愛因斯坦“重力論”適用于宇宙層面

    據(jù)科學(xué)家2010年3月公布的一項(xiàng)研究結(jié)果，愛因斯坦近一百年前提出的重力論不僅適用于對(duì)太陽周圍行星運(yùn)動(dòng)的解釋，同樣適用于解釋星系間的相互運(yùn)動(dòng)。

　　一項(xiàng)新的研究顯示，神秘的暗物質(zhì)和更加撲朔迷離的暗能量，并非物理學(xué)家們的妄想癥產(chǎn)物。數(shù)百年來，牛頓的萬有引力理論能很好的解釋地球上的各種重力現(xiàn)象，但當(dāng)將其運(yùn)用到天體運(yùn)行研究時(shí)，科學(xué)家們注意到了其中不一致的地方。

　　 1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論。他指出引力的本質(zhì)是物質(zhì)的存在造成了時(shí)空的扭曲。這一理論很快被應(yīng)用于天文學(xué)，并成功解決了一些神秘的問題，如水星軌道的輕微偏差。

    當(dāng)將愛因斯坦的相對(duì)論應(yīng)用于遙遠(yuǎn)的星系，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它們的引力作用要大于它們本身的質(zhì)量，由此科學(xué)家們推測(cè)有一種探測(cè)不到的神秘“暗物質(zhì)”存在。但時(shí)至今日，在星系研究層面對(duì)廣義相對(duì)論的驗(yàn)證一直沒有進(jìn)行。

    在這項(xiàng)新的研究中，來自普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家們分析了超過70000個(gè)明亮的橢圓星系的分布和運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)它們精確地遵循廣義相對(duì)論。

　　5.“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙

                        
“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙

　　根據(jù)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目科學(xué)家在2010年12月公布的最新數(shù)據(jù)，在大爆炸發(fā)生后瞬間，宇宙就像非常稠密、超熱液體一樣活動(dòng)。  

    最近，科學(xué)家們利用位于瑞士日內(nèi)瓦附近的大型強(qiáng)子對(duì)撞擊成功重現(xiàn)了大爆炸發(fā)生后瞬間的情形。實(shí)驗(yàn)人員將兩束鉛離子以接近光速的速度相撞。相撞產(chǎn)生了一種名為“夸克-膠子等離子體”的原始態(tài)物質(zhì)?？茖W(xué)家們認(rèn)為這種物質(zhì)態(tài)僅僅短暫存在于早期宇宙。

    顧名思義，這種“原始湯”由亞原子粒子夸克和膠子組成?？淇耸菐д姾傻馁|(zhì)子和電荷中性的中子的主要組成成分。這兩種粒子共同組成了原子核。而膠子則使用“強(qiáng)作用力”將夸克“膠合”在一起。

    常規(guī)情形下，這兩種亞原子粒子緊密結(jié)合。但是先前的實(shí)驗(yàn)證明，在極端高溫下，強(qiáng)作用力會(huì)變?nèi)?，因此這兩種粒子可能會(huì)分開。人們從而認(rèn)為，在宇宙早期的超高溫度環(huán)境下，夸克和膠子應(yīng)當(dāng)相互遠(yuǎn)離，因此其性質(zhì)應(yīng)當(dāng)很像氣體。但是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)否定了這一觀點(diǎn)：撞擊產(chǎn)生了大約10萬億攝氏度的極端高溫。雖然只持續(xù)了一瞬間，但是足以滿足科研人員的需求。他們發(fā)現(xiàn)在這一極端高溫下，強(qiáng)作用力比想象中的要強(qiáng)?？淇撕湍z子間的作用力仍較為顯著，因此可以說早期宇宙性質(zhì)更類似“液體”而非氣體。

6.新物質(zhì)或可解釋宇宙存在

新物質(zhì)或可解釋宇宙存在

　　大約在137億年前，大爆炸產(chǎn)生了大量物質(zhì)，這些物質(zhì)最終形成生命、宇宙及萬物?？茖W(xué)家在2010年8月表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)，或能幫助他們揭開宇宙存在之謎。

    這一新材料的設(shè)計(jì)初衷旨在用于探測(cè)電子的一種新“屬性”。電子存在于原子之中，圍繞原子核運(yùn)行?？蒲腥藛T表示，如果這一“未知屬性”被證實(shí)，那么將有望幫助科學(xué)家們解答物質(zhì)和反物質(zhì)“不對(duì)稱”的謎題。

    現(xiàn)有理論認(rèn)為，宇宙大爆炸將產(chǎn)生同樣數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)，也就是說任何事物都是“對(duì)稱”的。物質(zhì)和反物質(zhì)擁有相反的電性和磁場(chǎng)特性。當(dāng)兩者相遇便會(huì)發(fā)生“湮滅”，僅剩下“純粹”的能量。

    假如果真如此，那么宇宙中就不應(yīng)該存在任何物質(zhì)。但是物質(zhì)的存在，甚至我們本身的存在就說明正常物質(zhì)的行為必定和反物質(zhì)有些許不同，而并非完全“對(duì)稱”。

    此次的新理論預(yù)言電子存在一種名為“電偶極矩”（electric dipole moment）的屬性，這類似于一塊側(cè)鐵存在南北極一樣。電子表現(xiàn)出負(fù)電性，說明其電荷的分布不均。偶極矩就是電荷量和正負(fù)電荷中心之間的距離的乘積，在這一特定條件下可視為負(fù)電荷的空間分布不對(duì)稱。這種不對(duì)稱將打破物質(zhì)和反物質(zhì)之間的對(duì)稱性，這種不對(duì)稱使得物質(zhì)和反物質(zhì)粒子同時(shí)開始衰變，但是速率不同。從而允許物質(zhì)的存在。

    為了尋找電子的“電偶極矩”，科學(xué)家們制成了一種名為“銪鈦酸鋇”（europium barium titanate）的新型陶瓷材料。這種材料具備獨(dú)特的磁場(chǎng)和電場(chǎng)性質(zhì)，從而幫助科研人員探究這一難題。

 　　7.宇宙弦引發(fā)伽馬射線爆發(fā)

宇宙弦引發(fā)伽馬射線爆發(fā)

　　科學(xué)家在2010年8月公布的一項(xiàng)研究中宣稱，遙遠(yuǎn)宇宙中稍縱即逝但強(qiáng)度很大的“火球”可能是由看不見的宇宙弦——時(shí)空中的超密度瑕疵——拉拽產(chǎn)生的。

    伽馬射線是最高能形式的光線。伽馬射線暴則是宇宙中最明亮的事件之一。它大約每天在宇宙的某處發(fā)生一次。以便距離極其遙遠(yuǎn)——有些遠(yuǎn)達(dá)130億光年，但仍然能被地球附近的觀測(cè)設(shè)備探測(cè)到。

    伽馬射線暴持續(xù)可見的時(shí)間從數(shù)秒到數(shù)分鐘不等?？茖W(xué)家們認(rèn)為這些長時(shí)間的射線暴是由大質(zhì)量恒星核的塌縮并爆發(fā)造成的。但另外一些伽馬射線暴則持續(xù)很短時(shí)間，遠(yuǎn)短于一秒，科學(xué)家對(duì)此的成因不了解。

    但在2008年和2009年間，美國宇航局的“雨燕”（Swift）伽馬射線衛(wèi)星探測(cè)到兩次持續(xù)很短的伽馬射線暴，但引人注意的是其能量相當(dāng)高，遠(yuǎn)高于同類。香港大學(xué)鄭廣生教授等人的研究認(rèn)為這很可能是由超導(dǎo)電性的宇宙弦震動(dòng)造成的。

