物理世界奇遇记-第12部分
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们可以看出，它是已经改变了。”
汤普金斯先生皱着眉头问：“我们看到了吗？”
“是的。你应该记住，光的速度是有限的；光从遥远的天体
传到我们这里是要花一些时间的。当你在考察空间遥远的深处时，
你也就是在考察时间遥远的过去。举例来说，”她望着窗外说；
“太阳发出的光要花８分钟才能到达我们这里，这就是说，我们
现在看到的太阳光是它在８分钟以前的模样——而不是此时此刻
的模样。对于像仙女座中的星系那些更为遥远的天体，情况也是
这样。你一定看见过那个星系的照片，你可以在各种天文学书籍
中找到它们。那个星系离开我们大约有１００万光年，所以，那
些照片所表现的是它在１００万年前的模样。”
“你想说明什么问题呢？”
“我想说明的问题是，”她接着说，“马丁？赖尔发现，他
越深入地探索空间的深处，换句话说，他越深入地回顾时间的过
去，在给定的体积内存在的星系数量就越多。如果宇宙确实随着
时间而逐渐变得稀松的话，那么，这正好是我们应该预料到的结
果——宇宙在过去要比现在更密实一些。”
“在昨天的歌剧快结束时，他们提到过这一点，对吗？”汤
普金斯先生问道。
“对极了。不仅如此，我们现在还知道，就连星系自身的性
质也随着时间而改变了。有一个时期，也就是星系在大爆炸后刚
刚形成不久，它们燃烧发出的光要比今天亮得多；当它们处在这
种状态中时，我们便管它们叫做类星体。类星体只出现在很遥远
的地方，这就意味着，它们只存在于非常遥远的过去，目前并不
存在——这又一次违背了宇宙不变的想法。
“得，我开始被你说服了。”他承认了。
“不过，我还没有说完呢，”她坚持要说下去，“就拿原初
原子核丰度来说吧……”
“那是什么？”
“是来自大爆炸的各种不同粒子的比例。你知道，在大爆炸
的早期阶段，所有的东西都是非常热的，每一种东西都随意快速
地运动，彼此迎头撞击。在那个阶段，宇宙中存在的一切都是亚
原子核粒子（中子和质子）、电子和其他基本粒子。你找不到任
何重原子的原子核。不久，由于中子和质子聚合在一起，形成了
第一个原子核，但是，在紧接着的一系列碰撞中，它又被击开而
破坏掉了。后来，随着宇宙的膨胀和冷却。碰撞变得不像过去那
样频繁，也不那么猛烈，只有到这个时候，新形成的原子核才能
一直存在下去。于是，我们就有了这种原初核合成——这是物理
学家们给它起的名称。
“但是，原子核吸收越来越多的中子和质子，从而组成越来
越大的原子核这种过程，是不可能永无止境地进行下去的。”她
继续说，“这是一种同时间赛跑的过程。随着时间的推移，温度
一直在降低。这就意味着，温度终于会降到非常低的程度，以致
核粒子所具有的能量已经小到不再能使它们发生聚变。不仅如此，
由于宇宙不断膨胀，密度同样也在不断减小，因而碰撞的次数也
变得越来越少。以上几种原因结合起来所产生的结果，就是到达
了不再发生那种核反应的一点，这时重原子核的混合物也就不再
发生变化了。这种混合物称为冻结混合物。当然，正是这种原子
核的混合物决定了最后可以形成的各种不同原子的比例。
“现在就出现了一件很有意义的事，”她总结说，“如果你
知道今天宇宙中的物质密度有多大，你就可以计算出过去任何一
个阶段物质密度应该具有的值，具体他说，可以算出原初核合成
时期应有的密度值。而这又意味着，你可以从理论上推算出冻结
混合物应该是什么样的。推算的结果表明，在冻结混合物中有77％
的质量以氢（最轻的元素）的形态存在，23％是氦（次轻的元素），
只有极其微量较重的原子核。而这正好是今天在检验星际气体的
原子丰度时所观察到的情形。”
“好的，你赢了！”汤普金斯先生认可了她的说法，“大爆
炸理论胜利了！”
“但是，我还没有把最最有说服力的证据告诉你呢。”慕德
补充说，这时她变得越来越兴奋。
“你说话开始变得很像你父亲啦。”
她不理睬他的评论，继续往下说，“那就是宇宙微波背景辐
射。你知道，既然大爆炸的温度极高，那就必然有一个火球伴随
着它，就像原子弹爆炸时发出眩目的闪光那样。现在的问题是：
大爆炸发出的辐射如今到哪里去了？它必定还处在宇宙中的某个
地方，因为再也没有任何别的地方可以容纳它。当然，它必定不
再是那种眩目的光，现在它必定已经冷却下来了。到目前这个阶
段，它的波长应该处在微波区域内。事实上，伽莫夫（你还记得
他出现在昨天晚上的歌剧中吗？）曾经很好地计算出、它的波谱
应该对应于７Ｋ区域附近的某个温度。他是对的，目前已经发现
了那个火球的残骸：１９６５年，两位通信科学家彭齐亚斯和威
尔孙纯粹出于偶然，发现了那种辐射遗留下来的东西，它的温度
是２．７３Ｋ，这当然非常接近于伽莫夫早先计算出的数值。”
汤普金斯先生什么话也没有说，他陷入了沉思。慕德好奇地
看着他。
“怎么啦？”她问道，“信服了吗？”
汤普金斯先生摆脱了冥思苦想，“是的，是的，太好了，那
