你知道吗--现代科学中的100个问题- 第3部分

　　　　既然需要有６×１０23个核子才能构成一克物质，既然宇宙中含有２×１０55克物质，那么宇宙间总共就应该有６×１０23×２×１０55（或者说１２×１０78个核子。为方便起见，可以把这个数字写为１．２×１０79。

　　　　天文学家认为，宇宙间有９０％的原子是氢，９％的原子是氦，其余１％则是各种更为复杂的元素。就是说，在含有１００个原子的一个典型样本中应当含有９０个氢原子，９个氦原子和１个别的原子（比方说一个氧原子）。我们知道，每个氢原子的原子核有一个核子，即质子。每个氦原子核含有４个核子，即２个质子和２个中子。每个氧原子核含有１６个核子，即８个质子和８个中子。

　　　　因此，这１００个原子总共应当含有１４２个核子，亦即１１６个质子和２６个中子。

　　　　这两类核子有一个区别。中子不带电荷，因此不必去考虑同它相伴随的粒子（电子）。质子带正电荷，因此，既然整个宇宙被认为是电中性的，所以只要有一个质子存在，就应该有一个电子（带有一个负电荷）和它同时存在。

　　　　这样，每有１４２个核子，就应该有１１６个电子（以便和１１６个质子相平衡）。为了保持这一比例，宇宙间的１．２×１０79个核子就应该伴随有１×１０79个电子。把这些核子和电子加在一起，我们就得出宇宙间全部物质所含粒子总数应为２．２×１０79。我们可以把这个数字写为２２，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００。

　　　　如果宇宙是由一半物质和一半反物质组成，那么，这些粒子中就应当有一半是反核子和正电子。但是，这并不影响总数。

　　　　宇宙间大量存在的另一些粒子是光子、中微子，也许有引力子，但它们都是没有质量的粒子，所以没有把它们计算在内。因此，总的说来，我们这个宇宙共有２２×１０78个粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。
第10节
　　　　第一个问题可以说是一个没有人能够回答的问题。

　　　　科学并不保证所有的问题都有答案。只有在人们获得了足够的资料之后，科学才能向人们提供一个作出回答的方案。但是迄今为止，我们还没有掌握足够的资料来告诉我们宇宙间的物质究竟是从哪里来的。

　　　　然而，即使如此，我们仍然可以作一些推测。我自己就曾经想过，在宇宙间可能存在有某种称为“负能量”的东西，这种“负能量”和普通的“正能量”完全一样，所不同的仅仅是，同等数量的“负能量”和“正能量”加在一起，将会成为“乌有”（正如＋１和－１相加等于零一样）。

　　　　反之，“乌有”则可能突然转变为一团“正能量”和一团等量的“负能量”。如果事情确是如此，那么，这一团“正能量”就可能发展成为我们现在所知道的这个宇宙，与此同时，还可能在别的什么地方存在一个相应的“负宇宙”。

　　　　但是“乌有”又怎么会突然变成两团相反的能量呢？

　　　　为什么不会呢？如果０＝（＋１）＋（－１），那么，这个零所代表的东西就完全有可能变成＋１和－１。也许在一个“乌有”的无限海洋中，会经常不断地形成大小相等的一对对正能量团和负能量团，以后，在它们经历了进化演变之后，又一次相互结合在一起而成为“乌有”。而我们现在则正好处在“乌有”与“乌有”之间的一个时期内的一个能量团中，并在对它感到奇怪。

　　　　当然，上面所说的仅仅是一种推测。迄今为止，科学工作者既未探测到任何像“负能量”这样的东西，也未找到任何理由来使他们设想宇宙间可能存在有这样的负能量。因此，除非他们有朝一日终于发现了这样的负能量，否则我的设想将是毫无意义的。

　　　　至于第二个问题，即宇宙之外是什么这个问题，我的回答是：宇宙之外是一个非宇宙。

　　　　你看了这个答案，也许会说“你的这个答案丝毫也不说明什么问题”。你的话也许是对的，但是从另一方面讲，在实际生活中往往就有许多问题是得不到有意义的回答的（例如“天到底有多高？”）。所以，这一类问题都是“没有意义的问题”。一般说来，科学工作者甚至根本不愿去思考这类毫无意义的问题。

　　　　然而，我们是不是可以从另一个角度来想一想这个问题呢？

　　　　假定你是北美大陆中部的一只具有高度智慧的蚂蚁，而且还是一只一辈子都在“旅行”的蚂蚁。在这种情形下，在你不断向前走的过程中，你已经走过了一平方米又一平方米的地面，同时你还发明了一个小望远镜，使你能看到你前方几公里以外的地面。在这种情况下，你一定会认为这块地面是无边无际的。

　　　　但是你也许会提出一个疑问：这块地面是否有一个尽头呢？这样一来，就会进一步产生一个使你感到困惑的问题：“如果这块地面是有尽头的，那么，在尽头的那一边将是什么东西呢？”

