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第27章 α星系和β星系的起源(一)

說起這兩顆星的起源,那還得從宇宙的誕生開始說起。

宇宙產生于160億年前一次大爆炸中。大爆炸后30億年初的物質漣漪出現。大爆炸后,類星體逐漸形成。大爆炸后,太陽誕生。38億年前地球上的生命開始逐漸演化。

大爆炸散發的物質在太空中漂游,由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不再膨脹,但是,科學家已發現宇宙中有一種“暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。

大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭,爆炸產生的動力是一種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠離;天體間又存在萬有引力,它會阻止天體遠離,甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關,因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會停止膨脹并反過來收縮變小,這完全取決于宇宙中物質密度的大小。

理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小于臨界密度,宇宙就會一直膨脹下去,稱為“開宇宙”;要是物質的平均密度大于臨界密度,膨脹過程遲早會停下來,并隨之出現收縮,稱為“閉宇宙”。

問題似乎變得很簡單,但實則不然。但要測定宇宙中物質平均密度就不那么容易了。星系間存在廣袤的星系間空間,如/厘米3果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙空間。

然而,種種證據表明,宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質,其數量可能遠超過可見物質,這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小于臨界密度仍是一個有爭議的問題。不過,就目前來看,開宇宙的可能性大一些。

恒星演化到晚期,會把一部分物質(氣體)拋入星際空間,而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程中氣體可能越來越少(并未確定這種過程會減少這種氣體。)。以致于不能再產生新的恒星。,所有恒星都會失去光輝,宇宙也就變暗。同時,恒星還會因相互作用不斷從星系逸出,星系則因損失能量而收縮,結果使中心部分生成黑洞,并通過吞食經過其附近的恒星而長大。(根據質能守恒定律,形成恒星的氣體并不會減少而是轉換成其他形態。所以新的恒星可能會一直產生.)

對于一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,這時,組成恒星的質子不再穩定。1質子開始衰變為光子和各種輕子。這個衰變過程進行完畢,宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。

通過蒸發作用,有能量的粒子會從巨大的黑洞中逃逸出。宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開宇宙“末日”到來時的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。(但質子是否會衰變還未得到結論,因此根據質能守恒定律。宇宙中的質能會不停的轉換。)

閉宇宙的結局又會怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結束時間的早晚取決于宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍,那么根據一種簡單的理論模型,當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時,引力開始占上風,膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮。

以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束后再倒放一樣,大爆炸后宇宙中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態,不過,原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。宇宙背景輻射會上升到400開,并繼續上升,于是,宇宙變得非常熾熱而又稠密。在坍縮過程中,星系會彼此并合,恒星間碰撞頻繁。

這些結局也只是假想推論的。

近幾年來,一批西方的天文學家發表了關于“宇宙無始無終”的新論斷。他們認為,宇宙既沒有“誕生”之日,也沒有終結之時,而就是在一次又一次的大爆炸中進行運動,循環往復,以至無窮的。至于“宇宙無始無終”的新論是否正確,科學家認為,過幾年國際天文學界可望對此做出驗證。

宇宙的形狀現在還是未知的,人類在大膽想象。有的人說宇宙其實是一個類似人的這樣一種生物的一個小細胞,而也有人說宇宙是一種擁有比人類更高智慧的電腦生物所制造出來的一個程序或是一個小小的原件,宇宙其實就是一個電子,宇宙是一個比電子更小得多的東西,宇宙根本就不存在,或者宇宙是無形的。

根據大爆炸理論,宇宙的發展史可表示為一個右端開放的封閉曲面體,如右圖。左端中心為爆炸奇點,向右延伸137億光年,到達我們現在這個開口部。

從左往右依次為:奇點、40萬年的初期膨脹、近4億年的黑暗期、出現恒星、星系和行星發展期、含有暗物質與暗能量的加速膨脹期。

宇宙年齡定義:宇宙年齡宇宙從某個特定時刻到現在的時間間隔。對于某些宇宙模型,如牛頓宇宙模型、等級模型、穩恒態模型等,宇宙年齡沒有意義。在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年齡指宇宙標度因子為零起到現在時刻的時間間隔。通常,哈勃年齡為宇宙年齡的上限,可以作為宇宙年齡的某種度量。