　　8.銀河系中心發(fā)現(xiàn)神秘氣泡狀結(jié)構(gòu)

銀河系中心發(fā)現(xiàn)神秘氣泡狀結(jié)構(gòu)

　　天文學(xué)家在2010年11月表示，兩個(gè)前所未見的釋放伽馬射線的大氣泡狀結(jié)構(gòu)正在銀河系中心不斷膨脹。

    這是兩個(gè)之前不為人所知的巨大結(jié)構(gòu)，由美國宇航局費(fèi)米伽馬射線探測(cè)器發(fā)現(xiàn)。這兩個(gè)氣泡結(jié)構(gòu)沿銀河系平面上下方向延伸超過25000光年。

    普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家大衛(wèi)·斯伯格（David Spergel）在一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上說：“我們”一直認(rèn)為自己對(duì)銀河系已經(jīng)非常了解，但是很顯然這一發(fā)現(xiàn)說明在銀河系的中心存在一種巨大的高能事件。

    伽馬射線是具有最高能級(jí)的光線形式。在宇宙中它們通常源自高能事件或天體，如超新星爆發(fā)、黑洞或中子星。目前科學(xué)家們對(duì)于這一巨大的泡狀結(jié)構(gòu)成因和能量來源尚不了解。

　　9.愛因斯坦相對(duì)論影響地球生物衰老速度

愛因斯坦相對(duì)論影響地球生物衰老速度

　　根據(jù)科學(xué)家在2010年9月公布的一項(xiàng)研究，我們站在樓梯上時(shí)的年衰老速度，要比站在平地上稍快一些。愛因斯坦相對(duì)論的玄妙之處就是其對(duì)時(shí)間的作用，而最新發(fā)現(xiàn)與這種作用聯(lián)系起來，首次向世人展示了相對(duì)論如何影響實(shí)現(xiàn)世界的距離和時(shí)間構(gòu)架。

    根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論，時(shí)間并非均勻流逝，而是會(huì)由于加速度的存在而變化。由于這一機(jī)制的作用，對(duì)于同一觀測(cè)者而言，一臺(tái)高速運(yùn)動(dòng)中的鐘要比一臺(tái)靜止?fàn)顟B(tài)下的鐘走得慢。這一原理是著名的“雙生子佯謬”的基礎(chǔ)。這一佯謬的內(nèi)容是：如果一堆雙胞胎中的一個(gè)被送入高速飛行的飛船內(nèi)，當(dāng)然返回地面時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的兄弟比自己老了許多。

    廣義相對(duì)論同時(shí)也指出：重力加速度也會(huì)輕微地減慢時(shí)間。這就意味著：如果你所在的地方重力更大（更接近地心），你所經(jīng)歷的時(shí)間更慢，你的衰老速度變慢了。

　　10.巴克球之謎揭開

巴克球之謎揭開

　　天文學(xué)家在2010年7月宣布，他們?cè)谝活w死亡恒星的殘骸中發(fā)現(xiàn)了巴克球(Buckyball)，這是科學(xué)家首次在太空中發(fā)現(xiàn)這種神秘物質(zhì)。巴克球是由60個(gè)碳原子組成的一種天然分子，形成穩(wěn)定、空心的球體。

    盡管巴克球的直徑還不到一米的數(shù)十億分之一，但這仍然是迄今在太空發(fā)現(xiàn)的最大分子。巴克球是富勒烯的一種，最早在1970年，人們首次預(yù)言它的存在。1985年，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中模擬富碳的老年恒星環(huán)境時(shí)首次意外證實(shí)它的存在。這一球體分子之所以被稱為“巴克球”是為了紀(jì)念建筑師巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller），他設(shè)計(jì)的測(cè)地線拱頂和這個(gè)分子的樣子看上去很像。發(fā)現(xiàn)巴克球的化學(xué)家還因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

    之后，人們?cè)陔E星、地球巖石，以及蠟燭煤灰中都檢測(cè)出了巴克球。而納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得科學(xué)家有能力將這些巴克球制成高強(qiáng)度的碳納米管材料，用以制造自行車架以及網(wǎng)球球拍。現(xiàn)在它又開始應(yīng)用于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。

    但多年來天文學(xué)家在宇宙空間尋找巴克球的努力一直沒有結(jié)果。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的第一作者，加拿大西安大略大學(xué)的簡·卡米（Jan Cami）說：“我們堅(jiān)信巴克球存在于宇宙之中，因?yàn)樗俏覀冊(cè)诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)的最穩(wěn)定物質(zhì)之一。但直到現(xiàn)在我們才第一次真正找到它?！?SPAN>(孝文 晨風(fēng)) 

宇宙無限說引出的佯謬

人類將眼光延伸到銀河系以外的廣闊宇宙時(shí)，曾經(jīng)一度認(rèn)為宇宙是無限的。宇宙究竟是有限的還是無限的？如果是有限的，那么它的起源是什么？邊界又在哪里？如果宇宙是無限的，它那無限多的星星為什么沒有將我們地球的黑夜照亮？其實(shí)這兩個(gè)問題是統(tǒng)一的，都能在宇宙大爆炸學(xué)說中得到合理的解釋。假如我們現(xiàn)在還不知道宇宙大爆炸學(xué)說，我們同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙無限的說法會(huì)遇到麻煩，因?yàn)槲覀兏鶕?jù)“無限的宇宙”居然推出了一些似是而非、不合實(shí)際的推論。在物理學(xué)中，對(duì)于這類貌似合理又不著邊際的推論有一個(gè)稱呼——佯謬。下面陳述的幾個(gè)佯謬，反過來似乎支持了宇宙是有限的說法。

(1)．光度佯謬

如果宇宙是無限的，恒星大致均勻分布其間，那么它們的發(fā)光總效果應(yīng)該使天空的光度無限大。考慮到天體之間互有遮蔽，天空的光度就應(yīng)該是一個(gè)不變的常數(shù)，也就是說，白天、黑夜一樣明亮。德國人奧伯斯（1758—1840）對(duì)這個(gè)問題做了系統(tǒng)的討論，所以后人又稱之為“奧伯斯佯謬”。而現(xiàn)實(shí)中的晝夜分明，只能說明“無限宇宙”的說法是有問題的，晝夜分明這一世人皆知的事實(shí)在宇宙大爆炸的理論框架下才有了像樣的解釋。

(2)．引力佯謬

        德國人西利格爾（1849—1924）指出，如果宇宙是無限的，那么它必然分布著無數(shù)的恒星，根據(jù)萬有引力定律，所有天體之間都具有這種無處不在的引力作用，那么對(duì)于任何一個(gè)天體，在任何方向上都會(huì)受到無限大的引力，其總的效果將使每個(gè)天體直到宇宙中的一切，都將被撕得粉碎?？墒牵F(xiàn)實(shí)中的宇宙天體并非如此結(jié)局，這就從反面證實(shí)了“無限宇宙”是謬誤的。   

  (3)．死寂佯謬

    奧地利物理學(xué)家克勞修斯（1822—1888）認(rèn)為，宇宙的能量應(yīng)該是守恒的，宇宙的能量總是朝著一個(gè)越來越無序的熱力學(xué)方向轉(zhuǎn)移，這個(gè)過程不可逆轉(zhuǎn)。因此，宇宙越是發(fā)展，其變化能力就越小，整體就越接近無序狀態(tài)。一旦達(dá)到某種程度，一切變化將會(huì)停止，便出現(xiàn)了“永恒的死寂”。這個(gè)容易引起世人恐怖的“死寂說”，只有在現(xiàn)代宇宙理論中才能得以澄清。
    上述的揚(yáng)謬說明，宇宙不應(yīng)該是無限的。