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第28章 α星系和β星系的起源(二)

  • 來自宇宙的三顆星
  • 風與自由
  • 3944字
  • 2014-04-15 23:20:24

α星系和β星系就是在宇宙大爆炸中逐漸形成的,它們起初只是一些碎石,經過高速旋轉最終凝結在了一起,以橢球形的形式。

“大爆炸學說”獲得科學界普遍接受的諸項理由之一,就是,該一學說成功地預報了宇宙中無盡份量的氦與重氫與及宇宙中的無窮的背景輻射。假若物質的密度小于臨界密度的極限。

那么,宇宙就會繼續不斷地永遠地擴散擴張下去,假如物質的密度,恰如臨界密度,那么,宇宙就是作有極限的擴張,即是說,它們會永遠擴散而擴張下去,不過,它的擴張率逐漸遞減,直到到達“零”為止。

在極高密度的“虛無”大爆炸之后,最初的三秒鐘內,溫度高達一千億寇溫。

在那么的高溫情況下,中子就與質子結合,形成了重氫核子,這些又旋即結合而形成的氦核子,這些全部形成過程,只需時間幾分鐘即可完成。

形成多少份量的這兩種核子,端視初期的宇宙中心密度而定。密度愈大,形成的氦核與重氫核愈多,這是“大爆炸學說”的要點之一,已經獲得天文學觀察的證實其理論符合現象。

在一九四零年末期,,首先宣布發現微波輻射彌漫于宇宙各處,兩氏是在研究“宇宙大爆炸”的元素形成,發現大爆炸所產生的微波輻射,至今仍可察見于宇宙各處。

在追查來自外太空無線電波干擾;發現了宇宙微波輻射的微弱回音證”,證實了前述兩氏的大爆炸余波彌漫之說。

“宇宙大爆炸學說”雖經多方的科學家證實合理,但是,也并非毫無缺點。它的最大的疑問,就是在于宇宙大爆炸一剎那之時的“獨一存在”,沒有一種已知的物理學定律可以適用于解釋它!而這一階段,正是時空發生的開始,也是物理發生之始。

而且,大爆炸學說模型,認為宇宙從大爆炸開始,就即以物理均等的方式擴展,而形成各處皆一致的物質。這一點,在形而上哲學來看,也是不無疑問的。

另外也還有一些次要的疑問,一九八一年,美國著名“麻省工學院”的青年物理學家阿倫·古斯就創立了“宇宙膨脹泡泡學說”來推論宇宙在形成初期發生短暫的奇特泡泡形成現象(詳見上文所提拙著)。

宇宙“大爆炸學說”與“膨脹學說”的比較圖解古斯的“膨脹學說”另譯為“暴脹學說”阿倫·古斯

所謂“扁平問題”就是:根據天文觀測的發現:被觀測的宇宙之內,物質密度是大約在“臨界密度”的十分之一以下,一般的觀測研究與理論研究,數學研究指出,在宇宙內的霸子;其密度是臨界密度的百分之四至百分之十之間。在原則上來說,物質的密度是那么稀薄,它接近臨界密度的機會是很微的。

從這樣的觀測計算,那么我們的宇宙就是幾乎扁平形的了。物理學家仍然致力于追尋根底。到底它是否扁平形的。這個“扁平問題”,是當前天文宇宙學家,數學家與物理學家都非常關切的問題。

假若我們的宇宙的宇宙現況是密度在百分之十以下,而又呈扁平形,那么,又有更多的疑問產生了!在大爆炸后一秒鐘,宇宙的一部份在105秒,及在10-31秒之際,可能是扁平的,這一段時間,是公認的“總統一階段”“GrandUnifiedEpoch”,其時,核子強力,核子弱力,電磁力等都還結合在一起,而宇宙的一部份又可能在1050秒之際是扁平的。物理學界對于這些扁平現象及時間,尚未找到滿意的解釋。

