宇宙-第38部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
乎是有机的实体，有几分像一个多细胞有机体。星的任何一张天文照片，只不过是它笨重缓慢的运动和演化过程中某一阶段的一张快照而已。②星系内部区域像固体一样自转。但是，此外其外层地区的自转运动逐步变慢，就跟太阳周围的行星遵循开普勒第三定律而自转一样。它的旋臂有缠绕其核的趋向，并且旋涡在不断紧缩，而气体和尘埃则以更大密度的旋涡型式而聚积，它们又成了那年轻、炽热和光亮的恒星的形成场所，这些恒星勾出了其旋臂外形的轮廓。这些恒星照耀1000万年左右，只相当于银河系自转周期的5％。但当那些勾出了旋臂外部轮廓的恒星燃烧殆尽时，新的恒星和相联星云便随后形成，而旋涡型式则持续不变。那些勾勒出旋臂外部轮廓的恒星的生命比银河自转一次的时间短得多，留下的只有旋涡型式。
绕银心转动的任何一个特定恒星的速度，通常与旋臂中恒星的速度不同。太阳一直以每秒200公里（大约每小时50万公里）的速度绕银河系中心旋转，而它进出旋臂的速度则经常是前者的20倍。平均说来，太阳和它的行星在一个旋臂里要花4000万年时间，在外面要花8000万年时间，进去还要花4000万年，循环往复。旋臂勾勒出最近正在形成的许多新恒星的区域，但并不一定是像太阳一样的中年恒星所在的区域。在这个纪元，我们住在旋臂之间。
太阳系穿过旋臂的周期也许对我们具有很重要的影响。大约在1000万年前，太阳从猎户旋臂的谷德带中出来。猎户旋臂现在的距离略远于1000光年（猎户臂的内部是人马座臂；而英仙座臂则在猎户座臂之外）。当太阳穿过旋臂时，与现状相比则更能进入气体星云和星际尘埃云、并更可能遇到次星质量的天体。已经有人提出，我们行星上的主要冰川期，也许是由于太阳和地球间星际物质的介入造成的。大概每隔1亿年左右重现一次。W·纳皮尔和S·克拉波已经提出太阳系中的许多卫星、小行星、彗星和绕行星旋转环，曾在星际空间自由徘徊，直到太阳冲过猎户旋臂时，它们才被捕获。虽然这也许不大可能。但却是一种引人入胜的想法，也是能测定的。我们所要做的一切，就是设法得到像火星的内卫星或彗星那样的取样，然后检验其镁同位素。相当丰富的镁同位素，（都有相同数目的质子。但有不同数目的中子）取决于产生了镁的任何特殊标本的恒星核聚变事件的精确结果。其中包括邻近超新星爆炸的时限。在银河系的不同角落，本会出现事件的不同结果，并总会出现不同比率的镁同位素。
大爆炸的发现和星系的退行，来自一种叫做多普勒效应的常见的自然现象。对于声物理学的多普勒效应，我们是习惯的。从我们身边疾驰而过的汽车，当司机按响喇叭时，司机在车内听到的是一种固定音调的平稳的嘟嘟声；而我们在车外听到的则是音调的特有变化。在我们听来，喇叭声从高频向低频逝去。以每小时200公里的速度行驶的一辆高速汽车，几乎是空气中一高一低、一高一低的连续波，波与波离得越近，音调就越高。如果一辆汽车驶离我们而去，它便拉长了声波，在我们看来，它便使声波降到较低声调，产生了我们所熟悉的特有的声音。如果汽车向我们驶来，声波就会被压缩，其频率就增高，我们就会听到一阵高音调的声音。我们闭上眼睛也能从其音调的变化来推定汽车的速度。
多普勒效应。一个静止的光源或声源发射出一组圆形波。如果其源从右向左移动。波的中心便由1渐进到6。在B处的观察者看到波拉长了，而在A处的观察者则看到波缩短了。远去的源被看做红移（波长拉长）近来的源被看作蓝移（波长缩短）。多普勒效应是宇宙学的关键。
