书城科普读物可怕的谜团:世界最超凡的86个怪现象
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第2章 神秘宇宙 玄冥难测(1)

如果把宇宙当做一个生命体来看,她自大爆炸开始变开始不断演变。在她体内生活着各种“物种”,而人类正是宇宙演化的杰作。宇宙是神秘莫测的,有许多未知的领域等待我们去探索。

美妙的时空隧道的故事

——生命中的空白

部分科学家认为,在茫茫的宇宙中,存在着一个巨大的时空隧道,当人进入其中,就会丢失时间,出现生命的空白阶段。这样的事不仅发生在古代,近代也曾出现过多例。这是怎么回事呢?让我们一起来读一读有关时空隧道的故事。

一夜跨越太平洋

公元1893年10月25日,两个西班牙籍的士兵正在菲律宾总督府大门口站岗。突然,这两个士兵感到眼前一阵迷糊,接着就不知不觉地睡着了。

第二天早晨,这两个士兵醒来一看,大吃一惊,这周围的景物怎么全都变了?大街上来来往往的不是菲律宾人,而是墨西哥人了!两人再仔细一看,他们站的地方也不是菲律宾的总督府,而是墨西哥的政府大厦。两个士兵正想找人问问发生了什么事了,人们非常好奇地看着他俩,向他们问这问那。两个士兵连说带比画,把事情的经过一说,墨西哥人不禁哈哈大笑起来,有个人说:“哈哈!这两个家伙不是骗子,就是从精神病医院跑出来的病人。来来来,咱们把这两个家伙送到教会去,好好地问一问吧!”说着,墨西哥人连拉带扯,把这两个士兵弄到了教会。

这两个士兵到了教会后,向人们解释:“我们昨天晚上在菲律宾总督府门前站岗,不知道怎么就到了这里。我们不是骗子,也不是精神病人!”没想到,教会里的人听了,也不相信他们的话。最后,两个士兵叹了口气说:“不管我们说什么,你们都不相信。告诉你们吧,前天夜里,菲律宾总督被人用斧子砍死了。你们好好地打听打听,有没有这件事,就知道我们说的是不是真话了!”

那时候,通信还比较落后。过了两个多月,正好有一艘轮船从菲律宾航行到这里。墨西哥人赶紧跑去问船上的船员:“菲律宾总督是不是在两个月以前被人用斧子砍死了?”船员们好奇地说:“是呀!两个多月以前发生的事,你们是怎么知道的?”这样一来,墨西哥人才相信了那两个七兵的话。不过,大家心里感到纳闷儿:那两个士兵怎么在一夜之间就跨越了太平洋,从菲律宾跑到墨西哥来了呢?这到底是怎么回事呢?

丢失在时空隧道35年的飞机

1955年,有一架飞机从美国的诺福克飞往墨西哥的坦皮科机场。飞着飞着,这架飞机就与地面指挥部失去了联系。人们多次寻找,也没有找到。可是35年以后,这架飞机却完好无损地落到了墨西哥的坦皮科机场。机场上的人们看见这架飞机,立刻把它团团围住。飞行员还穿着20世纪50年代的服装,而当时已经是90年代了。

不管怎么盘问,这架飞机上的飞行员一口咬定:“现在就是1955年,我们只是完成了一次例行飞行罢了。”后来,人们经过调查发现,这架飞机就是1955年派往墨西哥坦皮科的。与当初飞行员的照片对照,飞行员的模样跟1955年时相比,根本没有一点儿变化。

这一件离奇的事情,到底是怎么回事呢?现代科学家认为,在宇宙中存在着一个巨大的“时空隧道”,时空隧道里的时间运动方式,和我们人类感知的方式完全不一样。有时候,它是极度静止的,有时候却是高速运动的。人类一旦进入其中,就会丢失时间,在生命中出现一段漫长的空白。

有的科学家认为,时空隧道实际上就是宇宙中存在的“反物质世界”。现在,人们对宇宙的了解甚少,仅知晓正物质所处的范围,而宇宙中还存在反物质所组成的体系。当正物质与反物质接近到一定程度,产生的压力就会把它们再分开。人们的神秘失踪就是正、反两大物质体系产生引力场时局部弯曲所造成的“速灭”现象。而当“速灭”现象消失以后,引力场又会恢复原来的状态,失踪的人也就会重现了。这种说法看起来有些道理,可好多科学家不同意这种说法,他们认为“速灭”只能使万物永远消失,而不能再现。

