人类神秘现象

书山居士

前言


爱因斯坦曾说:“我们所经历的最美妙的事情就是神秘。它是人的主要情感,是真正的艺术和科学的起源。因为如果不再感到奇怪,不再表示惊讶,那就和死了一样,和一只掐灭的蜡烛没有什么不同在漫长的探索外在世界与自身、创造文明社会的历史进程中,人类发现了各种各样匪夷所的神秘现象:为什么黑洞能吞噬靠近它的任何物质,即使光也无法逃逸?为什么火星上只有河床而无流水?诡异的百慕大三角为何会成为无数飞机与船只的梦魇?轰动一时的尼斯湖水怪到底是人为的闹剧还是真有其物?充满神秘力量的金字塔,其中的超自然现象究竟作何解释?




为什么有的人去世千年以后,其肉身仍完好如初这些令人困惑不解的神秘现象广泛而真实地存在着,有些是人类当前的认知能力和科技水平所不能完全解释的,有些是其真实面目被历史尘封,还有些则是由于当局者的刻意隐瞒和篡改。它们所散发出来的神秘魅力,像磁石一般吸引着人们好奇的目光,并激起人们探求真相的强烈兴趣。在对这些现象破译和解析的过程中,人们不但能够获得知识上的收益,还能得到愉快的精神体验

书山居士

鉴于此,我们组织编写了这本《人类神秘现象》。本书以知识性和趣味性为出发点,精选了各领域中最有研究价值、最具探索意义和最为人们所关注的近300个神秘现象,分为星外传奇、地球揭秘、奇堿之谜、失落的文明、生命探奇、人体之谜、宗教探秘、动植物探奇、建筑奇迹、文化迷踪10个部分,内容涉及天文、地理、自然、科技、历史、文化、宗教等诸多方面,可谓包罗万象。



对于每个神秘现象,编者并未以一家之言取信于读者,而是在参考了大文献资料、考古发现的基础上,结合最新的研究成果,客观地将多种经过专家学者分析论证的观点一并提出,展示给读者,或引经据典,或独辟蹊径,或提供佐证,或点明主题,帮助读者客观、科学地分析其成因及特点,使读者既多了一个与专家学者面对面交流的机会,又多了条了解真相的途径,从而见微知著、去伪存真,努力揭示出现象背后的真相。写作风格上,本书力求通俗易懂、精准生动,将大量未知的现象用深入浅出的语言完整表述出来,可读性强符合不同层次读者的阅读需求



同时,编者精心挑选了300余幅精美图片,包括实物图片、自然风光、建筑景观、出士文物、摄影照片等,与文字相辅相成、相得益彰,生动地展示各种神秘现象,使读者犹如身临其境,获得一种更直观、更具震撼力的视觉冲击。流畅的叙述语言、逻辑严谨的分析理念、图文并茂的编排形式、新颖独到的版式设计等多种要素的有机结合,引领读者进入精彩玄妙、匪夷所思的神秘世界,使读者在轻松获取知识、提升科学和文化素养的同时,得到更广阔的审美感受和愉快体验

书山居士

宇宙的诞生


21世纪到了,世纪更替,千年狂欢,但人们并没有忘记那些长期困扰人类的疑问。人们渴望通过找寻这些问题的答案,并以此来更多地了解大自然。
宇宙是永恒不变的吗?宇宙有多大?宇宙是什么时候诞生的?宇宙中的物质是怎么来的?
关于宇宙的疑问太多了,人们从远古时代就提出了许多诸如此类的问题。



当人类第一次仰望苍穹,看到了广阔无垠的天空和闪闪发光的星星,不禁想知道这一切究竟是怎样产生的
各个民族、各个时代都有种种关于宇宙形成的传说。不过那都是建立在想象和幻想基础的优美的神话故事。在今天,科学技术的日益发展,使人类有了强大的认识自然的工具,但关于宇宙的成因却一直没有定论,都还处在假说阶段。人们总结了一下,大致有以下几种假说：



第一种假说是“宇宙永恒论。这种假说认为,宇宙并不是动荡不定的,宇宙中的星体、星体的数目和分布以及它们的空间运动从开天辟地时开始,就一直处于一种稳定状态,宇宙是永持这种假说的天文学者把宇宙中的物质分成了恒星、小行星、陨石、宇宙尘埃、星云、射电源、脉冲星、类星体、星际介质等几大类,认为在大尺度范围内,这些物质处于一种力和物质的平衡状态。也就是说,一些星体在某处消逝了,另一些新的星体一定会在另一处产生。宇宙在整体范围内是稳定的,即使发生了变化,也只是局部的变化。

