科學家至今也解釋不了的5種關於宇宙的深奧問題

宇宙到底有多大

自從人類有了自我意識之後，就一直在不停地追問：世界到底有多大？中華文明具有五千多年的悠久歷史，其中不乏一些偉大的思想家對這一問題進行深入思考。中國最早的浪漫主義詩人屈原在《天問》

等一系列文章中就曾對此做過詳細的追問，並提出了「世界是有限的」理論。此後各個學派的大師們都從自己的觀點出發，對此問題進行了解答。譬如，魏晉南北朝時期的郭象提出的「獨化論」，融合了中國古代「無」和「有」兩種觀點，提出了最初的宇宙生成論，也回答了世界是有限還是無限的問題。

主張宇宙是無限的思想家、科學家也是古今中外皆有。例如中國古代具有樸素辯證思維的哲學家揚雄，外國的天文學家布魯諾、物理學家牛頓、大哲學家和科學家萊布尼茨。這一論調最著名的當屬德國天文學家奧伯斯於1826年正式完成的「奧伯斯佯謬」。他認為若恆星均勻分布在靜止無限的歐幾里得空間中，則夜空的亮度應與恆星表面亮度相等，而事實上夜空是黑暗的。這一矛盾就產生了兩個可能性的結論：若宇宙是無限的，則萬有引力定律並非普遍適用；反之，宇宙必定是有限的。實際上，希望得到「宇宙無限論」的科學家們都是在使用邏輯學中的反證法，不斷對「宇宙有限論」進行證偽，從而使自己的觀點成立。

人類歷史上迄今為止最偉大的科學家愛因斯坦曾提出過「有限宇宙說」

，即「把宇宙看做是一個在空間尺度方面的有限閉合的連續區」，並從宇宙物質均勻分布的前提出發，在數學上建築了一個前所未有的「無界而有限」、「有限而閉合」的「四維連續體」，即一個封閉的宇宙。根據這一理論，在宇宙上任何一個點發出的一道光線，將會沿著時空曲面在100億年後返回它的出發點。

不過，關於「宇宙有多大」這一問題的討論都是基於目前人類的時間和空間觀念來思考的。也就是說，人們對這一問題思考的前提是把宇宙看做在時間上有起點、在空間上有限度的想像模型來對待，同時又是依據對宇宙的探測來估算宇宙的大小。然而，隨著人類認知程度的不斷進步，這種時空觀有待於商榷，宇宙在發展上的階段性和延續性都並非如目前所知的那樣是直線或單線性的。

1986年，英國科學家斯蒂芬霍金等人發現了離地球200億光年的類星體，這幾乎成為了我們可見的宇宙的邊緣。但是，這並不是說天文學上的觀測極限就代表了宇宙的邊際。超出觀測極限之外的宇宙也沒有任何證據說明是不存在的。

在如今高尖端的科技領域，「暗物質」的提出更加深了宇宙界限的難題。介於人們對各種未知領域的「暗物質」知之甚少，「宇宙有多大」這一問題還將長期成為一大未解之謎。

「星體殺手」——黑洞之謎

在浩瀚的宇宙中，存在這樣一種特殊的天體：它能夠產生極為強大的吸引力，會吞噬周遭引力範圍內所有的物質，甚至連光都無法倖免。由於它看上去類似一個巨大的黑漆漆的洞穴，因此被人們命名為「黑洞」。

人們對於黑洞的認知可以追溯到1789年，由當時著名的法國數學家拉普拉斯提出。

雖然他只是提出黑洞的初步構想，卻震驚了世界，引起了學術界的關注。隨著科學基礎理論的不斷發展，科學家們逐漸開始用愛因斯坦的廣義相對論去解釋和研究黑洞。1939年，美國物理學家奧本海默對黑洞進行了系統的研究，肯定了黑洞的存在。隨後的幾十年，人們通過天文觀測不斷對黑洞的成分和運動規律進行研究，提出來一些新的理論。1975年，被稱為「愛因斯坦後最偉大的物理學家」的史蒂芬霍金（已故）提出「黑洞悖論」，他認為黑洞在形成之後會向外輻射能量，結果會使黑洞自身因為能量消失殆盡而消亡；隨同其一起消失的還包括被黑洞吸入的信息。然而根據霍金最新的研究表明，這一二十幾年前的悖論站不住腳了。

