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內(nèi)容概要

本書是一部介紹宇宙知識自科普圖書。
宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統(tǒng)一。宇宙是物質(zhì)世界，不依賴于人的意志而客觀存在，并處于不斷運動和發(fā)展中。宇宙是多樣又統(tǒng)一的；多樣在于物質(zhì)表現(xiàn)狀態(tài)的多樣性；統(tǒng)一在于其物質(zhì)性。全書從基礎宇宙知識、宇宙的奇思妙想、宇宙運用、探索宇宙、十大著名爆炸、寥廓的空宇等方面向讀者展現(xiàn)了浩瀚宇宙的無窮魅力！

書籍目錄

第一章 宇宙知識
 宇宙的概念
 《辭源》里的宇宙
 宇宙的歷史
 宇和宙的意義
 宇宙是如何產(chǎn)生的
 時間與時空
 星系的產(chǎn)生
 宇宙是如何起源的
 不平衡的宇宙
 宇宙面臨的問題
 宇宙誕生前的樣子
 宇宙圖景
 分層次的認識宇宙
 宇宙觀念的發(fā)展
 宇宙的大小
 宇宙的形狀
 宇宙的年齡
 宇宙的多樣性
 宇宙的運動和發(fā)展
 宇宙大爆炸
 大爆炸宇宙模型
 暗物質(zhì)和暗能量
 黑洞
 “弦理論”是“宇宙”誕生的真正原因嗎
 拼源宇宙
 宇宙炮彈
 宇宙噴泉
 宇宙構成的質(zhì)疑
 宇宙中磁性最強的天體
 第一顆星星
第二章 宇宙的奇思妙想
 宇宙的命運
 宇宙未來
 宇宙是否有限
 未來宇宙科學
 有限宇宙
 反物質(zhì)是否真實存在
 神秘物質(zhì)穿越物體不留痕跡
 神秘莫測的時空隧道
 超光速研究
 夜黑是因為宇宙在膨脹
 時光隧道
 突破光速極限
 光線靜止
 時光之旅
第三章 宇宙運用
 激光武器
 粒子束武器
 太空武器
 微波武器
 外層空間法
 宇宙線發(fā)現(xiàn)
 宇宙線組成
 宇宙線傳播
 宇宙線來源
 宇宙線天文學
 最強宇宙射線的來源
 紅移
 光譜分析
 類星體
 白洞
 哈佛系統(tǒng)
 威爾遜山系統(tǒng)
 摩根-基南系統(tǒng)(MK系統(tǒng))
 運動規(guī)律
 宇宙旋渦的形成與平復
第四章 探索宇宙
 超新星爆發(fā)
 大質(zhì)量恒星
 木星曾吞噬掉自己早期衛(wèi)星
 為黑洞稱重
 質(zhì)量為太陽180億倍的黑洞
 塵埃吸收可見光
 彗星為什么臟
 失去月亮的地球
 39億年前小行星撞地球可能促進生命繁盛
 木星紅斑在縮小
 并非已是垂死暮年
 “宇宙幽靈”潛伏在黑洞周圍
 土星光環(huán)中長出巨塔
 南極冰中灰塵顯現(xiàn)地球氣候變化史
 太陽系最高峰
 如何實現(xiàn)超光速飛行
 260光年的神秘熱土星形成之謎
 哈勃太空望遠鏡拍到宇宙噴泉
 馬頭星云神奇地長出壯觀“鬃毛”
 宇宙最冷的地方
 第一種進入太空的動物是什么
 肉眼能看到多少個星系
 月球是什么味道的
第五章 十大著名爆炸
 最遙遠的伽馬暴
 超新星爆炸
 彗星撞擊木星
 K-T隕星大碰撞滅絕恐龍
 坦博拉火山爆發(fā)
 通古斯大爆炸
 切爾諾貝利核事故
 哈利法克斯大爆炸
 德克薩斯城災難
第六章 寥廓的空字
 如何營造一個宇宙
 歡迎光臨太陽系
 和諧宇宙
 2012年強太陽風暴襲擊地球可能釀巨大災難
 宇宙環(huán)境特點
 過去、未來和宿命

章節(jié)摘錄

　　黑洞　　黑洞是廣義相對論預言的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，它有一個稱為“視界”韻封閉邊界，黑洞中隱匿著巨大的引力場，因引力場特別強以至于包括光子在內(nèi)的任何物質(zhì)只能進去而無法逃脫。形成黑洞的星核質(zhì)量下限約3倍于太陽質(zhì)量。除了這種恒星級黑洞，也有其他來源的黑洞，如微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所謂超大質(zhì)量黑洞可能存在于星系中央。黑洞不讓其邊界以內(nèi)的任何事物被外界看見，這就是這種物體被稱為“黑洞”的緣故。我們無法通過光的反射來觀察它，只能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。但黑洞還是有它的邊界，即“事件視界”。據(jù)猜測，黑洞是死亡恒星的剩余物，是在特殊的大質(zhì)量超巨星坍塌收縮時產(chǎn)生的。而且黑洞必須是一顆質(zhì)量大于錢德拉塞卡極限的恒星演化到末期而形成的，質(zhì)量小于錢德拉塞卡極限的恒星無法形成黑洞?！　∥锢韺W觀點的解釋，黑洞其實也是個星球或類似星球，只不過它的密度非常大，靠近它的物體都被它的引力所約束，不管用多大的速度都無法脫離。對于地球來說，以第二宇宙速度（11.2千米/秒）來飛行就可以逃離地球，但是對于黑洞來說，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以連光都跑不出來，于是射進去的光沒有反射回來，我們的眼睛就看不到任何東西。