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第二种假说是“宇宙分层论。这一观点认为宇宙的结构是分层次的,恒星是一个层次,恒星集合组成星系是一个层次,若千个星系结合在一起组成的星系团是一个层次,一些星系团再组成超星系,成为一个更高的层次。
第三种假说就是到目前为止许多科学家都比较赞同的“宇宙大爆炸理论。这一观点是由美国著名天体物理学家加莫夫和弗里德曼提出来的。他们认为,大约在200亿年以前,我们今天所看到的天体物质都集中在一起,构成一个密度极大、温度高达100亿摄氏度的原始火球。
这个时期的天空中,到处充满了辐射,恒星和星系并不存在。后来因为某种未知的原因这个原始火球发生了大爆炸,组成火球的物质被喷发到四面八方,并逐渐冷却下来,密度也开是增加。

爆炸发生2秒钟之后,质子和中子在100亿摄氏度的高温下产生了,随后的11分钟之内,自由中子衰变,进而形成了重元素的原子核。大约1万年以后,氢原子和氦原子产生。在这1万年的时间里,散落在空间中的物质开始在局部联合,这些物质凝聚成了星云、星系的恒星。大部分气体在星云的发展中变成了星体,因受星体引力的作用,其中一部分物质变成了星际介质。

此后,科学家建造了太空望远镜,并以“哈勃ˆ命名,希望能够借它来确定哈勃常数。哈勃常数是以“哈勃¨命名的宇宙膨胀率,多年以来成为宇宙中最为重要的数字。哈勃常数的物理意义就是星体互相抛离的速度和距离之比。常数数值越大,表示宇宙扩张到今天的大小所需的时司就越短,宇宙就越年轻。哈勃常数与宇宙现在的年龄有关,涉及宇宙的过去,还将决定宇宙的未来。

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宇宙有一个开始,是否一定会有一个结束?宇宙产生于“无”,是否最后的归宿也是“无呢？

从一开始,人们就围绕哈勃常数展开了激烈的争论。按照哈勃本人测得的数值可以推算出,宇宙的年龄约为20亿岁,但是地球就有40亿岁,这显然是不可能的。很显然,宇宙应该比在它其中的星球诞生得更早。科学家们自20世纪70年代开始,不断地采用各种手段测算哈勃常数,并得出了不同的结果。但是人们从这些数值出发,推算出的宇宙年龄却是大相径庭的。


科学家们一方面围绕着哈勃常数展开喋喋不休的争论,而另一方面,科学家们对某些星体年龄的测定却更为准确。现阶段,天文学家们已经测知,银河系中一些最古老的星系的年龄约为160亿岁。如果是这样的话,大爆炸只能在160亿年以前发生,而根据科学家们最近用哈勃望镜得到的一些观测结果分析,宇宙的年龄约为120亿岁。这个结论证明,宇宙确实比存在于它其中的古老星系更年轻。

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如果测算结果是正确的,那么只能说明原先的假设出现了错误,宇宙可能不是从爆炸中诞生的宇宙的年纪这么“小,再度让自己的身世在人们眼中变得神秘起来。

1999年9月,印度著名天文学家纳尔利卡尔等人对大爆炸理论发起挑战,并提出了一种新的宇宙起源理论。他们把自己的研究成果命名为“亚稳状态宇宙论”,这是纳尔利卡尔和另外3名科学家共同提出的新概念中最重要的观点。


他们认为,宇宙不是由一次大爆炸形成的,而是由若千次小规模爆炸共同形成的。这种新理论认为,宇宙在最初的时候是—个巨大的能量库,被称为“创物场¨,而大爆炸理论所描述的是没有时间和空间的起点。


在这个能量场中,接二连三的爆炸逐渐形成了宇宙的雏形。此后小规模的爆炸还在不断地发生,导致局部空间的膨胀。局部膨胀时快时馒,综合在一起便形成了整个宇宙范围的膨胀。


以前,人们认为宇宙在时间上是无始无终的,在空间上是无穷无尽的,是无限的。但是在观测中人们发现,宇宙一直在膨胀,只不过是速度慢了下来观,这一观点几乎将宇宙无限的旧观念完全代替了。宇宙学家根据观测,推算宇宙在超空期中的一个小点上爆炸,先膨胀再收缩,到最后死亡消散,大约要经过800亿乙年。现在大约只过了160亿年,宇宙间的一切在以后的600亿年中将逐渐向中心当时空都到了尽头,宇宙也就不复存在了。就像超巨星在热核燃烧净浄尽,引力崩溃,所有物质瞬间冋中心收缩,形成我们至今仍不可见的黑洞一样,成为存在而不可见的超物质,这也许就是宇宙死亡的模型。

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中国古代有盘古开天的神话故事,古代西方国家有上帝创造世界的传说,这些都是人们关于宇宙诞生的想象。在科学界,科学家们把观测所及的宇宙称为我们的宇宙。科学家们通过观测发现了一个惊人的情况:我们的宇宙正在不断地膨胀。
美国天文学家斯莱弗早在1912~1917年期间用口径60重米的望远镜在洛韦尔天文台观测天体时,出乎意料地发现,除了仙女座大星云和另一个星系正奔向我们之外,在他研究的15个星系中有13个星系都在离开我们,因为这13个星系的光谱中都发现了红移。这些星系退行的速度平均每秒达600多千米。

哈勃在几年后用2.5米口径的望远镜观测天体,证明了许多星云属于银河系以外的天体系统。在这之后,哈勃在1929年又发现了“哈勃定律”,这一定律的提出震惊了世界,并迅速为世人所熟知。

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作为验证宇宙膨胀工作的开始阶段,“哈勃定律所涉及的星系的数目、视向速度和距离都很有限,还必须做更多的观测工作来进一步核实“哈勃定律。哈勃与他的同事哈马逊密切作,开始了研究观测工作。哈勃和哈马逊于1931年联名发表了一篇文章,这篇文章扩充了观测资料,并进一步肯定了哈勃定律


对于“哈勃定律¨的含义以及星系都在退行的问题,人们一直都迷惑不解。星系愈远退行速度愈快这一奇怪现象也让科学家们难以理解。宇宙学家们回顾了历史,并对自爱因斯坦相对论问世以来的这段时期进行了认真分析,终于找到了问题的答案人们注意到,荷兰天文学家德西特早在1917年就证明了一项由爱因斯坦在1915年发表的广义相对论得出的推论,即宇宙的某种基本结构可能正在膨胀,其膨胀速率恒定。


在弗里德曼宇宙模型的基础上,比利时天体物理学家勒梅特对哈勃观测到的河外星系红移做了解释,认为红移是宇宙爆炸的结果,因而得出了宇宙膨胀的结论。勒梅特对宇宙膨胀进行了详细的研究,认为膨胀总是从一个特殊的端点开始的。于是,他进一步提出宇宙起源的设想,认为宇宙起源于一个原初原子。后来人们常常称其为宇宙蛋。由于这个宇宙蛋很不稳定,结果在一场大爆炸中,宇宙蛋碎裂成无数碎片,逐渐演变成为千千万万个星系;最初这场宇宙大爆炸在100多亿年后,就留下了现在的星系退行现象

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那时,勒梅特的这种宇宙膨胀理论还没有经观测证实,科学家们都非常吃惊和怀疑,并对他的理论不屑一顾。后来,英国著名的天文学家爱丁顿提请科学家们注意勒梅特的宇宙膨胀理论,并为此专门写了一篇文章。直到这时,人们才开始关注勒梅特的理论。

1930年,根据勒梅特的宇宙蛋理论,爰丁顿开始对河外星系普遍退行进行解释。他认为星系的退行是由于宇宙的膨胀效应,而“哈勃定律¨的发现恰好揭示了宇宙正在膨胀,为人们理解宇宙膨胀效应提供了理论基础宇宙膨胀现象的发现可以帮助我们弄清许多问题,比如夜晚天空为什么是黑的。

我们的宇宙和它所具有的恒星星系等都是有限的,由于这些有限的天体距离地球十分遥远,它们发出的光线十分微弱,所以夜晚的天空是黑的。简单地说,夜黑是宇宙膨胀造成的结果。

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古至今,人们每天都能看见太阳东升西落,好像太阳在围绕地球运转,这自然会让人们产生地球位于宇宙中心的想法。后来,这种观点被日心说推翻,它认为太阳才是宇宙的中心。那么,宇宙的中心到底是什么?地球、太阳、银河系还是河外星系,更或者宇宙根本就没有中心?其实很久以前就有人思考过这个问题,人们通过大量的观测工作记录了许多测量数据,并根据这些数据形成了一些观点和看法,但到目前为止还未形成一个系统的具有说服力的学说。


