現(xiàn)代科技博覽

內(nèi)容概要

本書是一部介紹宇宙知識(shí)自科普圖書。
宇宙是萬物的總稱，是時(shí)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(yùn)動(dòng)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(chǔ)宇宙知識(shí)、宇宙的奇思妙想、宇宙運(yùn)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(shí)
 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(shí)間與時(shí)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(rèn)識(shí)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(yùn)動(dòng)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(gòu)成的質(zhì)疑
 宇宙中磁性最強(qiáng)的天體
 第一顆星星
第二章 宇宙的奇思妙想
 宇宙的命運(yùn)
 宇宙未來
 宇宙是否有限
 未來宇宙科學(xué)
 有限宇宙
 反物質(zhì)是否真實(shí)存在
 神秘物質(zhì)穿越物體不留痕跡
 神秘莫測的時(shí)空隧道
 超光速研究
 夜黑是因?yàn)橛钪嬖谂蛎?br /> 時(shí)光隧道
 突破光速極限
 光線靜止
 時(shí)光之旅
第三章 宇宙運(yùn)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(xué)
 最強(qiáng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律
 宇宙旋渦的形成與平復(fù)
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(jìn)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(shí)現(xiàn)超光速飛行
 260光年的神秘?zé)嵬列切纬芍i
 哈勃太空望遠(yuǎn)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(jìn)入太空的動(dòng)物是什么
 肉眼能看到多少個(gè)星系
 月球是什么味道的
第五章 十大著名爆炸
 最遙遠(yuǎn)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(zāi)難
第六章 寥廓的空字
 如何營造一個(gè)宇宙
 歡迎光臨太陽系
 和諧宇宙
 2012年強(qiáng)太陽風(fēng)暴襲擊地球可能釀巨大災(zāi)難
 宇宙環(huán)境特點(diǎn)
 過去、未來和宿命

章節(jié)摘錄

　　黑洞　　黑洞是廣義相對論預(yù)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(gè)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(qiáng)以至于包括光子在內(nèi)的任何物質(zhì)只能進(jìn)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(shí)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(xué)觀點(diǎn)的解釋，黑洞其實(shí)也是個(gè)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(jìn)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(xué)家認(rèn)為光的速度比黑洞慢，所以被吸進(jìn)去，當(dāng)速度比黑洞快時(shí)就可能穿過黑洞邊緣?！　V義相對論認(rèn)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(yùn)動(dòng)。質(zhì)量達(dá)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(gè)太陽質(zhì)量的恒星，會(huì)變成白矮星。天文學(xué)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(yù)測有黑洞解。其中最簡單的球?qū)ΨQ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(gè)重力天體的半徑小于一個(gè)特定值，天體將會(huì)發(fā)生坍塌，這個(gè)半徑就叫做史瓦西半徑。在這個(gè)半徑以下的天體，其中的時(shí)空嚴(yán)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(gè)天體的中心。因?yàn)橄鄬φ撝赋鲈谌魏螒T性坐標(biāo)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(gè)由理論上無限密度組成的點(diǎn)組成重力奇點(diǎn)。由于在史瓦西半徑內(nèi)連光線都不能逃出黑洞，所以，一個(gè)典型的黑洞確實(shí)是絕對“黑”的。目前公認(rèn)的理論認(rèn)為，黑洞只有三個(gè)物理量可以測量到：質(zhì)量、電荷、角動(dòng)量。也就是說，對于一個(gè)黑洞，一旦這三個(gè)物理量確定下來了，這個(gè)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(gè)定理卻只是限制了古典理論，沒有否認(rèn)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(huì)以光束發(fā)射強(qiáng)大的引力波，新的黑洞會(huì)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(shù)”，人們無法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(huì)在引力場作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線，因?yàn)閺?qiáng)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(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線會(huì)通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)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(shù)。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(dá)地球，它朝其他方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的正面，還同時(shí)看到它的側(cè)面甚至背面?！　『诙吹漠a(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(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過程立即停止，被壓縮成一個(gè)密實(shí)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(jìn)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(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)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(gè)密度當(dāng)量星體，密度最小的當(dāng)然是恒星，黑洞是物質(zhì)的終極形態(tài)，黑洞之后就會(huì)發(fā)生宇宙大爆炸，能量釋放出去后，又進(jìn)入一個(gè)新的循環(huán)。　　通常恒星的最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于裂變與聚變，氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會(huì)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(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)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(dǎo)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(xué)家霍金，在1974年證明黑洞有一個(gè)不為零的溫度，有一個(gè)比其周圍環(huán)境要高一些的溫度，依照物理學(xué)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(gè)黑洞會(huì)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(huì)消失。處于時(shí)間與空間之間的黑洞，使時(shí)間放慢腳步，使空間變得有彈性，同時(shí)吞進(jìn)所有經(jīng)過它的一切。1969年，美國物理學(xué)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(xué)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(shí)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(huì)消失在茫茫太空中。一般說來，可能直到這些粒子消失時(shí)，我們都未曾有機(jī)會(huì)看到它們?！　『诙赐ǔＪ且?yàn)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(huì)嚴(yán)重影響吸積流的幾何與動(dòng)力學(xué)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(dāng)吸積氣體接近中央黑洞時(shí)，它們產(chǎn)生的輻射對黑洞的自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)黑洞和視界的存在提供了強(qiáng)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(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)的。天體物理學(xué)家用“吸積”這個(gè)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(dòng)。吸積是天體物理中最普遍的過程之一，而且也正是因?yàn)槲e才形成了我們周圍許多常見的結(jié)構(gòu)。在宇宙早期，當(dāng)氣體朝由暗物質(zhì)造成的引力勢阱中心流動(dòng)時(shí)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(jìn)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(dāng)中央天體是一個(gè)黑洞時(shí)，吸積就會(huì)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(huì)發(fā)出耀眼的光芒，體積會(huì)縮小，甚至?xí)ā．?dāng)英國物理學(xué)家史迪芬·霍金，于1974年做此預(yù)言時(shí)，整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍，他結(jié)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(shí)消耗黑洞的能量和質(zhì)量。我們可以認(rèn)定一對粒子會(huì)在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)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(huì)有兩種情況發(fā)生：兩粒子湮滅或一個(gè)粒子被吸人黑洞。在黑洞附近創(chuàng)生的一對粒子其中一個(gè)反粒子會(huì)被吸人黑洞，而正粒子會(huì)逃逸，由于能量不能憑空創(chuàng)生，我們設(shè)反粒子攜帶負(fù)能量，正粒子攜帶正能量，而反粒子的所有運(yùn)動(dòng)過程可以視為是一個(gè)正粒子的為之相反的運(yùn)動(dòng)過程，如一個(gè)反粒子被吸人黑洞可視為一個(gè)正粒子從黑洞逃逸。這一情況就是一個(gè)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(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的損失，當(dāng)黑洞的質(zhì)量越來越小時(shí)，它的溫度會(huì)越來越高。這樣，當(dāng)黑洞損失質(zhì)量時(shí)，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(jì)，因?yàn)榇蠛诙摧椛涞帽容^慢，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸?！　?jù)最新的研究資料介紹，科學(xué)家認(rèn)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(huì)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(huì)產(chǎn)生新的問題，例如蟲洞是怎么形成的等等。黑洞事實(shí)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(xué)家已經(jīng)證實(shí)，黑洞的存在確實(shí)會(huì)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(dāng)空間扭曲時(shí)，光線會(huì)隨著空間扭曲的方向而扭曲。如果能給一束射進(jìn)黑洞的光線拍照的話，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，光線呈螺旋形指向黑洞中心，因?yàn)楹诙吹木薮筚|(zhì)量已使周圍的空間扭曲得不成形了?！　诙吹囊蓡?，首先是黑洞的存在要基于光是粒子，受萬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(rèn)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(huì)富集氫氣，從而引發(fā)核聚變，一個(gè)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(yùn)動(dòng)，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(huì)進(jìn)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(huì)產(chǎn)生爆炸，使其不會(huì)無限度增大質(zhì)量，人類已經(jīng)觀測到很多實(shí)際例證，但恒星爆炸對物質(zhì)的沖擊，都未引起導(dǎo)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(gè)發(fā)展終極，必然引致另一個(gè)終極，就是白洞。其實(shí)膨脹的大爆發(fā)宇宙論中，早就碰到了原初火球的奇點(diǎn)問題，這個(gè)問題一直困擾著科學(xué)家們。這個(gè)奇點(diǎn)的最大質(zhì)量與密度和黑洞的奇點(diǎn)是相似的，但他們的活動(dòng)機(jī)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(shí)間走到終極，那么也可能按不同的時(shí)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(yùn)究竟如何呢？是永遠(yuǎn)累積在無窮小的奇點(diǎn)中，直到宇宙毀滅，還是在另一個(gè)宇宙涌出呢？如果黑洞從有到無，那白洞就應(yīng)從無到有。20世紀(jì)60年代的前蘇聯(lián)科學(xué)家開始提出白洞的概念，科學(xué)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(zhuǎn)。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(zhuǎn)。那么宇宙有中心嗎？一個(gè)讓所有的星系包圍在中間的中心點(diǎn)？　　看起來應(yīng)該存在這樣的中心，但是實(shí)際上它并不存在。因?yàn)橛钪娴呐蛎浺话悴话l(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(shí)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(shè)宇宙是一個(gè)正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點(diǎn)，我們就住在這些點(diǎn)上。我們還可以假設(shè)星系不會(huì)離開氣球的表面，只能沿著表面移動(dòng)而不能進(jìn)入氣球內(nèi)部或向外運(yùn)動(dòng)，在某種意義上可以說我們把自己描述為一個(gè)二維空間的人。　　如果宇宙不斷膨脹，也就是說氣球的表面不斷地向外膨脹，則表面上的每個(gè)點(diǎn)彼此離得越來越遠(yuǎn)。其中，某一點(diǎn)上的某個(gè)人將會(huì)看到其他所有的點(diǎn)都在退行，而且離得越遠(yuǎn)的點(diǎn)退行速度越快?！　‖F(xiàn)在，假設(shè)我們要尋找氣球表面上的點(diǎn)開始退行的地方，那么我們就會(huì)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(shí)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(yùn)動(dòng)。宇宙開始膨脹的地方是在過去的某個(gè)時(shí)間，即億萬年以前，雖然我們可以看到，可以獲得有關(guān)的信息，而我們卻無法回到那個(gè)時(shí)候。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    現(xiàn)代科技博覽 PDF格式下載

---