一些科學家認為光的速度比黑洞慢，所以被吸進去，當速度比黑洞快時就可能穿過黑洞邊緣。　　廣義相對論認為物質(zhì)彎曲了空間，而空間的彎曲又反過來影響穿越空間的物體的運動。質(zhì)量達太陽10倍的黑洞，是由大于太陽質(zhì)量的3．2倍的天體發(fā)生引力坍塌后形成的，小于1.4個太陽質(zhì)量的恒星，會變成白矮星。天文學的觀測表明，在很多星系的中心，包括銀河系，都存在超過太陽質(zhì)量上億倍的超大質(zhì)量黑洞。愛因斯坦的廣義相對論預測有黑洞解。其中最簡單的球對稱解為史瓦西度量。這是由卡爾·史瓦西于1915年發(fā)現(xiàn)的愛因斯坦方程的解。根據(jù)史瓦西解，如果一個重力天體的半徑小于一個特定值，天體將會發(fā)生坍塌，這個半徑就叫做史瓦西半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發(fā)射的所有射線，無論是來自什么方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出在任何慣性坐標中，物質(zhì)的速率都不可能超越真空中的光速，在史瓦西半徑以下的天體的任何物質(zhì)，包括重力天體的組成物質(zhì)，都將塌陷于中心部分。一個由理論上無限密度組成的點組成重力奇點。由于在史瓦西半徑內(nèi)連光線都不能逃出黑洞，所以，一個典型的黑洞確實是絕對“黑”的。目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量可以測量到：質(zhì)量、電荷、角動量。也就是說，對于一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一地確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或稱作黑洞的唯一性定理。但是這個定理卻只是限制了古典理論，沒有否認可能有其他量子荷的存在，所以，黑洞可以和大域單極或是宇宙弦共同存在，而帶有大域量子荷。黑洞的合并會以光束發(fā)射強大的引力波，新的黑洞會因后坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大，它甚至有可能脫離星系母體?！　『诙从小半[身術”，人們無法直接觀察到它，連科學家都只能對它內(nèi)部結構提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的?？墒歉鶕?jù)廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線，因為強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費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。更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達地球，它朝其他方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的正面，還同時看到它的側面甚至背面。　　黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程，恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮，發(fā)生強力爆炸。當核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星球。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。任何靠近它的物體都會被它吸進去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣。恒星、白矮星、中子星、夸克星、黑洞是依次的五個密度當量星體，密度最小的當然是恒星，黑洞是物質(zhì)的終極形態(tài)，黑洞之后就會發(fā)生宇宙大爆炸，能量釋放出去后，又進入一個新的循環(huán)?！　⊥ǔ：阈堑淖畛踔缓瑲湓兀阈莾?nèi)部的氫原子時刻相互碰撞，發(fā)生裂變、聚變。由于恒星質(zhì)量很大，裂變與聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結構的穩(wěn)定。由于裂變與聚變，氫原子內(nèi)部結構最終發(fā)生改變，破裂并組成新的元素即氦元素。接著氦原子也參與裂變與聚變，改變結構，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩(wěn)定不能參與裂變或聚變，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌，最終形成黑洞?！　