早在公元90~168年,古希腊学者托勒密就建立起了世界上第一个完整的地心宇宙体系。在总结前人的观点和测量数据的基础上,特别是针对那时关于行星的观测结果,提出地球处在宇宙的中心静止不动这一说法。恒星均位于被称作“恒星天“的固体球壳上,其他的天体如太阳、月亮、五大行星等都沿各自的轨道绕行在地球周围,每颗行星都在一个小圆轨道上做匀速转动,人们将这些小圆轨道称为本轮。“本轮的中心又在一个被称为均轮的大圆轨道上围地球匀速转动。这样,在以地球为中心的轨道上,“恒星天和太阳、月亮、五大行星等各自做匀速运动。

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就当时的科学状况而言,托勒密的地心说中许多内容是比较科学的。例如,托勒密在研究天体运动时,建立了新的几何学模型和坐标参考系。另外,他把恒星固定在被他称为“恒星天的固体球壳上,俗称水晶球”,至今人们还将这种假想的“天球ˉ概念保留在天文观测上。


但是,托勒密的理论是错误的中世纪期间,欧洲教会就是利用这个错误来维持统治的,使西方认为地球是宇宙中心的错误历史延续了1400多年。在这段时期,教会总是宣传上帝居住的极乐天堂是最高天堂,“上帝选定的宇宙中心是地球”。教会把地心宇宙观奉为神圣不可侵犯的真理但是,教会的统治并不能阻止人们探寻真理的脚步。


从14世纪中期开始,随着人类不断扩大生产活动、发展经济,社会需求提高了,一种新的文化潮流在欧洲兴起。15世纪,航海事业的发展促进了天文学的进步,为了正确导航,天文学家需要精确地观测和预报天体的位置。这时人们发现,采用托勒密理论计算出来的行星位置与实际偏差很大,因此他的理论显得非常不实用。


即使是这样,仍有一些人坚决地维护地心说理论,他们采取在“本轮上再加“本轮的方法来处理出现的偏差,若计算出来的行星位置仍与实际位置存在偏差,就再加上一个“本轮”,以此类推进行下去,直到不再有偏差存在为止。有时几颗行星的“本轮数多达八十几个,而且某颗行星究竟应该被加上多少个本轮才合理,谁也无法确认。天文学由此陷入了尴尬的局面

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1543年,波兰天文学家哥白尼在《天体运行论》一书中向传统的地心说提出了挑战,认为地球是一颗不断转动的普通行星,太阳才是宇宙的中心,其他的天体都围绕太阳运转。那么哥白尼是一个什么样的人,他的宇宙观又是如何形成的呢?


伟大的哥白尼于1473年2月19日诞生在波兰西部维斯杜拉河畔的托伦城。21岁时,哥白尼求学于文艺复兴的中心意大利。在意大利生活的10年当中,哥白尼深受当时文艺复兴思想地影响,例如他曾拜访过达·芬这位文艺复兴的代表人物。年长他20岁的画家兼科学家十分蔑视宗教神学,认为教会利用天堂来做**,而天堂全是虚构出来的。


达芬奇企图恢复一些古典哲学家的天文学说,主张宇宙的中心不是地球。和达芬奇一样,意大利天文和数学家诺瓦拉也反对地心说,哥白尼经常
和他在一起观测天象,探讨怎样改进地心说。当时,哥伦布发现新大陆的消息也将哥白尼创立新的天文学说的热情和勇气激发出来了。哥白尼仔细阅读了各种古罗马和古希腊的哲学著作后,初步提出了地动的思想。


今天看来十分古老的科学见解在当时却显得很新鲜回到波兰后,哥白尼将全部的精力投入到天文学研究工作上。经过数十年的辛勤工作,他终于创立了新的宇宙结构理论。哥白尼认为,巨大的天球并没有动,人们看到的天球的运动只是一种表面现象。只是因为地球在自转,所以人们产生了错觉,认为天球在动。他大胆指出地球不是宇宙的中心,地球只是绕着太阳在转,太阳才是宇宙的真正中心。

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随着科学技术的发展,有人又提出一种新的观点,认为太阳仅是太阳系的中心,银河系也有中心,它周围所有的恒星也都绕着银河系的中心旋转,但是宇宙是没有中心的,即不存在个中心,让所有的星系围着它转。这种观点可用宇宙不断膨胀的理论加以解释。因为在三维空间内,宇宙的膨胀一般不发生,只有在四维空间内宇宙才有可能膨胀。四维空间不仅包括普通三维空间的长度、宽度和高度,还包括时间。尽管描述四维空间的膨胀困难重重,但也许我们可以通过气球的膨胀来解释它。