使用整個星系作為透鏡觀看其他星系,目前研究人員最新使用一種精確方法測量了宇宙的體積大小和年齡,以及它如何快速膨脹。這項測量證實了“哈勃常數”的實用性,它指示出了宇宙的體積大小,證實宇宙的年齡約為137.5億年。

研究小組使用一種叫做引力透鏡的技術測量了從明亮活動星系釋放的光線沿著不同路徑傳播至地球的距離,通過理解每個路徑的傳播時間和有效速度,研究人員推斷出星系的距離,同時可分析出它們膨脹擴張至宇宙范圍的詳細情況。

科學家經常很難識別宇宙中遙遠星系釋放的明亮光源和近距離昏暗光源之間的差異,引力透鏡回避了這一問題,能夠提供遠方光線傳播的多樣化線索。這些測量信息使研究人員可以測定宇宙的體積大小,并且天體物理學家可以用哈勃常數進行表達。

研究員菲爾-馬歇爾說:“長期以來我們知道透鏡能夠對哈勃常數進行物理性測量。”而當前引力透鏡實現了非常精確的測量結果,它可以作為一種長期確定的工具提供哈勃常數均等化精確測量,比如:觀測超新星和宇宙微波背景。他指出,引力透鏡可作為天體物理學家的一種最佳測量工具測定宇宙的年齡。

宇宙天體處于永恒的運動和發展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉、各自的空間運動(本動)、繞系統中心的公轉以及參與整個天體系統的運動等。月球一方面自轉一方面圍繞地球運轉,同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方面自轉,一方面又向著武仙座方向以20千米/秒的速度運動,同時又帶著整個太陽系以250千米/秒的速度繞銀河系中心運轉,運轉一周約需2.2億年。銀河系也在自轉,同時也有相對于鄰近的星系的運動。本超星系團也可能在膨脹和自轉。總星系也在膨脹。

現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的歷程。

當代關于太陽系起源學說認為,太陽系很可能是銀河系中的一團塵埃氣體云(原始太陽星云)由于引力收縮而逐漸形成的。

恒星是由星云產生的,它的一生經歷了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星系的起源和宇宙起源密切相關,流行的看法是:在宇宙發生熱大爆炸后,溫度降,宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期,這時或由于密度漲落形成的引力不穩定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化為星系團和星系。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史:我們的宇宙起源于一次大爆炸,當時溫度極高、密度極大。

隨著宇宙的膨脹,它經歷了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程,,才進入大規模形成星系的階段,此后逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期,在我們的宇宙誕生后約10-36秒的時候,它曾經歷了一個暴漲階段。

“大爆炸學說”認為宇宙是從一點極高密度的空無突然爆炸散而成的大爆炸的時間推算為大約在距今一百億年至二百億年前于今擴散仍在進行之中。

“大爆炸學說”認為我們的宇宙是“同質均勻的”及“物理上均等的劃一的”。前面一詞的意義,就是說,無論從任何一個角度來觀察,宇宙都是相同的。換言之,我們無論旅行到達宇宙內任何一點,它的狀況都與我們所居地球的周圍相似相同。

后面一詞的意義是說:宇宙中的構成,無論在任何點,任何角度,都是物理上均等的,換言之,我們在宇宙中,就好比在沙漠中的螞蟻,身邊的,遠處的,全都是看來完全相似相等的沙粒。

“大爆炸學說”認為宇宙內沒有異樣的成份或情況使我們分別或分辨異同,而且,它認為一切的物質都是以“絕對劃一”一致方式分布的。宇宙既是物理上萬全均等劃一的,也是同質均勻的,雖然,一個同質均勻的宇宙,未必就是物理上完全均等劃一的。

α星系和β星系就是那時候開始誕生,又經過很多年后,它才慢慢成形。

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