≈挠锢韺W家霍金，在1974年證明黑洞有一個不為零的溫度，有一個比其周圍環(huán)境要高一些的溫度，依照物理學原理，一切比其周圍溫度高的物體都要釋放出熱量，黑洞也不例外。一個黑洞會持續(xù)幾百萬萬億年散發(fā)能量，黑洞釋放能量稱為“霍金輻射”，黑洞散盡所有能量就會消失。處于時間與空間之間的黑洞，使時間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時吞進所有經(jīng)過它的一切。1969年，美國物理學家約翰·阿提·惠勒將這種貪得無厭的空間命名為“黑洞”。通過科學家的觀測，黑洞周圍存在輻射，而且很可能來自于黑洞。也就是說，黑洞可能并沒有想象中那樣黑?；艚鹬赋龊诙吹姆派湫晕镔|(zhì)來源是一種實粒子，這些粒子在太空中成對產(chǎn)生，不遵從通常的物理定律。而且這些粒子發(fā)生碰撞后，有的就會消失在茫茫太空中。一般說來，可能直到這些粒子消失時，我們都未曾有機會看到它們?！　『诙赐ǔＪ且驗樗鼈兙蹟n周圍的氣體產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的，這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。目前觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時，它們產(chǎn)生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據(jù)。數(shù)值模擬也顯示吸積黑洞經(jīng)常出現(xiàn)相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。天體物理學家用“吸積”這個詞來描述物質(zhì)向中央引力體或者是中央延展物質(zhì)系統(tǒng)的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一，而且也正是因為吸積才形成了我們周圍許多常見的結構。在宇宙早期，當氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢阱中心流動時形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由氣體云在其自身引力作用下坍縮碎裂，進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星，包括地球也是在新形成的恒星周圍通過氣體和巖石的聚集而形成的。但是當中央天體是一個黑洞時，吸積就會展現(xiàn)出它最為壯觀的一面。然而黑洞并不是什么都吸收的，它也往外邊散發(fā)質(zhì)子?！　『诙纯赡芪s直至毀滅。黑洞會發(fā)出耀眼的光芒，體積會縮小，甚至會爆炸。當英國物理學家史迪芬·霍金，于1974年做此預言時，整個科學界為之震動。霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結合了廣義相對論和量子理論。他發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場釋放出能量，同時消耗黑洞的能量和質(zhì)量。我們可以認定一對粒子會在任何時刻、任何地點被創(chuàng)生，被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子，而如果這一創(chuàng)生過程發(fā)生在黑洞附近的話就會有兩種情況發(fā)生：兩粒子湮滅或一個粒子被吸人黑洞。在黑洞附近創(chuàng)生的一對粒子其中一個反粒子會被吸人黑洞，而正粒子會逃逸，由于能量不能憑空創(chuàng)生，我們設反粒子攜帶負能量，正粒子攜帶正能量，而反粒子的所有運動過程可以視為是一個正粒子的為之相反的運動過程，如一個反粒子被吸人黑洞可視為一個正粒子從黑洞逃逸。這一情況就是一個攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的總能量少了。而能量的損失會導致質(zhì)量的損失，當黑洞的質(zhì)量越來越小時，它的溫度會越來越高。這樣，當黑洞損失質(zhì)量時，它的溫度和發(fā)射率增加，因而它的質(zhì)量損失得更快。這種“霍金輻射”對大多數(shù)黑洞來說可以忽略不計，因為大黑洞輻射得比較慢，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸。　　據(jù)最新的研究資料介紹，科學家認為黑洞可能是通往其他宇宙的蟲洞。如果這一理論是正確的，將會有助于解釋，例如，黑洞信息悖論等量子難題，不過批評家指出這也會產(chǎn)生新的問題，例如蟲洞是怎么形成的等等。