确实是太好了。谢谢你！不过……”
“不过什么？”
“好吧，我说，我刚刚在头脑中画了这样一张图画，里面有
氢，有氦，有电子，还有大爆炸产生的辐射，除此以外，就什么
也没有了。那么，我们今天这个世界是怎么来的呢？太阳和地球
又是从哪里来的？你和我又是怎么回事——我们总不会是只由氢
和氦构成的吧？”
“你这问的可是１２０亿年的历史啊！你给我多少时间来回
答呢？”
“３分钟够了吧？”汤普金斯先生满怀希望地问道。
她笑了。“那就让我试试吧！你准备好了吗？”
“等一等，”他看着手表说，“好了，你说吧！”
“听着，在大爆炸后的几分钟内，我们只有氢和氦的原子核
以及电子。再过３０万年，一切都冷却下来，温度降到足够低，
这时电子便能够围绕着原子核，于是，我们便有了第一个原子。
现在，整个空间中充满了一种气体。这种气体的密度是非常均匀
的。但是，也还存在某些极为微小的不均匀性——有些地方的密
度比平均密度稍稍大一些，有些地方则稍稍小一些。这样一来，
由于密度较大的地点具有较大的万有引力，气体就开始围绕着它
们积集起来。它们收集的气体越多，它们的引力就越强，因而就
能更有力地从四周吸来更多的气体，结果就形成了一些彼此分开
的气体云。这时在每一个气体云内部都会形成一些小小的旋涡，
这些旋涡互相挤压，从而使温度上升（这是日常生活中常见的事：
当你把某种气体挤压成较小的体积时，它的温度就会升高）。最
后，温度变得非常高，从而引发了核聚变过程——恒星就这样诞
生了。结果，大约又过了１０亿年，便出现了各个星系（实际上，
星系有可能是通过两种方式形成的：一种是先形成星系云，然后
由它分裂成许许多多恒星；另一种是先形成恒星，然后恒星聚集
在一起形成星系。究竟是哪一种，目前还没有人真正知道）。但
是，不管是这种还是那种，恒星毕竟是形成了，并且依靠核聚变
过程而获得能量。它们不仅释放出能量，并且还逐渐积累起较重
原子的原子核——这些原子正是后来构成地球和我们的身体所必
需的材料。然后，恒星上的核火终于把燃料烧光了。对于像太阳
这样的中等大小的恒星来说，这个过程大约要花１００亿年的时
间。这种处于老年期的恒星会发生膨胀，变成所谓的红巨星，然
后再收缩而变成白矮星，最后慢慢凝固成很冷的岩石。质量更大
的恒星会以一种特殊得多的方式结束它们的生命——随着‘轰’
的一声，它就全部完蛋了。这就是超新星爆发。正是这种爆发喷
出了某些新合成的核物质，即重的原子核。它们现在同星际气体
混合在一起，并且能够聚集起来而形成第二代的恒星以及第一次
出现的像地球这样的多岩石行星（在产生第一代恒星时，当然不
会有行星存在）。然后，这类行星之一——地球——通过自然选
择进行演化，终于把它表面上的化学物质转化成你和我。我们就
是这样由星际尘埃构成的！”
慕德突然停了下来。“好啦，我说完了！刚才花了多少时间？”
汤普金斯先生笑嘻嘻他说：“不多，只花了两分钟……”
“好极了！”慕德宣告说，“这就是说，我还有一分钟的时
间可以谈谈黑洞。”
“黑洞？”
“是的，黑洞。这是那些最重的恒星爆炸后留下的东西。我
刚才说过，这种恒星会喷射出某些物质，但是，剩下的物质却会
坍缩而形成黑洞。”
“黑洞究竟是什么东西呢？”汤普金斯先生问道，“当然，
我听说过这个名词……”
“黑洞就是当万有引力强大到任何物体都不能逃脱它的吸引
时，你所看到的东西。那时，恒星的全部物质都坍缩成一点。”
“一点！”汤普金斯先生叫了起来。“你真的是这个意思吗
——一个真正的点？”
“完全正确，它没有体积。”这是她的回答，“这个点集中
了所有的物质，它的周边地区是一个强大得不可思议的万有引力
场。这个引力场是如此强大，不管是什么东西，只要进入它的作
用范围（即所谓事件视界）内，就再也无法从里面逃逸出来——
就连光线也是这样。这就是为什么说它是黑洞的原因。任何一种
进入事件视界内的物体，都会立即被吸到中心那一点上去。”
“太奇怪了！”汤普金斯先生喃喃他说，“可是，黑洞后面
那一边有什么东西呢？”
“后面那一边？谁知道呢？‘那一边’肯定什么也没有。落
入黑洞的东西全部都停留在它的中心。哦，对了，有人提出一些
臆测，认为这些东西可能通过连接我们的宇宙和某个别的宇宙的
某种隧道流走，然后在那个宇宙中以‘白洞’的形态喷发出去。
不过，这全都是纯粹的臆测。”
“你能肯定确实有黑洞存在吗？”
“是的。证据是非常有说服力的。不但有从坍缩了的老年恒
星形成的黑洞，而且在星系的中心同样也有黑洞——那是可能已
经吞没了数百万颗恒星的。质量极大的黑洞。”
汤普金斯先生带着敬佩的神情笑望着慕德。
“你干吗这样望着我？”她好奇地问。
“没什么。我只不过是觉得奇怪，你在地球上怎么会懂得这
一切的？”
她谦虚地耸耸肩膀。“不用问，大部分是从那里学到的，我
想。”她朝着一个摆满了科普杂志的书架点点头。
“还有最后一个问题，爱因斯坦小姐，”他问道，“这一切
将怎样结束呢？将来宇宙会发生什么事？你�
