(gè)粒子被吸入黑洞,那么創(chuàng)生的反粒子會(huì)被吸入黑洞,而正粒子會(huì)逃逸,由于能量不能憑空創(chuàng)生,我們?cè)O(shè)反粒子攜帶負(fù)能量,一個(gè)反粒子被吸入黑洞可視為一個(gè)正粒子攜帶正能量從黑洞逃逸。而愛(ài)因斯坦的公式e=mc^2表明,能量的損失會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失。
當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來(lái)越小時(shí),它的溫度會(huì)越來(lái)越高。這樣,當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí),它的溫度和發(fā)射率增加,因而它的質(zhì)量損失得更快。因此霍金預(yù)測(cè)黑洞以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。
1917年,a.阿爾伯特·愛(ài)因斯坦運(yùn)用廣義相對(duì)論建立了一個(gè)“靜態(tài)、無(wú)限、無(wú)界”的宇宙模型,奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。
1922年,g.d.弗里德曼發(fā)現(xiàn),根據(jù)愛(ài)因斯坦的場(chǎng)方程,宇宙也可以是膨脹的和振蕩的。
1927年,g.勒梅特提出了真正意義的膨脹宇宙模型。1929年,哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這一發(fā)現(xiàn)是對(duì)膨脹宇宙模型的有力支持。
20世紀(jì)中葉,g.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型。1965年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了伽莫夫等人的預(yù)言。大爆炸宇宙模型成為標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型。
1980年,美國(guó)的阿蘭·古斯在熱大爆炸宇宙模型的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步提出了大爆炸前期暴漲宇宙模型,隨后由安德烈·林德進(jìn)行了修訂。
該模型包括一個(gè)短暫的(指數(shù)的)快速膨脹,這個(gè)過(guò)程抹平時(shí)空而使宇宙平坦,解決了視界問(wèn)題。他提出:在宇宙誕生最初的時(shí)刻,時(shí)空發(fā)生過(guò)一次急速膨脹的過(guò)程,宇宙大爆炸之后的一瞬間,時(shí)空在不到10-34秒的時(shí)間里迅速膨脹了10^78倍。
歷史中的電腦演化模型:
2014年5月,科學(xué)家制作出最為成功的宇宙演化的電腦模型,模擬宇宙以暗物質(zhì)為起點(diǎn)誕生并演化的過(guò)程。
本次建立的電腦模型和真實(shí)的宇宙驚人得相似。這個(gè)電腦模型可用于測(cè)試有關(guān)宇宙構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)原理的理論。有關(guān)科研成果已經(jīng)在《自然》雜志上發(fā)表。
電腦模型最初展示了虛空狀態(tài)下分散在各處神秘的“暗物質(zhì)”。幾百萬(wàn)年過(guò)去了,暗物質(zhì)集中起來(lái),為早期星系的產(chǎn)生埋下種子。反暗物質(zhì)隨之出現(xiàn),才有了將來(lái)的星球和生命。黑洞也在模型中占有一席之地。它們吸入并吐出物質(zhì),產(chǎn)生一系列爆炸,影響星球的形成。
研究人員馬克·福格爾斯貝格爾表示,模型印證了暗物質(zhì)等諸多宇宙學(xué)理論。他說(shuō):“在模擬中,很多星系都和現(xiàn)實(shí)宇宙中的星系非常相似。這意味著我們對(duì)宇宙基本運(yùn)轉(zhuǎn)原理的認(rèn)知是正確的、完整的。如果你不把暗物質(zhì)算進(jìn)去,它看著都不怎么像真正的宇宙。”
現(xiàn)代宇宙學(xué)的先驅(qū)是霍金。霍金:“宇宙創(chuàng)造過(guò)程中,“上帝”沒(méi)有位置。沒(méi)有必要借助“上帝”來(lái)為宇宙按下啟動(dòng)鍵。”
霍金推崇利用數(shù)學(xué)和物理手段尋找一個(gè)大一統(tǒng)理論,并且證明“宇宙不是偶然誕生的,不需要上帝”,“宇宙的數(shù)學(xué)模型是有限無(wú)界”。
霍金在演講中說(shuō)道:
“然而,人們?cè)谶^(guò)去幾年發(fā)現(xiàn),科學(xué)定律甚至在宇宙的開(kāi)端也是成立的。在那種情形下,宇宙可以是自足的,并由科學(xué)定律所完全確定。哈特爾和我所做的設(shè)想可以被重新表達(dá)成:宇宙的邊界條件是它沒(méi)有邊界。”
宇宙的創(chuàng)生:
爆炸之初,物質(zhì)只能以中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等基本粒子形態(tài)存在。宇宙爆炸之后的不斷膨脹,導(dǎo)致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻,逐步形成原子、原子核、分子,并復(fù)合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云,星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系,最終形成我們?nèi)缃袼吹降挠钪妗?br />
暴漲模型允許宇宙的物質(zhì)和能量從無(wú)中產(chǎn)生。大統(tǒng)一理論認(rèn)為,重子數(shù)允許不守恒,而宇宙中的引力能可粗略地說(shuō)是負(fù)的,并精確地抵消非引力能,總能量為零,因此宇宙從無(wú)中演化是可能的。
“無(wú)”并非是絕對(duì)的虛無(wú),真空能恰恰是一種特殊的物質(zhì)和能量形式。如果進(jìn)一步說(shuō)真空能起源于“無(wú)”,那么這個(gè)“無(wú)”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式。從現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)看,真空也可視為物質(zhì)。
宇宙不論多么巨大,作為一個(gè)有限的物質(zhì)體系,也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史。暴漲模型認(rèn)為宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的,把“無(wú)”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式,在認(rèn)識(shí)論和方*上有一定意義。
現(xiàn)代宇宙學(xué)不是晦澀無(wú)用的哲學(xué)思辯,而是建立在天文觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型、物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代科學(xué),完全有能力認(rèn)知宇宙的奧秘。天文學(xué)家們指出,大爆炸必然會(huì)發(fā)生,原因是“虛空”本質(zhì)上是不穩(wěn)定的,可以從量子力學(xué)和廣義相對(duì)論中推導(dǎo)出來(lái)。在量子力學(xué)的尺度,空間將不穩(wěn)定,不再顯示平滑和連續(xù),空間和時(shí)間失去穩(wěn)定性,混雜形成時(shí)空的泡沫,微小的時(shí)空泡可以自發(fā)形成。量子化的時(shí)空產(chǎn)生漲落,宇宙產(chǎn)生于“虛空”。
對(duì)于這些理論上的東西,華楓心里自有自己的理解,眼下他要考慮的不是這么宏觀的東西,而是迫在眉睫的“末日浩劫”。
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