宇宙中有哪些未解之谜

你在远处看过山洞吗？它只有一个特征，就是黑！为什么黑呢？并不是从洞里向外发射了什么“黑色”的光，而是根本没有光从里面发射出来。既然没有光从洞里射到你的眼睛里，你就只能看到一个黑的洞了。当然，洞里是空的。有趣的是，根据广义相对论，自然界中竟然也有“黑洞”存在，而且是实的，密度甚至达到了无限大。

让我们从万有引力谈起。根据万有引力定律，地球和宇宙间的一切天体（当然包括太阳和月亮），都具有强大的吸引力，它们能把附近的一切物体紧紧地“抱”在怀里，比如地球引力使地表的物质不能任意飞向空中。人们为了把人造卫星送上围绕地球运行的轨道，发射的火箭至少要有每秒钟8公里的速度，否则，人造卫星会被地球的引力拉回地面；如果我们进一步要把一艘飞船送到火星上去，那就要完全摆脱地球引力的控制，这时，火箭的速度就要达到每秒11公里。天体不同，天体的表面脱离速度也不同。例如，月球的质量小，表面脱离速度就比地球的表面脱离速度小得多；而太阳的质量大，表面脱离速度又要比地球表面脱离速度大许多倍。总之，宇宙中的任何一个天体，都有它自己固定的表面脱离速度，达不到这个速度，任何东西都不可能从它那里飞出来。宇宙中有没有这样一些天体，它们的表面脱离速度比每秒30万公里的光速都大，以至它所发射出来的光，也要被自己的引力拉住而跑不出来呢？近代有许多的科学家根据牛顿力学和爱因斯坦的广义相对论，预言了“黑洞”的存在。

牛顿提出的万有引力理论认为，一个球形的天体，在它的质量大于太阳质量的数倍时，就可能收缩成为体积无限小、质量无限大的质点，这种现象称为“引力崩溃”。爱因斯坦的广义相对论诞生后，德国科学家史瓦西计算出了一个天体半径，并且认为，在具备这样大小的半径的球内，就有无限大的引力，任何物质只能被它吸引进去，而不能从它那儿解脱出来；连速度极快的光线，也在劫难逃。这个有去无回的地方，人们叫它“黑洞”。如此看来“黑洞”在理论上得到了颇有分量的证明，那么我们在宇宙能找到这种“怪物”吗？

现在航天技术已相当发达。人类已登上了月球，大概很快就要登上火星了。到其他星体上旅行是人类美好的梦想。那么，到黑洞去逛一回将会有什么奇遇呢？假定你和你的朋友乘飞船离开地球飞向一个黑洞。在离它相当远时，你驾驶飞船绕着黑洞做圆周轨道运动，把你的朋友放出舱外使他在黑洞的引力作用下向黑洞落下去。他身上带一个发报机，不时地向你发回信号报告他的遭遇。先说他自己感受到的遭遇，在刚离开你时，他不会有什么异样的感觉，呼吸和脉搏都完全正常。当离黑洞越来越近时，他仍然自我感觉良好，只是向周周看时，发现周围的星体都加速了。这样，他就越过了黑洞的单向壁进入了黑洞。

这时，悲惨的事件发生了：大约在跨过单向壁后的瞬间，他就要被摧毁而成为那个“奇点”的“一部分”了。他为探险而牺牲了，但遗体连一点也没有留下来，完全消失了！还在飞船上的你将看到什么景象呢？你的朋友发回的信号告诉你，他的脉搏、呼吸（以及一切生命过程）都慢下来了，你也会看到他的身体越来越短了，这都是引力时间延缓和引力长度收缩的结果。越往后你会发现，他发回的信号间隔拉得越来越长，以至到最后，显示他的钟慢得停下来了，他的脉搏、呼吸都停止了，他好像被冷冻起来了一样，这也就是他跨过单向壁时你所观察到的情况。此后，你就再也看不到他了。你的朋友在黑洞中的遭遇你是无法知道的，你只能带着他已经牺牲的不幸消息返回地球。

通俗点讲，“黑洞”之“黑”，表明它不向外界发射和反射任何光线，因此人们根本无法看见它；它是一个“洞”，则表明任何东西一旦进入其中，便休想再出来。黑洞其实是个“无底洞”，它似乎处于饥饿的状态，永远也填不饱。因此有人又把它叫作“星坟”。“黑洞”何以有如此奇特的禀性？其实这并不神秘。它具有极其强大的引力场，以至于任何东西——甚至包括光在内都不能从中逃逸。不仅如此，黑洞强大的引力场还足以摧垮其内部的一切物体，故黑洞内部不具备现在所知的任何类型的物质结构。