光也是一种波。与声音不同的是，光极易穿过真空。多普勒效应在此也起作用。如果汽车由于某种原因向前方发射出一束纯黄色的光，而不是发出声音。那么汽车向我们逼近时，光频就会稍微降低。在通常速度下一这种效应难以觉察。然而，如果设法使汽车以几分之一的光速行驶，我们便能观察到向高频变化的光色，即当汽车逼近我们时，光色接近于蓝色，当汽车退离我们时，这向低频变化的光色就接近于红色。我们能觉察到以非常高的速度向我们逼近的天体具有蓝移的谱线色彩；以极高速度退离我们的天体则具有红移谱线。③在遥远星系谱线中观察并解释为多普勒效应的这种红移，是宇宙学的关键。
本世纪初，为眺望当时还是晴朗的洛杉矾上空，以便发现遥远的星系的红移现象，在威尔逊山上建造世界上最大的望远镜。望远镜的大部件必须运送到山顶上，这项工作是由骡马队干的。一位名叫弥尔顿·哈马森的年轻骡皮商，帮助把望远镜的机械和光学设备、科学家、工程师以及种种显贵人物运送上山。哈马森经常骑马指挥他的骡马队。马鞍后边站着他的白色小猎犬，它的前爪就搭在他的肩膀上。他是一个刁着烟斗的杂工、一个赌场老手、弹子戏行家，是一个当时被称为好对妇女献殷勤的男子。他受的正规教育不过8年，但他聪明好奇、天生好学，对被自己艰难地运到高山顶上去的设备很感兴趣。哈马森那时与天文台一位工程师的女儿相好，而这位工程师看到自己的女儿看中一个只甘当骡皮商而没有更大抱负的小伙子，便持保留的态度。因此，哈马森在天文台干一些杂活，诸如电工助理、看门、擦地板等。真是无巧不成书，一天夜里，值夜班的望远镜助理身感不适，便问哈马森是否可以暂代他的岗位。哈马森便趁机显露了他对于仪器的精湛技巧，小心照管好仪器，结果很快成为一名固定的望远镜操作员和助理观察员。
第一次世界大战后，埃德温·哈布尔（扫校者注：即埃温德·哈勃，哈勃定律的提出者）来到威尔逊山，并且很快就出了名。他是一位文雅、善于交际的天才学者，说话带有浓厚的英国腔，在短短一年里就获得牛津大学的罗兹（Rhodes）奖学金。正是这个哈布尔，提出了这样一个确定的论断，即：旋涡星云实际上就是“宇宙岛”，像我们自己的银河系一样，是由无数个恒星组成的集合体。他计算出了用来测量星系距离所需的恒星标准烛光。哈布尔和哈马森合作得很好，是一对难得的和谐共事的望远镜工作者。他们效法洛韦尔天文台天文学家V·M·斯莱弗，开始测量遥远星系的光谱。不久，哈马森就明显地表现出比世界上任何一个职业天文学家更具有才智去测得遥远星系的高质量的光谱。他成了威尔逊天文台的正式工作人员，学会了他工作上所需要的许多科学基础知识。他逝世时颇受天文学界的尊敬。
来自某个星系的光是该星系内几十亿颗恒星所发射的光的总和。当光离开这些恒星时，恒星最外层的原子就吸收了它的一定频率和某些颜色。最后，这些光谱线向我们表明数百万光年远的恒星含有与我们的太阳及其邻近恒星所含的相同化学元素。哈马森和哈布尔惊奇地发现．所有遥远星系的光谱都有红移，他们更为惊讶的是，星系离我们越远，谱线红移就越多。
对红移的最明确的解释要依据多普勒效应：星系在远离我们，星系离我们越远，其远离速度就越大。但是，星系为什么会逃离我们呢？难道我们在宇宙中所处的位置有什么特殊，银河在星系社会生活中似乎表现了某种漫不经心而又令人不快的举动吗？似乎更为可能的是，宇宙本身在膨胀，从而影响了星系。逐渐澄清的事实是：哈马森和哈布尔发现了大爆炸——它即使不是宇宙的起源，至少也是宇宙起源的最新化身。
几乎所有的现代宇宙学——特别是关于膨胀宇宙和大爆炸的观点——都是基于这么一个观点的，即：遥远星系的红移是多普勒效应，并起因于它们的远离速度。但是，自然界中还存在着其他种种红移。例如引力红移，在这种红移中，有一种离开强引力场的光，必须做许多功才能摆脱强引力，这样，它在其行程中便失去能量。这是一个被遥远的观察者理解为逸散光移为较长波长和更红颜色的过程。因为我们认为在某些星系中心可能有一些巨大的黑洞，所以这是对它们红移现象的一种可信的解释。然而，观察到的特殊谱线经常具有非常轻薄的扩散气体的特色。附近黑洞并非一定出现很高的密度。或者，红移也许是多普勒效应，并不是由宇宙的一般膨胀引起的，而是由一个较小和局部的星系爆炸引起的。不过。这么一来，我们就应指望飞向我们的爆炸碎片与飞离我们的一样多，指望蓝移与红移一样多。然而，不管我们把望远镜对准本星系群以外的多么遥远的天体，我们实际上看到的几乎只有红移，别无它物。