根據人們目前對黑洞的認知程度，有幾個重要問題至今成謎：

首先，黑洞究竟是如何形成的？目前，一部分學者認為黑洞在最初的時候並不是一種有別於其他星體的特殊存在，而恰恰是由這些恆星慢慢演變而成的。他們認為恆星在不斷消耗自身的能量後，會逐步進入晚期的蛻變，最終在自身的引力下開始坍縮。當這種坍縮星體的質量超過太陽的3倍時，其坍縮產物便形成了黑洞，並開始吸引和吞噬周遭的物質。還有一部分學者認為最初的黑洞確實是一種有別於其他正常星體的天體，而且它的形成要追溯到最初的宇宙大爆炸時。大爆炸產生的巨大力量把一些物質緊密地擠壓在了一起，從而形成了最初的「原生黑洞」。

其次，黑洞究竟是由什麼構成的？對黑洞的形成，不同學者提出了不同的觀點，所以關於黑洞的構成問題目前也是眾說紛紜。一種觀點認為：黑洞是由巨大的旋轉中的「暗能量」構成。「暗能量」以超越光速的速度旋轉，

從而產生了吞噬一切的吸引力，並且由此逐漸彙集宇宙散布的其他物質，最終能夠形成星系或星系團。而另一種觀點源於黑洞形成的坍縮理論，它認為黑洞的吸引力主要來源於一顆或多顆星體坍縮時形成的巨大質量。20世紀70年代，美國物理學家惠勒推斷出黑洞只需要一個物理量，即黑洞的構成並不複雜，也並不涉及化學成分。他的這一觀點也受到一些學者的認同。

再次，被黑洞吸入的物質到哪裡去了？通常人們認為，黑洞是一個巨大的「吸納器」，被它吞噬的物質就再也無法逃出，最終消失了。其實不然，科學家們根據宇宙間物質能量守衡的理論推斷，被黑洞吸進去的物質，一定會通過其他形式再重新返回到宇宙當中。而被黑洞返還給宇宙的其他形式，最有可能的就是包括x射線的各種能量。1965年，人們根據白天鵝星座射來的x射線，找到了一顆編號為HDE226868的星體。這顆質量為太陽30倍的巨大星體高速旋轉，很有可能就是x射線的射線源。這一發現證實了被黑洞吸入的物質並不會憑空消失。此後一系列的天文發現也證實，黑洞的不斷成長與宇宙間增加的能量變動密不可分。

關於黑洞，我們的認識還遠遠不夠。近年來，一些專家學者不斷提出新的假設和構想，比如一部分人認為，黑洞不是把所有的物質不加選擇地囫圇吞入，而會放棄一些特殊的星體或類星體。換句話說，也有可能並不是所有的物質都會被黑洞所吞噬，會有一些物質因為某些原因「逃過一劫」。當然，以我們人類的時間和空間標準判斷，這一切離我們所居住的地球還算遙遠。我們的家園暫時還不會面臨著這一宇宙間「星體殺手」的威脅。

黑洞的孿生兄弟——白洞真的存在嗎

隨著人們對黑洞研究的不斷深入，一個顯而易見的問題隨之而來：被黑洞吸入的物質都消失了嗎？根據宇宙間的物質守衡理論，顯然它們不會憑空消失。於是，一些科學家根據愛因斯坦的廣義相對論，提出宇宙間可能存在另一種與黑洞截然相反的假想天體——白洞。

黑洞的特性就是只進不出，無情地吞噬著引力範圍內的一切物質。而白洞則與其恰恰相反，它允許內部的超高密度物質離開它的邊界，進入廣袤的太空之中，卻不允許任何物質進入它的邊界，是與黑洞對立的天體。白洞類似一個無窮無盡的源泉，向外界發出輻射，拋出最終能夠構成氣體和恆星的物質。白洞的提出主要是高能天體物理研究的需要，例如人類逐漸發現的宇宙中x射線爆發、y射線爆發、以及脈衝星和類星體，這些發現已經無法用我們已知的物理學規律進行解釋。例如20世界60年代人們發現的類星體體積極小，卻有著恆星一般的高亮度。因此人們猜測可能存在我們未知的特殊星體，那就是具有「創造力」的白洞。

可見，白洞的提出極富辯證性。科學家們認為黑洞是宇宙間物質相互吸引的極端現象，它的直接結果就是星體「大坍縮」；而白洞則是宇宙間物質相互排斥的極端現象，它的直接結果則是「大爆炸」或「大膨脹」。如此，可以解釋宇宙間整體的能量均衡是怎樣運作的。

那麼，倘若真有白洞存在，它究竟是怎樣產生的呢？它源源不斷噴發出來的物質又是從何而來呢？有的科學家認為，白洞和黑洞是彼此相通的，二者之間有一條通道，被黑洞吸進的物質最終將從白洞噴出。當然，這些物質經過黑洞的消化，以「熱輻射」的方式穩定地向外發射粒子，即「自發蒸發」。英國著名的大科學家霍金，在研究黑洞時，提出了自己的白洞形成假設。他認為黑洞具有與其質量成反比的溫度，自發蒸發使它的溫度升高，質量減少，並反過來使自發蒸發加劇。由於這種反覆的正反促進，使黑洞的蒸發越來越強，最終以反收縮的方式猛烈爆發，形成了不斷向外噴射物質的白洞。他的這一觀點得到了很多人的贊同，於是，他們提出了「白洞就是由黑洞形成的」這一假說。

蘇聯科學家諾維科夫認為白洞的形成與宇宙大爆炸密不可分。他認為宇宙大爆炸的最初階段，爆發力並不是均勻分配，有些超高密度的物質並沒有立刻膨脹，而是繼續積蓄能量。這些物質成為新的局部膨脹的核心，這些核心有的甚至在上百億年後才會爆炸。這些核心就是我們所認知的白洞。

當然，以目前人類的科技水平，還無法找到白洞確實存在的科學依據。對於黑洞和白洞之間的吞吐關係，也只是停留在人們富有哲學思辨性的假想階段。因此，對於這對「孿生兄弟」的一切，還都是無法解開的迷團。

星體之間會互相吞噬嗎

宇宙是個十分遼闊的空間，宇宙間的星體都具有各自的運行軌道，距離也十分遙遠。它們在運動過程中很少會彼此接近，絕大部分都是各行其是、涇渭分明。但經過觀測和研究，人們發現星球之間也存在互相吞噬、相互滅絕的「弱肉強食」現象，科學家把這類星體稱為宇宙中的「殺星」。

20世紀80年代，美國天文學家們發現，宇宙中的星體並非人們之前想像的那麼和諧，而是也類似於大自然優勝劣汰的規律一樣，存在著互相「殺害」的慘劇。前不久，美國天文學家發現了兩顆進入晚年的行星，屬於白矮星。它們的體積很小但質量卻比太陽大得多。經觀測發現，這兩顆星體靠得很近，互相圍繞對方旋轉運動。然而，其中較大的行星，時刻都在吞噬著那顆較小的兄弟行星。這種吞食殘酷異常，較大的星體不斷將較小星體的外層物質剝離開，吸附到自己身上，使自己的體積和質量越來越大。而被吸食的小星體則是體積和質量越來越小，最後將只能剩下一個星核，步入死亡滅跡的路程。

更令科學家們震驚的是，這種自相殘殺的可怕行為並不僅僅存在於星體之間，連浩瀚的星系之間也存在著這種殘酷的競爭。科學家們用計算機做過一次星系間吞噬的模擬實驗：用兩組質點代表星系內的恆星，分布在兩個平面內，由於引力作用以一定的規律相向而行，逐漸趨於混合。在一定條件下，兩個扁平星系經過混合能發展成一個橢圓星系。這就證明了宇宙中普遍存在的橢圓星系就是由兩個旋渦扁平星系互相碰撞和吞噬而成。

根據天文學家的觀測，宇宙中除旋渦扁平星系和橢圓星系外，還有一種環狀星系。這類星系分布在環狀圈內，有時環中央沒有任何天體，有時則有，有時環上還有節點。一些科學家認為，這種環狀星系就是由兩個星系碰撞和吞噬後形成的。星系中間的天體或者節點就是當時吞噬後留下的痕迹。近年，加拿大天文學家科門迪在觀測中發現，某些巨型橢圓形星系的亮度分布異常，在其中心部分另有一個小星核。他推測，這就是一個質量較小的橢圓星系被目前這個巨型橢圓星系吞噬後的「證據」。

當然，對浩瀚的星系和遙遠的星體而言，人類所能了解和觀測的範圍還微不足道；更何況天體或星系之間的吞噬過程異常緩慢，人類的紀年無法完整地記錄下這種巨大的變遷。因此，這些科學家們的推論還有待於進一步完善和考證。

恆星的結局會怎樣

恆星是由熾熱氣體組成的，能夠自己發光的球狀和類球狀星體。我們所居住的太陽系就是以太陽這顆恆星為核心所形成和運動的。太陽的形成時間和壽命當然大大超出了人類所能經歷的範圍，但是根據科學家們的研究發現，像太陽這樣的恆星也是有壽命的。像其他天體一樣，恆星也會經歷一個從幼年到壯年，最後步入老年的「生命過程」。只不過一顆恆星所經歷的這一演變往往要經歷上百億年的時間。

科學家們發現，恆星只有經過了幼年才能成為一顆真正的星體，幼年的恆星並不穩定，它在收縮的過程中溫度不斷升高。當它的溫度上升到1000萬度以上時，恆星開始變得比較穩定，正式進入了成年的階段。成年後的恆星在宇宙中顯得十分耀眼，為其他星體的生存提供了環境和能量。然而，當恆星燃燒越來越強，溫度越來越高時，就會慢慢轉變成一顆紅巨星。紅巨星的體積非常大，它往往是恆星自身體積膨脹前的上億倍。而且由於紅巨星是步入了晚年的恆星，所以它的溫度沒有原來時那樣高，顏色也就變成了黯淡的紅色。儘管如此，紅巨星龐大的體積仍然使它成為宇宙中最為閃亮的星體。

紅巨星的形成意味著這顆恆星進入了遲暮之年，它的中心部分多次收縮，不斷向外拋射物質，剩下的物質決定了恆星的最終結局。如果恆星最後剩下的物質質量M

紅巨星所剩質量在1.4～2M⊙之間的恆星會變成中子星。中子星的密度極高，每立方厘米可達10億噸。據科學家們的觀測，目前已知的中子星達到500多顆。而質量大於2M⊙的恆星則在能量耗盡後開始無限制地收縮。此時，無限收縮的引力越來越大，連光子都能被它吸進去而無法逃脫。這就是我們通常所認為的黑洞。科學家們認為，這也就是最通常情況下黑洞得以產生的原因。

太陽至今仍處於「青壯年」期，仍屬於生機勃勃的階段，暫時不會發生「死亡」的悲劇。但是，作為關係到我們人類生存的能量之源，人類仍然無時無刻不在關注著太陽的變化。

恆星的結局終向何方，至今人類也只是停留在假想階段。這些理論的形成有賴於天文學家觀測和對已知星體結構的分析，所以並不能夠徹底解開這一重大的未解之謎。

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