尽管关于黑洞的理论是正确的，但由于它给出的信息如此之少，以至至今没有一个人敢于宣称，他已经确凿地找到一个黑洞。科学家一直在寻找黑洞存在的证据。黑洞本身虽然不能直接观测到，其强大的引力场却可以影响附近天体的运动，于是人们可以由后者的行为推测前者的存在。另外，当物质落向黑洞，在接近而尚未抵达其视界时，将围绕着黑洞外围高速旋转，形成盘状或喇叭状，而且这些高速旋转的物质，因摩擦而产生高温，会释放出强大的高能X射线，而X射线人们用仪器可以探测得到，所以这类高能辐射也是搜寻黑洞的重要线索。天文学家就根据这一点，在浩瀚的宇宙中“大海捞针”。例如，人们在天鹅座附近发现了奇特的强X射线源，称之为“天鹅X—1射线源”；它与一颗比太阳大20倍的亮星彼此围绕着旋转，估计这个黑洞具有8倍太阳的质量。在一个名叫M87的椭圆星系的核心，则很可能有一个质量高达90亿倍太阳质量的巨大黑洞。由此，某些科学家甚至作了更为大胆的设想，即在整个宇宙中，“黑洞”不仅普遍地存在，而且很可能是组成宇宙的关键天体。

长期以来，天文学家一直猜测宇宙潜伏着一头巨大的怪物——黑洞，它吞噬一切一切毁灭一切，是死亡与黑暗的象征。那么，宇宙中的这头怪兽是如何诞生的呢？有人认为是由于恒星在其晚年，因核燃料被全部耗尽，便在自身引力下开始坍缩。如果坍缩物质的质量大于太阳质量的3倍，则坍缩的产物便是黑洞。此类黑洞的质量一般不超过太阳质量的50倍。还有人认为，由于在星系或球状星团的中心部分恒星很密集，而星体之间容易发生大规模的碰撞，由此产生的超大质量天体坍缩后就形成了质量超过太阳1亿倍的黑洞。也有人认为是在宇宙大爆炸时，大爆炸异乎寻常的力量，把一些物质挤压得非常紧密，于是形成了“原生黑洞”。

由此看来，对于“黑洞”的研究，就不单单是这个神秘的天体存在不存在的问题，而是一个关系到宇宙的结构，天体的起源的大问题。时至今日，虽然黑洞还没有被真正地捕捉到，但人们对黑洞的存在却是确信无疑的，也许一些星团的中心就是黑洞。持有这种观点的天文学家推测，在我们的银河系中心，很可能隐藏着一个质量是500万个太阳大的巨大“黑洞”，由于引力巨大，它将成千上万颗恒星吸引住，这些恒星和气体以极高的速度绕着银河系中心旋转，组成了一个庞大的整体，从而构成了气势磅礴的银河系。除了大黑洞外，很可能还存在着比小行星还要小的黑洞。甚至还有人认为，地球上也存在着黑洞。当然，这些还都属于假说。既然很多人认为，找到和证实黑洞只是时间问题，而不是能否问题，就让我们期待伟大的时间揭晓黑洞之谜吧。

1996年7月，设在美国航空航天局地球轨道卫星上的射线天文台发现了一种神秘天体，它正以光速运动着，并在所到之处贪婪地“吞食”着恒星和行星。从此，美国天文学家卡尔·塞沃林博士和他的同行们便对其进行密切注视和观测。天文学家还发现，这个宇宙怪物偶尔还闪烁发光。有时还发现，它还能像鳄鱼吃动物尸体一样把恒星和行星“咬”成一个个碎块再吃掉。从事恒星和全球特异现象研究多年的一位美国著名天文学家说：“在我的天文学生涯中，从未见过这种宇宙怪物。

”最初，天文学家将其误认为宇宙“黑洞”，即衰亡并发生星体坍缩的恒星，它具有极强的引力，进而能“吞食”其他天体并使其“粉身碎骨”，还能使时间和空间扭曲变形。可后来，当天文学家对其进行连续观测和详尽研究后才发现，它同宇宙“黑洞”之间有着天壤之别，其中一个最大的差异是，它能从恒星的背后悄悄溜过，还能像一只跟踪猎物的豺狼一样穿越整个字宙空间。

天文学家据此推断，在不远的将来，我们地球也会受到这种威胁，并不排除被这种宇宙怪物吃掉的可能。目前，它正以光速运动着，若照此速度计算，再过1万光年时间它就会到达地球。然而，天文学家认为，我们眼下还尚不清楚这个神秘的宇宙天体究竟是何物，所以难以想象它到底能运动得多快，或许它能以超光速10倍、100倍乃至数千倍的速度运动。如若果真如此，这个宇宙怪物再有几个月时间便会出现在我们地球附近。

宇宙空间存在黑洞，这是20世纪科学上最引人入胜的预言之一。作为一种看不见的特殊天体，黑洞蒙上了一圈又一圈的神秘“光环”，令人捉摸不透、莫测其高深。有正必有反。科学家根据广义相对论提出了另一个预言——白洞。黑洞吞噬一切进入它边界的物质，是个只知索取的自私分子；而白洞则是最大公无私的天体，它源源不断地向外界散发物质和能量，却不能吸收任何物质和辐射。那么，白洞从哪里获得如此多的物质和能量呢？它又是通过什么方式获得的呢？有一种理论认为，白洞源于黑洞，白洞是黑洞的儿子。黑洞自身其实在获取物质的同时也不断地蒸发物质，不过这种蒸发和质量成反比，一个质量像太阳那么大的黑洞，约1×1066年才能蒸发殆尽，而原生小黑洞则会在1×1018分之一秒内蒸发干净。