不过，关于从多普勒效应到星系红移以及宇宙在膨胀的推导是否完全正确。一些大文学家对此抱有吹毛求疵的怀疑态度。天文学家霍尔顿·阿尔普发现了种种不可思议的和混乱的情形，即：处在明显自然共生组中的一个星系和一个类星体，——或一对星系，具有极不相同的红移。偶尔似乎有连结它们的气体、尘埃和恒星桥的存在。如果红移是由宇宙的膨胀而引起的。那么极不相同的红移寓示着极不相同的距离。但自然连结着的两个星系几乎不可能又彼此离得很远，有时竟相隔有10亿光年远。持怀疑态度的人说这个共生的说法纯属统计学上的认识。例如。邻近亮星系和遥远得多的类星体只是偶尔沿视线排列。每个都有极不相同的红移和极不将同的远离速度；它们之间并没有真正形体上的联系。这种统计排列一定会不时地偶尔发生。这种争论的中心在于巧合的数目是否大于偶然的数目。阿尔普提到了其他情况，在这些情况下，红移小的星系的两侧有两个具有几乎相同的大红移的类星体。他认为，类星体不在宇宙论距离上，而被处在“前景”的星系或左或右地逐出去。这种红移是某种尚未探明的作用过程的产物。持怀疑态度的人论证了偶然巧合的排列和传统的哈布尔——哈马森对红移的解释。如果阿尔普是正确的，那么，用来解释遥远类星体能源的外来机理——超新星链式反应、超大黑洞等等——就证明是没有必要的了。那么，类星体就不一定是非常遥远的、这就需要某些其他外来机理来解释红移。在任何一种情形中，太空深处都正在发生着一些非常奇怪的事。
用多普勒效应解释的具有红移的星系视退离，并不是大爆炸的惟一证据。独立而又相当有说服力的证据来源于宇宙黑体背景辐射，即来源于以我们纪元中所期望的强度，相当均匀地来自宇宙中的各方向电波模糊的静电干扰，以及来自现在实际上冷却了的大爆炸的辐射。但在这点上也同样存在着令人困惑的东西。用U—2飞机把敏感的无线电天线送到接近地球大气层顶部所进行的观察已经表明，背景辐射大体上在所有方向都一样强，好像大爆炸火球相当均匀地膨胀一样，具有很准确。很对称的宇宙起源。但背景辐射一经更精确的检查，便证实并非完全对称。如果整个银河系（也许还有本星系群的其他成员）以每小时100多万英里（每秒600公里）的速度朝室女座星系团疾驰，则有一个可能被理解的很小的系统效应。以这种速率。我们将在百亿年内到达室女座星系团，那么研究河外天文学也就会容易得多了。室女星团是已知的最丰富的星系集团，充满了旋涡、椭圆体和不规则体，真是天空中的上个珠宝盒。但为什么我们会朝着它疾驶而去呢？乔治·斯姆特和他的同事们进行了这些高空观察，指出在引力作用下，银河系正被拖向室女座星团的中心，该星团有着比我们以前已探测到的多得多的星系；更令人惊讶的是，这个星系团具有巨大的容积，能跨越10亿或20亿光年远的巨大空间。
可探测的宇宙本身只有数百亿光年宽，要是室女座群星有一庞大的超星系团，那么在遥远得多的距离中大概还有其他相类似的超星系团存在，相对来说，要探测到这类超星系团就更困难了。在宇宙生命史中，初始引力多相性显然没有足够时间来聚积似乎存在于室女座超星系团中的大量的物质，因此，斯姆特试图得出这么一个结论，即大爆炸的一致性要比他从其他观察中所发现的少得多，宇宙中的原始物质是以多块状播散开来的（某些小块度是在预料之中的，而且甚至确实是了解星系的凝缩时所必需的。但在这个尺度上小块度却是一种意外）。或许只能通过设想有两个或更多个几乎同时�
