宇宙诞生的第一秒发生了什么

伤我心太深

人类似乎走进了一个科学的怪圈。科学越发达,疑问就越多;疑问越多,就越需要更多的科学知识和更大胆的探索。宇宙的起源,永远是一个令人无限神往的谜。欧洲强子对撞机的惊天一撞,仿佛看见了宇宙诞生的第一秒。它也许能揭开宇宙发展史的一角,验证或修正宇宙发展史。

猜想:宇宙大爆炸

科学是在猜想、假设、探索和验证中产生的。宇宙是如何起源的?在无数猜想、假设中,在近100年的天文观测中,出现了一种最有影响力的学说——宇宙大爆炸。

1932年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论。勒梅特认为:宇宙是在一次无比壮观的大爆炸中诞生的。宇宙中的所有原始物质聚集在一起,产生极高的能量发生了大爆炸,碎片向四周散开,形成星系和宇宙。天体物理学家伽莫夫运用广义相对论,提出了宇宙大爆炸学:原始物质由于高温、高密度而爆炸,冷却后产生宇宙。

根据“大爆炸”理论,宇宙慢慢形成后,就在不停地运动和变化着。天文学家观察发现,宇宙正在膨胀着,星体之间的距离越来越大。

为了验证宇宙大爆炸理论的科学性和宇宙的真实性,1990年4月24日,美国宇航局“发现”号航天飞机将“哈勃”太空望远镜送入太空,运行在距地球近地点585千米,远地点615千米,轨道倾角28.5度的低轨道上。“哈勃”是当时最大、最精确的太空望远镜,它的各种新发现,使我们对宇宙的认识产生了重大改变。“哈勃”太空望远镜为人类直接观察130亿年以前的宇宙和许多星系中心的黑洞,提供了确定宇宙大小和年龄的测量方法,以及宇宙在扩展在加速的证据。

“哈勃”太空望远镜不可能看透宇宙,但看到了137亿光年的宇宙空间。天文学家根据观察分析认为,银河系极可能诞生于很久很久以前的一次宇宙大爆炸。大爆炸产生的气体和尘埃凝聚为星云。星云经过漫长的凝聚和演化成为许多恒星,有的成为行星和卫星。通过现代科学的探索和其他太空望远镜的探测,形成一个观点,而不是结论:我们的宇宙不是从来就有的,宇宙有着诞生和成长的过程,大概形成于150亿年左右。宇宙大爆炸理论是可能的。

假设:宇宙的“污水池”

“黑洞”是什么?经典的黑洞理论认为,黑洞是恒星死亡后的残骸,是一种特殊的天体,会隐形。根据广义相对论,看不见黑洞是因为弯曲的空间。光应该沿任意两点间的最短距离直线传播,但在空间引力场的作用下变弯曲了,偏离了直线的方向,所以看不见它。黑洞的引力场非常强大,吸收着一切,如各种星星,包括光芒……就连光也不能逃脱出来。

1974年,英国著名天体物理学家霍金提出了“霍金辐射”理论,认为黑洞是有辐射的。霍金被誉为“用眼睛讲述宇宙起源”的科学家。他说:“我的思想可自由‘进入’黑洞内部,进入宇宙最遥远的地方。”霍金强调,黑洞没有磁场。所有物质在进入黑洞之后就把自己所携带的信息全部丢失了。黑洞理论成为天文、物理学界的主流观点,是20世纪最具挑战性,也最让人激动的天文学说之一。

经典的黑洞理论认为:黑洞是由恒星变成的。说它“黑”,是因为像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,似乎就再也不能逃出。黑洞是填不饱的“怪兽”。黑洞非常巨大,神奇魔力般地收纳一切,因此被人们称为宇宙的“污水池”。

黑洞会“隐身术”。天文学家无法直接观察到它,只能对它的内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。超大的黑洞会出现空间和时间扭曲。这听起来好像很难懂、很神秘。

黑洞“深”得连光线也没本事从黑洞中逃出来?那么,天文学家怎样在茫茫的太空中去“捕捉”这种身穿隐身衣的“怪兽”呢?天文学家想出一个巧妙的办法,那就是在黑洞“伸出黑手”去捕捉和吞食其他星星时,从黑洞四周的“蛛丝马迹”中抓住这双黑手,从而“捕捉”到这头吃肉不吐骨头的“怪兽”。

2008年12月,英国科学家证实,位于银河系中心,也是离我们最近的地方,有一个特大质量的黑洞——“人马座-A”黑洞。“人马座-A”是一个会吞噬星球的“怪兽”,直径有400万个太阳系那么大,由被吃掉、融化的恒星组成。它是银河系的心脏。

科学探索就是追求真理的过程。近十多年来,天文学家利用“哈勃”、“康普顿”、“钱德拉”、“牛顿”、“威尔金森”、“斯皮泽”等14架太空望远镜进行了长期的观察。位于美国马萨诸塞州的史密森天体物理学会曾宣布:确实观测到了星系和类星体中心的“大黑洞”,但没有探测到“霍金辐射”和“黑洞蒸发”。科学家观测距离银河系90亿光年之外的一个类星体,分析了其光谱、探测了其内部结构,发现星体拥有强大的磁场。有的天文学家认为:“大黑洞”其实是暗能量星。类星体中央带有磁场的等离子球体的存在,就排除了黑洞存在的可能。

天文观测结果也对黑洞理论提出质疑。一些科学家提出黑洞理论需要修正,而一些偏激的科学家甚至认为宇宙根本不存在黑洞。如果黑洞真的不存在,整个黑洞理论是错误的,那么,关于宇宙起源的理论就将被改写。黑洞理论的确认、肯定,或者推翻,都需要一个科学研究和验证的过程。

探索:神奇的力量

在太空闯荡,总会出现神秘的事情。美国“先驱者-10”号和11号探测器,现在距离地球已有100亿千米远了。科学家发现:当年这两颗探测器飞离太阳系时,有一股神秘奇怪的力量在将这两颗探测器往回拉,运行速度明显减慢。

美国宇航局喷气式推进实验室首先发现了“先驱者”号的奇怪现象。首先,“先驱者”号运行轨道背离“万有引力”算出的轨道。牛顿认为万有引力随着物体之间距离的增加而减小,而“先驱者”号飞得越远,引力就越大。这违背万有引力定律。另外,“先驱者”号探测器在加速冲出太阳系时,每小时的速度大约为48280千米。谁有那么大的力量拉回“先驱者”号呢?这股神奇的力量又来自何处呢?

“先驱者”号探测器可以说对牛顿物理定律做了最大规模的检验,这也是人类一直想要做的,然而实验却失败了。难道万有引力只适用于地球,不适用于宇宙?如果不能用万有引力解释“先驱者”号发生异常现象的原因,那么万有引力定律就不成立,就有局限性,就将被改写。

这是一股什么力量呢?为什么能使它们的运行速度减慢?这种力量是否源于探测器自身?还是一些物理学或万有引力新规律在起作用?它是否来自暗物质、暗能量?

1930年,瑞士天文学家弗里兹·茨威基发表了一个惊人结果:在宇宙空间,存在暗物质和暗能量。人们看得见的星系少于总质量的1/300,而99%以上的质量是看不见的。茨威基认为,由于暗物质不会发光,在天文学上用光的手段观察探测是绝对看不到暗物质的。

一石激起千层浪。许多天文学家、科学家不相信茨威基的研究结论。物质就是物质,怎么会看不见,莫非还存在另外一个空间?神秘的天体引起科学论战,很少有人支持茨威基。茨威基舌战群儒,回应他的是:你已滑向伪科学的方向。有人甚至怀疑茨威基是否患上了精神病,因为天文学家成为精神病的比例很高。

爱因斯坦是宇宙学理论、弯曲空间等新概念的发明者和相对论的奠基人,对能量与质量之间的关系最有发言权。爱因斯坦认真分析了茨威基的研究,也认为根本不存在暗物质。他说:所谓的暗物质只不过是一个错误的“宇宙常数”。

也许真理掌握在少数人手里。70多年来的天文观察、科技发展越来越支持茨威基的理论。为了找到暗物质和暗能量存在的新证据,2001年6月30日,美国宇航局发射了“威尔金森”微波各向异性探测器。

科学探索需要设想和验证。2003年,“威尔金森”探测器用大量事实和数据证实:宇宙中存在暗物质和暗能量。宇宙可能由23%的暗物质、73%的暗能量和4%的普通物质组成。后来,美国、欧洲发射的太空望远镜的探测结果也比较接近茨威基的科学设想。

科学是螺旋式发展的。茨威基首先发现了看不见的物质——暗物质的存在,大大推动了物理学和天文学的发展,对科学的重大贡献不可估量。爱因斯坦没有想到,当初他认为是错误的“宇宙常数”——暗物质与暗能量,几乎可称得上是宇宙的本质。

科学的原则是真实、精确和可重复。目前,科学家仅仅知道物质与能量能够相互转换、时间只是记录从一个事件到另一个事件的工具。关于宇宙的起源、宇宙是否有始终、时间是否永恒、空间是否无限,必须等待更多的科学验证。