蒸发使质量减小，质量变小之后蒸发速度又加快，在这种相互促进中，黑洞的蒸发越来越快，最后终于变成了一个不断喷发物质的白洞了。另一种看法是，宇宙是从爆炸开始的。如果原来爆炸时，致密得难以想象的爆炸“奇点”中的某一块因特殊原因而存留下来，那么，当它再度膨胀时，就具有白洞的全部特征了，这就是所谓的“迟核”理论。

还有一种说法是，在不止一个宇宙的前提下，一颗在我们宇宙中形成黑洞的恒星将从另一个宇宙中以白洞的形式出现。这并不是空想，也有其理论基础。由于白洞包含超高密度的物质并有巨大的能量，科学家常把它与宇宙射线爆发、类星体、超新星爆发等联系起来研究。当然，找到白洞的谜底尚须时日。

在茫茫的宇宙中，恒星间相互作用而形成许多有规则的轨道运动，但是，有些运动却找不到对其作用的相应物质。于是，人们就设想，在宇宙中或许存在着我们看不见的物质，就像穿上了隐身衣的人一样，他虽然在做一些动作，比如拿起凳子，放下架子，但是我们却找不到他的踪影。这种人们看不见但又确实存在的物质就是所谓的暗物质。科学家们很早已指出，为了说明恒星的运动，需要假定在恒星附近存在着暗物质。

一些科学家的理论分析也表明，在太阳附近确实存在着与发光物质几乎同等数量的看不见的物质，星系团中也存在着大量的暗物质。那么这些暗物质究竟是些什么东西呢？天文学家认为，它们也许是一般光学望远镜观测不到的某种非常暗弱的矮星或者是质量为木星30—80倍的大行星，因为天文学家已在望远镜所拍摄的天空照片上发现质量不足半个太阳的M型矮星。

从探测到的M型矮星的数目可推断出，它们的质量只相当于在银河系应有的失踪质量的一半，并且每一颗M型矮星发光期最多只有几万年，所以人们认为银河系中一定存在许许多多的这些小恒星燃烧后的“尸体”，这才足以提供理论计算所需的全部暗物质。至今，已有不少天文学家认为，宇宙中绝大多数的物质是以“暗物质”的方式隐藏着的。但是，这些暗物质到底是什么东西？它们究竟有多大势力？我们能利用它们做些什么？还有待人们进一步观测和研究。

爱看科幻小说的人对“时空隧道”一定非常熟悉：通过时空隧道，老人能亲眼回顾自己的童年；现代人也能步入未来世界去领略种种新事物；人们还可能回到更古老的年代去与恐龙一起漫步……这样的故事吸引着我们。那么，时空隧道真的存在吗？有位著名的科学家提出了一种理论，那就是令人惊奇无比的“虫洞”理论。什么是虫洞呢？科学家们作了个“望文生义”的比喻，虫洞正是“虫咬的洞”。

你可以想象眼前有一只大苹果，上面有一只苍蝇，如果这只苍蝇想到苹果的另一面去，它采取的办法只能是飞过苹果的表面绕到另一面去。换个角度，如果不是苍蝇而是有尖牙的虫子呢？它的最短途径还是绕苹果表面爬过去吗？它可以选一条最短的路径，用它的牙齿在苹果上咬个洞爬过去，这个虫咬的洞就是虫洞。当然，虫洞在苹果这样的三维空间上是毫无奇特之处的，如果把三维曲面扩展成四维曲面的世界，虫洞就成为四维空间中可能存在的多连通结构了。

这样一来，虫洞概念在四维空间中就容易理解了；它是空间的“短路”现象，是时间与空间整体结构上的一个洞，是通向宇宙更遥远地方的通道，它把原来相距很远的点联结在一起了。时空隧道的想法虽然近乎于“幻想”，但它不乏科学依据。早在相对论提出之时，爱因斯坦就曾经预言，在密度极大的物质周围，空间和时间将会受到影响而发生“畸变”，结果可能在宇宙中发现一条通道，它可能会通向宇宙中的任何一个地方，甚至是几十亿光年之远。如果虫洞真的存在的话，人类可能克服时间的限制，穿越时间隧道，回到过去，走进未来，去领略美好的非现在世界了。

那么，人们能否找到或制造这种能穿越时空的虫洞呢？目前科学家们还不能肯定。即使虫洞理论成立，我们也不得不承认，以人类现有的技术水平，别说制造虫洞，就连寻找虫洞也不可能。或许，地球外的某种智慧生命已经掌握了这种技术了吧！

现代物理学发现所有的基本粒子都是成对的，成对粒子的质量是相等的，但所带的电荷或其他特性是相反的。比如有带负电荷的负电子，就有对应的带正电荷的正电子；有带正电荷的质子，就有对应的带负电荷的反质子；有中子，就有对应的反中子。我们把自然界存在的质子、中子和电子等以及由它们组成的各种物质统称为“正物质”，而把相对应的反质子、反中子和正电子等以及由它们组成的各种物质统称为“反物质”。