假设宇宙是一个不断膨胀的气球,而星系遍布在气球表面的各个点上,我们人类就住在某点上。此外,还需要假设星系只能沿着表面移动而不能进入气球内部,或向外运动而不会离开气球的表面,在某种意义上我们被描述为一个存在于二维空间的人。假如宇宙不断膨胀,即气球的表面不断地变大,那么,表面上的每个点的距离就会越来越大。


其中,若以某个人所在的某一点为定点,这个人将会看到其他所有的点都在后退,而且距离他越远的点,其退行速度越快现在,倘若我们要寻找气球表面上的点的退行起点,那么,我们就会发现它其实已经不在气球表面上的二维空间内了。由于气球的膨胀实际上是在三维空间内从内部的中心开始的,而我们所处的位置在二维空间上,所以我们无法将三维空间内的事物探测清楚。

同样的道理,三维空间内部不是宇宙膨胀的起点,而我们却只能在宇宙的三维空间内运动。在过去的某个时间,即宇宙开始膨胀的时候,或许是亿万年以前,虽然我们可以看到以从中获得有关的信息,而回到那个时候却是不可能的。所以说,宇宙没有中心。但这种观点同样无法解释所有的现象,宇宙到底有没有中心仍有待证明。

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为了研究太空中看不见的光线,美国宇航局研制**了高能的天文观察系统。在其发回的射线宇宙照片中,天文学家发现了惊人的一幕:那些人们认为已经湮灭了的星体,依然能放射出比太阳这样的恒星体更为强烈的宇宙射线。这证明了长久以来人们的一个大胆设想:宇宙中确实存在着看不见的“黑洞。

什么是黑洞呢?要解释这个问题,我们要先从万有引力谈起

牛顿的万有引力定律认为,地球和宇宙间的一切天体,都具有强大的相互吸引力,它们能牢牢地吸引住附近的一切物体。比如地球的引力吸引着地表的物质使之不能随意地飞离地球人们想要把人造卫星送上围绕地球运行的轨道,至少要使**的火箭有每秒钟79千米的速度如若不然,因为地球的引力,人造卫星就会被拉回地面,我们称这个速度为第一宇宙速度;如果我们要把一只飞船送到火星上去,也就是说要让飞船摆脱地球引力的控制,那么**的火箭就要把速度提到每秒112千米,这个速度叫作第二宇宙速度,又被称为天体的表面脱离速度不同天体的表面脱离速度也不同,这与质量关系密切。比如说,月球的质量比地球小,表面脱离速度就比地球的表面脱离速度小很多;而太阳的质量比地球大许多倍,表面脱离速度就会相应大许多。

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那么,人们不禁又要问:有没有可能在宇宙中有这样一些天体,它们的表面脱离速度能超过每秒30万千米,比光速还要大?它自己的引力如此之大,以至于连它所**的光都跑不出798年,法国天文学家拉普拉斯从牛顿力学出发,预言了宇宙中可能存在引力如此之大的大天体。

他认为宇宙中最明亮的天体,很可能我们根本就看不到它。他大胆地假设说,如果有个天体的密度或质量很大,达到了一个限度,这时它很可能是不可见的。因为光速也低于它的表面脱离速度,也就是说,光无法离开它而最终到达我们这里。他的预测其实就是一种早期的黑洞理论。

近代以来,爱因斯坦发表了广义相对论,越来越多的自然科学家从牛顿力学和广义相对论出发,得出了类似结论,纷纷预言黑洞的存在。依据牛顿的万有引力理论,科学家得出,一个球形的天体,一旦它的质量超过太阳质量的2倍,就可能引发“引力崩渍”。也就是说,它可能向自己的中心引力坍缩,成为一个体积无限小、质量无限大的质点。依据爰因斯坦的广义相对论,德国科学家史瓦西计算出了一个可能具备无穷大引力的天体半径。他进一步阐述说,个天体一旦半径达到了这个大小,就很可能有无限大的引力,任何物质都不能从它那儿逃脱出来,只能被它吸引进去。即便光线速度极快,也“难逃噩运"。这个有能力把一切吸引住的地方,人们无法看到它,因而称之为黑洞。

当今科学家们更加确切地定义了黑洞,他们认为黑洞是广义相对论能够预言的一种特殊天体。这种天体具有一个封闭的边界称为“视界,这是它最基本的特征。视界的封闭也是相对而言的,外界的物质和辐射可以进入视界,而视界内的一切都无法逃逸到外面去。更简单地说黑洞不向外界**和反射任何光线,人们根本没办法看到它,这就是黑洞之所以“黑的原因同时任何东西一旦进入其中,就再也出不来了。黑洞似乎永远都处于饥饿的状态,是个填不饱的“无底洞”,有人形象地把它叫作“星坟“。

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人们已不再置疑是否有黑洞,科学家一直在寻找能说明黑洞存在的证据。黑洞本身是不能被直接观测到的,但它有相当大的引力场,这就会影响附近天体的运动。于是人们找到了间接观测黑洞的方法,那就是由附近天体的运动来推测黑洞的存在。如果有物质落向黑洞,当它接近但还没有到达视界时,就会围绕着黑洞外围做高速旋转,运动轨迹呈盘状或喇叭状,而且这些物质在高速旋转时会因摩擦而产生高温,同时释放出强大的高能ⅹ射线。人们用仪器是可以探测到X射线的,所以这类高能辐射也成为科学家们寻找黑洞的重要线索。

根据这一点,天文学家开始在浩瀚的宇宙中细细搜寻。终于,人们发现在天鵝座附近有奇特的强ⅹ射线源,这就是著名的“天鹅X-1射线源”,有一颗比太阳大20倍的亮星和它相互围绕着旋转。天文学家们估计,这个x射电源便是一个黑洞,而且这个黑洞大概拥有8倍太阳的质量。人们还估计,在一个名叫M8的椭圆星系的核心,存在着一个质量巨大的黑洞,而它甚至有90亿倍太阳的质量从这些结果出发,科学家们大胆地做了更深一步的设想。

他们认为,在整个宇宙中,普遍存在着黑洞,而且组成宇宙的主要天体很有可能就是黑洞。他们还进一步预言,在银河系中很可能也存在着一个质量相当于500万个太阳质量的巨大黑洞。正是由于它巨大的引力才将成千上万颗恒星吸引住,这些恒星和气体的运行速度极快,而且都围绕着银河系中心旋转,成为一个十分巨大的集合体,银河系由此而成。

那么,是什么原因导致宇宙中黑洞的形成呢?有人认为,恒星到了晚年,耗尽全部的核燃由于自身引力会发生坍缩。如果坍缩物质的质量比太阳质星大3倍,那么最终的坍缩产物就是黑洞。此类黑洞的质量一般不会很大,不超过太阳质量的50倍。另外还有人认为,由于在星系或球状星团的中心部分密集分布了很多恒星,以致于星与星之间极易发生大规模的碰撞导致超大质量天体的坍缩,质量超过太阳1亿倍的黑洞就这样形成了。

还有一种说法认为,也许是在宇宙大爆炸时,产生了极为强大的力量,一些物质被如此强的力量挤压得非常紧密,于是产生了“原生黑洞旦证实了黑洞的普遍存在,宇宙的神秘甚至超乎我们的想象。我们知道宇宙仍处于不断的扩张中,这是宇宙大爆炸的结果,爆炸中心的宇宙核仍是一切物质的来源。宇宙是否会在宇宙核的物质变得很稀薄时停止扩张?是否会因为各天体的自身引力而导致收缩?相对论的回答是肯定的,黑洞的存在部分地证实了相对论的判断也许宇宙不会消失在一个黑洞中,却很可能会消失在几百万个黑洞中。因此,彻底地揭开黑洞之谜,还关系着人类对于宇宙归宿的追问。

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在科学技术不发达的古代,人们都亳无例外地把人类居住的地球看成是宇宙的中心,这就是有名的地心说。直到16世纪,哥白尼才提出了“日心说向“地心说挑战。经过长时间艰苦的努力,哥白尼的“日心说逐渐占了上风,取得了这场争论的胜利。“日心说的主要贡献是把地球降为一颗普通行星,而把太阳作为宇宙中心天体。到18世纪,赫歇耳又进一步指出,太阳是银河系中心。

到20世纪,卡普利批驳了太阳是银河系的中心的说法,他把太阳流放到银河系的悬臂上,认为太阳离银河系中心有几万光年之遥当太阳“离开银心之后,谁坐镇银河系的中心就成了天文学家特别关注的大问题。因为银心距离人类并不算太遥远,理应把它的“主人搞清楚。但是,由于银心处充满了尘埃,要想透过这层厚厚的面纱,看清银河系中心的真相,实在不容易随着科学技术的进步,观测银河系的手段也在不断改进,人们对银心的了解也在不断增加。这种方法主要是接收尘埃无法遮挡的红外线和射电源,然后再对之进行分析研究。就像医生测人体心电图一样,天文学家们从红外线和射电波送来的大量有用信息来观测银河系的内部。

最先接收到银心射电波的科学家是美国贝尔实验室的工程师詹斯基。由于银心核球的红外线和射电波信号很强,詹斯基认为,它似乎不是一个简单的恒星密集核心,而很可能是质量极大的矮星群。191年,英囯天文学家提出了这样的假设:核球中心部有一个大质量的致密核或许还是一个黑洞,其质量约为太阳质量的100万倍。这种假设有一个前提,那就是如果核球中心真有一个黑洞,那么银心应有一个强大的射电源。于是,天文学家们开始了对银心射电源的探测。

20世纪80年代,美国天文学家探测到以每秒200千米的速度围绕银心运动的气体流这种气体流离中心越远速度越幔,他们估计这是银心黑洞射电源的影响造成的。另一些美囯天文学家也宣布探测到银心的射电源,这说明银心可能是一个黑洞。但这种说法遭到了苏联天文学家的质疑,他们认为证明银心是黑洞的证据不足,并提出了另外一种假设:银心可能是恒星的诞生地,因为其中心有大量的分子云,总质量为太阳质量的10万倍,温度为200K~300K。由于天文学家对于银心是否为黑洞的问题争论不休。

为了解决这个问题,美国天文学家海尔斯提出了一个假设,即一对质量与太阳相当的双星从黑洞旁掠过时,其中一颗被黑洞吸进后,另一颗则以极高速度被抛射出去。这个假设得到了天文学家们的认同。但经过计算,根据掠过黑洞表面的距离,这样的机会并不大。海尔斯的判据虽不能最终解决问题,但不失为—条探测的路子。然而,要最终搞清楚银心的构成,仍有许多工作要做。

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从中学时代我们就知道,世界是由物质组成的。但是,如今科学家提出了“反物质的概念,对传统观点提出了挑战。那么,反物质是什么?宇宙中是否真存在反物质呢?

反物质和物质是相对立的。它们是两个不同的概念。众所周知,物质构成了世界,而原子构成了物质,原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成,带负电荷的电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷,电子与质子所携带的电量相等,但一正一负。质子的质量是电子质量的1840倍,它们在质量上形成了强烈的不对称性。这引起了科学家的关注。因此,有一些科学家在20世纪初就认为二者相差十分悬殊,因而应该存在另外一种电量相等而符号相反的粒子。

如,存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质呈相等但携带正电荷的粒子。这就是“反物质¨概念的最初观点。狄拉克是英国青年物理学家,他根据狭义相对论和量子力学原理,于1928年提出了这样个设想:在自然界中,存在着带负电的电子,同时还存在着一种与电子一样但能量与电荷都为E的正电子。这种电子可以称为电子的“反粒子狄拉克认为,物质和反物质一旦相遇,就会互相吸引,并发生碰撞而湮灭,各自的质星也消失了,并释放出大量能量,这些能量以伽玛射线的形式出现。在我们周围的物质世界中不可能有天然的反物质存在的原因就在于此。

狄拉克的这一设想,对科学界震动很大,科学家们认为这种设想极有道理,因而,他们极力寻找和制造反物质。

1932年,美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。在研究过程中,他意地发现了一种粒子,这种粒子的质量和电量都与电子完全相同,唯一不同的是在磁场中弯曲其方向与电子相反,也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想,并大大激励了人们的研究热情,他们纷纷投入到寻找反物质粒子的工作中。1955年,在美国的伯克利,钱伯林和西格雷两位科学家利用高能质子同步加速器发现了反质子。西格雷等人于1957年又观察到了反中子。

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欧洲一些物理学家于1978年8月,成功地分离了300个反质子达85小时,并成功地储存了这些反质子。1979年,美国新墨西哥州立大学的科学家进行了一个实验,在实验中,把一个有60层楼高的巨大氦气球,放到高空,气球在离地面35千米的高度上飞行了8个小时,捕获了28个反质子。关于反质子的发现层出不穷,这些发现激发了人们的兴趣。反中子和中子一样都不带电,但它们在磁性上存在差别。中子具有磁性且不断旋转,反中子也不断旋转,但其旋转方向与中子恰恰相反。

顺着这个线索,物理学家们继续寻找下去,结果,发现了一大群新奇的粒子。到目前为止,已经发现了300多种基本粒子,这些基本粒子都是正反成对存在的,也就是说,任何粒子都可能存在着反粒子。

这样,用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想在理论上是成立的。在实践中人们利用粒子加速器人工制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘核,这个反氘核是人工制造出的第一类反原子核,它是美国布鲁克海文实验室研制成功的。由两个反质子和一个反中子组成的反氦-3核是第二类反原子核。苏联在塞普霍夫加速器上曾获得5个反氦-3核。而反原子是由正电子与这些反原子核相结合而得到的。1996年1月,欧洲核研究中心宣告德国物理学家奥勒特等利用该中心的设备合成得到第制造的反原子,即11个反氢原于这一科研成果意义重大,欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人工合成。物理学家们预言,技术上进一步的改进将会使大量生产反物质原子的设想成为可能。

书山居士

对于反物质在自然界中究竟有没有的问题,人们观点各异。以往的一些理论认为,在宇宙中,正物质和反物质是对称的、同样多的。虽然,反物质在地球上只能出现在实验室里,且时间短暂,但是在茫茫宇宙中的某些部分却有可能存在一些星系,这些星系由反物质构成。在那些星体上反物质的存在是极其“正常的,而正物质却很少在那些星体上存在。物质与反物质在电磁性质上相反而其他方面均相同,那么,在宇宙总磁场影响下,它们各自向宇宙的相反方向集中,分别形成星系与反星系。根据这种观点,宇宙应该一分为二,由正物质和反物质两部分构成。可以想象,由反物质构成的星系应该距离我们极其遥远。但是,至今我们也无法获得关于反星系分布的直接证据,因为由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同,而我们今天的天文观测手段还较落后,没法将它们区分开来。

宇宙中应该存在一个反物质世界,这从理论上讲是行得通的,可事实上并不这么简单。自然的反粒子和反物质在地球上是不存在的。科学家们研究发现,核反应中产生的反粒子被大量正常粒子包围着,所以产生出来没多久就会和相应的正常粒子结合,两者结合后,反粒子便不存在了,它转化成了高能量的光子辐射。可人们至今还没有发现这种光子辐射。在我们地球上很难找到反物质,因为普通物质无处不在,而反物质一旦遇到它就会湮灭。事实上,反物质仍能以自然形态存在于地球以外的宇宙中。由于反物质发出的光与物质发出的光一样,所以人们无法从恒星发出的光来判断它是物质还是反物质。因此人们推断,完全可能有反物质构成的恒星存在于宇宙中,或者在距别的星球足够远的孤立空间中,甚至在银河系中。自然界是有对称性的,所以,其中必同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。当然,物质和反物不可能同处在一个星体中,因为二者碰到一起就要湮灭。

到底在宇宙中有没有自然存在的反物质,还有待于科学技术的进一步发展去证实。物理学家们努力搜寻反物质,希望能在宇宙中寻找到它们。能不能直接观测太阳系以外宇宙中的反物质呢?

可以,但目前只有一个办法,那就是研究宇宙射线在地面实验室中很难探测到宇宙射线中的反物质,因为有一个稠密的大气层在地球上穿越大气层时,宇宙射线会与大气碰撞而产生次级粒子,这些次级粒子又会与大气粒子碰撞生更次级的粒子,这样几经反复,地面上测不到原始的宇宙射线,因此也无法确定宇宙射线中反物质存在的情况。

为此,人们想方设法把探测器送上大气的最高层,并一直希望能将探测器送到太空。过去,人们多次用高空气球把高能反物质望远镜等探测器送到高空,探测宇宙射线中的正电子与反质子,但收获不大,从未发现过比反质子更重的反原子核。现在,随着航天技术的发展,到太空中去寻找反物质的愿望终于可以实现了。

1998年6月3日6时10分(北京时间),美囯“发现号航天飞机载着阿尔法磁谱仪,从肯尼迪航天中心**升空。“发现号航天飞机的成功**,标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始。值得一提的是,阿尔法磁谱仪主要由中囯科学家参与研制。阿尔法磁谱仪的英文名字是 Alpha. Magnetic.. Spectrometer,简称AMS,它主要由上下各2层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等各种探测器组成。