黑洞事實上是存在于四維空間的一種現(xiàn)象，或者說，黑洞是連接三維世界與四維空間的通道。我們有可能通過對黑洞的深入研究，找到克服四維空間的辦法，那樣的話，瓦普跳躍飛行就不再是夢想。現(xiàn)在科學家已經(jīng)證實，黑洞的存在確實會令周圍的空間極度扭曲。根據(jù)廣義相對論，光線在正常的空間里以直線傳播，但當空間扭曲時，光線會隨著空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進黑洞的光線拍照的話，我們就會發(fā)現(xiàn)，光線呈螺旋形指向黑洞中心，因為黑洞的巨大質(zhì)量已使周圍的空間扭曲得不成形了?！　诙吹囊蓡枺紫仁呛诙吹拇嬖谝诠馐橇Ｗ樱苋f有引力的作用而不能逃離黑洞，如果光被證明不是粒子，則該理論不存在；其次是絕大多數(shù)人認為脫離地球引力，一定要有第一宇宙速度，而空氣脫離地球引力，飄散到太空，從來不需要第一宇宙速度。尤其是氫氣，幾乎是被其他氣體趕出地球的，想擠回來都不行，根本稱不上逃離；第三，穩(wěn)定的黑洞外將有一層厚厚的大氣層，而大氣層的外面將會富集氫氣，從而引發(fā)核聚變，一個恒星的形象將出現(xiàn)在我們面前，如果是不斷塌縮的黑洞，宇宙的一切將被它吞噬，直到引發(fā)另一次爆炸；第四，人類所處的宇宙運動，主要是萬有引力的表現(xiàn)，世界的穩(wěn)定，是核斥力的表現(xiàn)，使得物質(zhì)不會進一步塌縮，而形成黑洞密度，需要另外一種力，這種力，人類至今沒有發(fā)現(xiàn)，而恒星的末期，都會產(chǎn)生爆炸，使其不會無限度增大質(zhì)量，人類已經(jīng)觀測到很多實際例證，但恒星爆炸對物質(zhì)的沖擊，都未引起導致黑洞形成的塌縮力，很難想象黑洞能夠自然形成。　　黑洞作為一個發(fā)展終極，必然引致另一個終極，就是白洞。其實膨脹的大爆發(fā)宇宙論中，早就碰到了原初火球的奇點問題，這個問題一直困擾著科學家們。這個奇點的最大質(zhì)量與密度和黑洞的奇點是相似的，但他們的活動機制卻恰恰相反。高能量超密物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，顯示黑洞存在的可能，自然也顯示白洞存在的可能。如果宇宙物質(zhì)按不同的路徑和時間走到終極，那么也可能按不同的時間和路徑從原始出發(fā)，亦即在大爆發(fā)之初的大白洞發(fā)生后，仍可能出現(xiàn)小爆發(fā)小白洞。而且，流入黑洞的物質(zhì)命運究竟如何呢？是永遠累積在無窮小的奇點中，直到宇宙毀滅，還是在另一個宇宙涌出呢？如果黑洞從有到無，那白洞就應從無到有。20世紀60年代的前蘇聯(lián)科學家開始提出白洞的概念，科學家做了很多工作，但這概念不像黑洞那么通行，看來自洞似乎更虛幻了。問題是我們已經(jīng)對引力場較為熟悉，從恒星、星系演化為黑洞有數(shù)理可循，但白洞靠什么來觸發(fā)，目前卻依然茫然無緒。　　宇宙有中心嗎　　太陽是太陽系的中心，太陽系中所有的行星都繞著太陽旋轉。銀河也有中心，它周圍所有的恒星也都繞著銀河系的中心旋轉。那么宇宙有中心嗎？一個讓所有的星系包圍在中間的中心點？　　看起來應該存在這樣的中心，但是實際上它并不存在。因為宇宙的膨脹一般不發(fā)生在三維空間內(nèi)，而是發(fā)生在四維空間內(nèi)的，它不僅包括普通三維空間（長度、寬度和高度），還包括第四維空間——時間。描述四維空間的膨脹是非常困難的，但是我們也許可以通過推斷氣球的膨脹來解釋它?！　∥覀兛梢约僭O宇宙是一個正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點，我們就住在這些點上。我們還可以假設星系不會離開氣球的表面，只能沿著表面移動而不能進入氣球內(nèi)部或向外運動，在某種意義上可以說我們把自己描述為一個二維空間的人?！　∪绻钪娌粩嗯蛎洠簿褪钦f氣球的表面不斷地向外膨脹，則表面上的每個點彼此離得越來越遠。其中，某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行，而且離得越遠的點退行速度越快。　　現(xiàn)在，假設我們要尋找氣球表面上的點開始退行的地方，那么我們就會發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)不在氣球表面上的二維空間內(nèi)了。氣球的膨脹實際上是從內(nèi)部的中心開始的，是在三維空間內(nèi)的，而我們是在二維空間，所以，我們不可能探測到三維空間內(nèi)的事物。同樣的，宇宙的膨脹不是在三維空間內(nèi)開始的，而我們只能在宇宙的三維空間內(nèi)運動。宇宙開始膨脹的地方是在過去的某個時間，即億萬年以前，雖然我們可以看到，可以獲得有關的信息，而我們卻無法回到那個時候。

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