另外有些科學家指出,宇宙在大爆炸的開始剎那,就是扁平形的,因此,倘若它在1050秒乃至10-35秒都呈現扁平,也不足為異。

另一個疑問謎題,就是所謂“地平線問題”,這是物理學家窩富剛·賴德勒在一九五六年提出的。

要了解這一個所謂“地平線問題”,我們首先得再檢驗一下大爆炸學說的標準模型之中最不普為人知的特色:那就是──宇宙有兩個大小(體積)。第一個體積是宇宙的年齡(以英文字母t代表之)乘光速(以英文字母c代表之)的乘積,寫成方程式就是:h=cxt這是根據光速最快最大的理論而推論出來的。

我們無法旅行超光速的速度,因此無法直接獲得超越地平線以外的任何資料。換言之,我們無法看到地平線后面的宇宙情況,地平線是我們可觀測宇宙的邊緣。

今日的新科學已發現宇宙內,光速并非絕對最大的速度。此一話題,暫不在本文討論之列,因為勢非詳論難以說明,尚容另文討論。

但是即使以最新的“光速非最快”發現而言,上述的“地平線問題”依存在,因為我們連光速都追不上,何況超光速?而且,就是再新式的天文觀測儀器,包括了電子及無線電波天文觀測儀在內,亦很難在地球表面上越過地平線的障礙,除非把觀測儀裝設在深入太空的衛星或太空探險船上。

但是,它雖可超越地球表面的地平線,卻仍然難以超越宇宙的地平線,因為宇宙的形狀,無論是扁,是圓,也都有一個極終的邊緣,若無超光速航行,很難窺見它的遙遠地平線后面的景色。

在大爆炸學說的標準宇宙模型,有一個很重要的宇宙規模因子,以英文字母R代表之,在“封閉的宇宙”(即是有極限的之意),R是宇宙的半徑,可以圓形半徑比擬之。但是在無極限的擴散宇宙(又稱開放宇宙),因為宇宙既是無限大,R也是無限大,不可測量。

當代的科學界,顯然較為安于有限的“封閉宇宙”觀念,因為天文觀測站收到從宇宙各方向射來的無線電波,最遙遠的各距離,都相近或相等,他們推論顯然是因為宇宙像是氣球一般也有極限的邊緣面,將無線電波反射回來,像回力球給墻彈回來一般。采信“封閉宇宙”觀念,問題就簡單得多。

在“封閉宇宙”之內,光子的數量,并不因宇宙的擴張或收縮而致于有所增減,這一點我們首先必須知道。

假使宇宙的半徑減短了兩個系數,那么,在光子與另一光子之間的平均距離,也隨之而減少了兩個系數,于是,全部光子就是給關置于縮小了八個系數的容量之內。

當宇宙擴張之時,“地平線距離”(h)的增加,遠比宇宙半徑(R)快。反過來說,時間倒回去,則“地平線距離”縮短亦快于宇宙半徑。

倘若我們從“現在”倒回去宇宙中心大爆炸的時期,能見的就越少,因為只能看見在我們地平線以內的光子。

根據這一簡單原理,我們可以計算出來,在“大爆炸”后的第一秒鐘之時,“宇宙地平線距離是10=9R,其時只有1060萬個光子可讓我們看見,跟1078萬比,是少很多了。

再倒回去看時間,在大爆炸后1035秒之時,h大約是:1027k,那時候,只有大約一百萬個光子可給我們看見于地平線之內。

再倒回去看時間,回到大爆炸后10-43sec秒之時,則在地平線內,全無光子可見!

這樣推算下去,回到“大爆炸”的伊始,彼時的初期宇宙全部的光子都在地平線距離后面外面,根據物理學法則,在地平線以外,質點與第一質點不能交換資料,換言之,就是,在“大爆炸”伊始的宇宙,所有的質點均是不能互相溝通的。而且,無法彼此修正“不規則現象”,再換言之,即是早期的宇宙并不可能是物理上一致均等的──這一點,對于我們讀佛經的人,非常重要,留到后文再說。

毋寧說應該是很混亂不規則不一致的情況,是到后來才漸漸一致化。

持這種看法的科學家們,演創了“最大或然率原則”,來解釋宇宙初期。不過,此一學說走進了死巷。因為,宇宙并未途徑在形成之后來劃一化物理。理由是,質點與質點之間距離若大于“地平線距離”。

就無可能彼此產生相互作用。在“大爆炸”剎那之后,不可能彼此感應而修正不規則現象。

可是,我們觀察到的宇宙,就觀察所及的部份而言,它是物理上均等一致的,這就令人費解了!這個“地平線問題”,引起了新的疑問:“為什么宇宙現在不混亂?”

蘇聯的著名太空物理科學家雅可夫·焦空間茨博士對此問題提供的答案是:“宇宙從一開始就是物理上均等劃一的”。

假若我們采信焦氏的推論,那么一切的問題就簡單,甚至不發生問題了,連這個所謂“地平線問題”也不能成立了。

照焦氏一派科學家的看法,在“大爆炸”發生剎那,質點是尚未能互相作用的。互相作用是使到宇宙物質在物理上均等劃一的。這種作用要到宇宙大爆炸后膨脹擴張才因接觸而發生,把物質劃一化。

可是,這個答案顯然并無說服性。大多數科學家都對之表示存疑。

在進一步討論之先,我們必須先了解當前尖端科學的困惑謎團,上面提到兩大太空物理難題,就是為此。

很流行玩一種巨大的:“月波”,那是一只巨大的氣球,大約有十多英尺的半徑,青年人喜歡在海灘上推動這只“月波”奔跑,或在海水中推玩它。

當你身體貼爬在巨大的“月波”上,你感覺到這支巨型氣球的“球面”是圓的弧形的。

溫哥華的小山公園頂上,有一座球狀的全部玻璃溫室,內植熱帶花草,你若攀登球頂,也仍感到球面的圓形,但是,不會像“月波”的球面那么顯著。溫哥華八六年世界博覽會的標志,是一座巨大的圓球玻璃建筑,你若攀登頂上,也仍感到球面的圓形,但是,不會像“月波”的球面那么顯著。

溫哥華八六年世界博覽會的標志,是一座巨大的圓球玻璃建筑,你若攀到頂上,會不大感到它是球面,只覺到有微微的弧形。

如果你是一只小螞蟻,爬到那頂上,你會完全感覺不到它是球面,你會感覺到它的表面是平坦的。倘若你把這座圓球放大或膨脹了幾千幾萬倍,你會認為它的面是平坦的,倘若將它膨脹系數增大到為1040以上,你在它的圓面上所見,就是一望無際的大平原,地平線的邊緣,是那么遙遠,你窮極目力,也看不到它了,也看不到它后面的情景了。

了解這一點以后,我們就可以接受古斯博士所提出的“宇宙膨脹學說”,他認為宇宙是一個大泡泡或是大氣球形狀,越膨脹得大,球面越呈現扁平──當然,這是就我們渺小的人類尺度觀點而論。若以超級巨大的眼光看它,也仍是球面的。

古斯認為,宇宙大爆炸后10-35秒,就開始膨脹,直到1030秒為止,膨脹越大,球面越扁平。

宇宙在未膨脹之前,他的物質密度,且不去管它。但是,在膨脹之后,密度必定增大,宇宙膨脹到球面呈扁平之時,密度就增到極大的“臨界密度”。

古斯的“新膨脹學說”,與“舊膨脹學說”不同之處,是新學說認為“規模系數”比“地平線”為小,因而所有的質點都可以相互溝通而改進,成為一致化。新學說的優點,就是一舉而消除了上述的“地平線問題”與“扁平問題”兩大疑團,為宇宙物質的物理結構上一致化。

這之后,α星系和β星系開始慢慢演化,然后出現了生物,再之后出現了向人類一樣的高級動物,這就是α星系和β星系誕生的全過程。

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