　　　　当然，你所以会提出这个问题，是因为你唯一体验到的仅仅是地面。你从来没有见到过海洋，对海洋一无所知，因此，你除了陆地以外，不可能想象出别的什么东西。在这种情况下，你就很可能会这样回答：“如果陆地真是有尽头的话，那么，在陆地的那一边一定是一块非陆地，不管这块非陆地到底是什么东西。”这样看来，这样的回答应该说是对的吧！

　　　　既然如此，如果我们把宇宙定义为物质、能量及由这些物质和能量所充填的空间这三者的总和，并且宇宙真是有尽头的话，那么，在宇宙尽头之外的就应该是散布在这个非空间的非物质和非能量。总之，是一个非宇宙。

　　　　如果这个宇宙是起源于一团正能量，而这团正能量是和一团负能量一起由“乌有”形成的，那么，这个宇宙尽头之外的就应当是“乌有”，而这个所谓的“乌有”也许就是非宇宙的另一种叫法。
第11节
　　　　其实，既不应该这样说，也不能这样说。温度是一定数量的物质中每一个原子的平均含热量，因此，只有物质才能有温度。

　　　　假定宇宙空间存在一个像月球那样的天体，而这个天体距离它最近的恒星有好几光年，在这样的条件下，如果这个“月球”表面的初始温度是２５℃的话，那么，这个“月球”一方面将会由于辐射而不断失去热量，而另一方面则会从遥远的恒星的辐射而获得热量。但是由于从这些恒星到达这个“月球”的辐射很少，因此不可能抵偿“月球”本身的辐射而失去的热量，结果，这个“月球”的表面温度就会立即开始下降。

　　　　随着这个“月球”表面温度的不断下降，因它本身的辐射而失去热量的速率将会越来越少，到最后将出现这样一种情况，这时，它的表面温度已经如此之低，以致因它本身的辐射而失去的热量将会小到足可以和它从遥远恒星所吸收的辐射相平衡。这时，这个“月球”的表面温度确实是很低很低的，只稍稍超过绝对零度。u米u花u书u库u ；http：//www。7mihua。com

　　　　人们在谈到“宇宙空间的低温”时，他们想到的例子正是这种离开所有恒星都很遥远的“月球”的极低表面温度。

　　　　实际上，我们的月球离开恒星并不太远，它离其中一个恒星——太阳——的距离很近，还不到１．５亿公里。假定我们的月球仍然处在它现在的位置上，但它永远只有一面向着太阳，那么，这一面将不断地吸收太阳的热，直到面向太阳的这一面中心的温度大大超过水的沸点。只有在这样高的温度下，由它本身的辐射而失去的热量才会和来自太阳的巨大热流相平衡。

　　　　但是，来自太阳的热只能以非常慢的速度透过月球本身的绝热物质，所以，背着太阳的那一面几乎不会获得热量，它所得到的一点点热量也会辐射到宇宙空间中去。这样，永远背离太阳的一面就将处于“宇宙空间的低温”状态。

　　　　然而，我们的月球是相对于太阳进行自转的，所以每自转一次其表面的各个部分平均只能从太阳那里得到相当于两个星期的辐射热。在这种只能从太阳获得时间有限的辐射的情况下，月球上只有个别地方的表面温度才勉强达到水的沸点。而在长夜中，其温度在任何时候都不会低于绝对温标１２０度（从我们地球上的标准来说，这个温度是相当低的），这是因为温度尚未下降到比这更低的时候，太阳就又升上来了。

　　　　但是，地球上的情况则与此大不相同，因为地球上有大气和海洋。海洋同光秃秃的岩石相比，能够更有效地吸收热，而且散热的速度也慢得多。它所起的作用就像一个热褥垫那样，当太阳晒的时候，它的温度不会上升得像陆地那样快，没有太阳的时候，它的温度也不会下降得像陆地那样快。此外，地球的自转速度很快，所以地球上大多数地方每次只经历十来小时的白天和黑夜的变化。同时，地球大气所造成的风也会将热量从向阳的一面带到背阴的一面，以及从热带带到两极。

　　　　正因为如此，尽管地球和月球离太阳的距离大致相等，地球所经受的温度变化范围却比月球小得多。

　　　　一个处在比南极还要低的温度下的人如果被放到月球的背阴处，那将会发生什么情况呢？情况不会像你可能想象的那么严重。在地球上，即使穿着绝热服，我们的体温也会相当快地发散到大气层和大气层的风中去——它们会把我们的体热迅速带走。在月球上，情况就大不相同了。在那里，一个身穿保温宇宙服和宇宙靴的人，几乎一点也不会失去体热。因为在那里，体热既不会靠传导传到体外，也没有风通过对流现象把它带到空虚的空间中。他将会如同一个被放置在真空中的保温瓶那样，只可能辐射出极少量的红外线。在这种情况下，冷却将是一个十分缓慢的过程。当然他的身体本身会不断地产生热量，所以他将会更容易感到太热，而不会感到太冷。
第12节
　　　　根据最新的天文学理论，星系最初是一团团巨大的气尘凝聚体，这些气尘凝聚体缓慢地旋转，分裂成为湍动的涡流，最后凝结成为恒星。在大量形成恒星的天区，所有的气尘实际上都会分别和其中某一颗恒星结成一体，因而气尘很少会或者完全不会留在星系空间中。在球状星团中，在椭球星系中以及在旋涡星系的中心部分，情况确实是这样。

　　　　但是在旋涡星系的外缘，这种过程就不会进行这样彻底。由于所形成的星星为数较少，所以留下的气尘就会多一些。正因为我们处在银河系的旋臂上，所以我们能看到尘云在银河的辉光中形成一些暗斑。银河系的中心也正是被这些尘云遮住，才显得模糊不清。

　　　　形成宇宙的物质，绝大部分是氢和氦。氦原子一般是不会彼此结合的。氢原子虽然会彼此结合，但一般只彼此结合成对而形成氢分子（Ｈ２）。这就意味着，处于恒星与恒星之间的绝大多数物质是由一个个很小的氦原子和一个个很小的氢原子和氢分子组成。这些物质形成了大量散布在恒星与恒星之间的星际气体。г米г花г书г库г ；http：//www。7mihua。com

　　　　星际尘（或者宇宙尘）的数量比星际气体少得多，它们是由粒子组成的。这些粒子虽然也很小，但却比单个原子或分子大得多，因此它们一定含有除了氢和氦以外的其他原子。

　　　　除了氢和氦以外，宇宙间另一种最普通的原子是氧。氧原子能和氢结合而形成氢氧基（ＯＨ）和水分子（Ｈ２Ｏ）。氢氧基和水分子具有能够同它们所遇到的任何其它基团及分子相结合的倾向。正因为如此，宇宙间会逐步形成由许许多多这样的分子所组成的微粒。绝大部分宇宙尘很可能就是由氢氧基和水分子所组成。一直到１９６５年，天文学家才开始在宇宙间探测到氢氧基，并开始研究它们的分布情况。从这以后，不断有报道说，宇宙空间存在既含有氢和氧、也含有碳原子的更复杂的分子。

　　　　由此看来，宇宙尘中一定也含有不及氢、氧和碳那么普通的原子所组成的原子团。科学工作者已经在星际空间探测到钙原子、碘原子、钾原子和铁原子，他们是通过这些原子所能吸收的光而探测到它们的。

　　　　在我们的太阳系内，也存在类似的宇宙尘，这些宇宙尘很可能是由彗星造成的。在太阳系可见范围以外，可能有一个由大量彗星所组成的彗星壳，其中有一些彗星（也许是由于附近恒星的引力作用）向太阳的方向掉落。彗星是一团金属和岩石小碎片，这些碎片由冰加上冻结的甲烷、氩和其它这类物质结合成松散的团块。每当彗星走近太阳时，彗星中的某些物质便会因受热而融化，结果，其中的微小固体颗粒便获得了自由，并以一条长长的尾巴的形式散布在宇宙空间中。最后，这个彗星将完全崩解。

　　　　在太阳系的历史中已经有无数彗星发生了这样的崩解，正因为如此，太阳系的内圈才会到处散布有这样的宇宙尘，每天都有数十亿这样的宇宙尘粒子（“微陨石”）落到地球上。从事宇宙研究的科学家都对这些“微陨石”感兴趣，他们之所以对此感兴趣，固然有种种原因，其中的原因之一，是因为有一些较大的微陨石可能会给未来的宇航员或登月移民造成危害。
第13节
　　　　１９６７年夏天，剑桥大学的赫维什和他的合作者，在十分偶然的情况下，探测到来自天空的一种从未探测到的射电辐射。这种射电辐射是非常有规则的、每隔１又１／３秒出现一次的脉冲。更确切地说，这种脉冲每隔１．３３７３０１０９秒出现一次，发出这种脉冲的辐射源后来就被称为脉冲星。

　　　　接着，在这以后的几年中，天文学家又陆续发现了很多这样的脉冲星。说到这里，你们也许会提出一个疑问：脉冲星为什么未能更早发现呢？这是因为每一颗脉冲星虽然在一次脉冲当中都会辐射出大量的能量，但这些脉冲是如此的短暂，因此，射电波的平均强度是很低的。这就是天文学家为什么一直没有发现他们的原因。此外，由于天文学家在这以前都认为射电源是以稳定的水平辐射发出能量的，因此他们都没有去认真寻找这样的脉冲。ō米ō花ō书ō库ō ；http：//__

　　　　后来，在蟹状星云中发现了一颗脉动得特别快的脉冲星，同时还发现这颗脉冲星能在可见光的范围内发出辐射，而且光的闪烁正好和射电辐射的时间相一致。天文学家以前虽然曾多次观测到这颗脉冲星，但都以为它不过是一颗普通的恒星，因此从未有人试图用足够灵敏的、能发现它每秒钟会闪烁三十次的这样一种观测仪器去对它进行观测。一颗脉动得这样快的脉冲星，如