红移和紫移

——星系光谱现象

早在1910年前后,天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象。个别星系的光谱还有紫移现象。这些现象可以用多普勒效应来解释。

什么是“红移”和“紫移”呢?早在1910年前后,天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象,个别星系的光谱还有紫移现象。远离我们而去的光源发出的光,我们收到时会感到其频率降低,波长变长,并出现光谱线红移现象,即光谱线向长波方向移动的现象。反之,向着我们迎面而来的光源,光谱线会向短波方向移动,出现紫移现象。

这种现象与声音的多普勒效应相似。

许多人都有过这样的感受:迎面而来的火车其鸣叫声特别尖锐刺耳;远离我们而去的火车其鸣叫声则明显迟钝。这就是声波的多普勒效应,迎面而来的声源发出的声波,我们感到其频率升高,远离我们而去的声源发出的声波,我们则感到其频率降低。

如果认为星系的红移、紫移可以用多普勒效应来解释,那么大多数星系都在远离我们,只有个别星系向我们靠近。随之进行的研究发现,那些个别向我们靠近的紫移星系,都在我们自己的本星系团中(我们银河系所在的星系团称本星系团)。本星系团中的星系,多数红移,少数紫移;而其他星系团中的星系就全是红移了。

1929年,美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据,提出一条经验规律,河外星系(即我们银河系之外的其他星系)的红移大小正比于它们离开我们银河系中心的距离。由于多普勒效应的红移量与光源的速度成正比,所以,上述定律又表述为:河外星系的退行速度与它们离我们的距离成正比:v=Hd(式中v是河外星系的退行速度,d它们到我们银河系中心的距离)。这个定律称为哈勃定律,比例常数日称为哈勃常数。按照哈勃定律,所有的河外星系都在远离我们,而且,离我们越远的河外星系,逃离得越快。

哈勃定律反映的规律与宇宙膨胀理论正好相符。个别星系的紫移可以这样解释:本星系团内部各星系要围绕它们的共同重心转动,因此总会有少数星系在长时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。

地区磁场的倒转

——会翻跟头的磁极

1600年,英国皇室御医吉尔伯特提出,地球原本是一个巨大的磁场,它的存在对人类的生产、生活都有十分重要的意义。然而,科学家们在对磁场的研究中发现,地球磁场是变化的,它不仅强度不恒定,就连磁极也会隔一段时间发生倒转。地球磁场为什么会翻跟头呢?

指南针是中国古代四大发明之一,当时虽然利用磁铁的指向性制造出了指南针,但人们还不明白指南针为何永远指向南方。1600年,英国皇室御医吉尔伯特才提出:地球原本是一个巨大的磁场,磁北极位于地球南端,磁南极位于地球的北端,是磁极决定了指南针的指向。

然而,科学家们在对磁场的研究中发现,地球磁场是变化的,它不仅强度不恒定,就连磁极也会隔一段时间发生倒转。地球磁场南北极的方位并不是一成不变的,它也会颠倒,这是周期性的且是必然的。那么,地球磁场为什么会翻跟头呢?研究地球磁极翻跟头现象,对于今后地磁场导航的应用十分重要。

1906年,法国科学家布容在对火山岩进行考察时意外地发现,在70万年前地磁场发生过倒转。在研究中科学家还发现,磁极倒转的现象曾在地球历史上发生过许多次。仅在最近的450万年里就发生过4次,即“吉尔伯特反向期”、“高斯正向期”。

“松山反向期”和“布容正向期”。在过去的7600万年间曾出现过171次磁极倒转现象。但是,地磁场方向在每一个磁性时期里,也并不是始终如一的,有时会发生被人们称为“磁性事件”的短暂极性倒转现象。

那么为什么地磁场会发生变化呢?有人认为,这可能是地球被巨大的陨石猛烈撞击后导致的结果,因为猛烈的撞击能促使地球内部的磁场身不由己地翻一个跟头;也有人认为,这与地球追随太阳在银河系里漫游有关,因为银河系自身也带有一个磁场,这个更大的磁场会对地球的磁场产生影响,从而促使地球的磁性像罗盘中的指南针一样,随着银河系磁场的方向而不断地变化;还有人认为,由于地球本身内部构造的演变导致了磁极倒转的发生。

根据地磁场起源理论,地磁场磁极之所以发生倒转,是由地核自转角速度发生变化而引起的。地壳和地核的自转速度是不同步的,现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。然而,当地球表面呈熔融状态,月球也刚刚被俘获时,地球从里到外的自转速度是一致的,地球表面不存在磁场。

但是,随着地球向月球传输角动量,地球的自转角速度越来越小。同时,地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核的三层结构。地球自转角动量的变化首先反映在地壳上,出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。这时,在地球表面第一次可以感受到磁场的存在,地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。

按照左手定则,磁场的北极在地理南极附近,磁场的南极在地理北极附近。地壳与地核自转角速度不同步,这种情形并不能长久地保持下去,地核必然通过地幔软流层物质向地壳传输角动量,其结果是地核的自转角速度逐渐减小,地壳的自转角速度逐渐增大。当地壳与地核的自转角速度此增彼减而最终一致时,地磁场就会在地球表面消失。

在惯性的作用下,地壳的自转角速度还在继续增大,地核的自转角速度继续减小,于是出现了地壳自转角速度大于地核自转角速度的情形。这时,在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应。按照左手定则判断,新形成的地磁场的北极在地理北极附近,南极在地理南极附近。

从较长的时期看,整个地球的自转速度处在减速状态,但地壳与地核间的相对速度却呈现出周期性的变化,因此导致了每隔一段时间地球磁场就要发生一次倒转。

地磁场发生倒转前,地球的磁场强度减弱得很明显,直至为零。随后,约需1万年的光景,磁场强度才缓慢恢复,但是,磁场方向却完全相反。目前,地球磁场强度有逐渐减弱的趋势,在过去的4000年中,北美洲的磁场强度已减弱了50%,这说明地核相对地壳的速度差正在缩小。

无论如何,在太空中地磁场的方向却始终是不变的。因为在太空中测得的地磁场,为整个地球自转产生的旋转质量场效应,并不会因为地壳与地核相对速度的改变而发生变化。根据左手定则,在太空中测得的地磁场的北极始终在地理南极上空。

磁极倒转会不会给人类带来灾难性后果呢?经过研究,专家给出解释,地球磁场倒转并不会导致灾难降临,但地球磁场的变化会使人的心情变得烦躁。

看不见的黑洞

——宇宙“贪吃鬼”

宇宙之大无奇不有,在宇宙中竟然还存在着“贪吃鬼”——黑洞。黑洞其实是宇宙中存在的一个空壳子般的天区,然而它又是宇宙中密度最高的地方。这个贪吃鬼竟然引力大到能把任何天体都吞掉。

人类对宇宙的研究永无止境,在浩瀚无垠的宇宙中蕴藏着无数深奥的玄机,使人着实为之着迷,宇宙黑洞就是一个深不可测的谜。对于黑洞“贪吃”的研究在天文界中是颇具神秘性的,同时也是当今最具挑战性、最让人兴奋不已的天文学研究课题之一。科学家们正努力揭开黑洞之谜。

黑洞是一个在天文学中较晚出现的概念,在天文界中颇具神秘性,对于一般人来说更是无法想象。黑洞其实是一个空壳子般的天区,但它又是宇宙中密度最高的地方。黑洞中隐匿着巨大的引力场,这种引力大到任何东西,甚至连光,都难逃黑洞的手掌心。黑洞不让其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种天区在1969年被美国物理学家约翰·阿提·惠勒称为贪得无厌的“黑洞”的缘故。我们无法通过光的反射来观察它,只能通过受其影响的周围物体来间接了解黑洞。据猜测,黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物,是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。

黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大,靠近它的物体都被它的引力所约束,不管用多大的速度都无法脱离。对于地球来说,如果以第二宇宙速度(11.2千米/秒)来飞行就可以逃离太阳系,但是对于黑洞来说,它的第三宇宙速度之大,竟然超越了光速,所以连光都跑不出来,于是射进去的光没有反射回来的。我们的眼睛就看不到任何东西,只是一片黑色。

因为黑洞是不可见的,所以有人一直在质疑,黑洞是否真的存在?如果真的存在,它们到底在哪里?

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程。恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,然后被压缩为一个密度高到难以想象的物质。巨大的引力使任何靠近它的物体都会被它吸进去,黑洞就变得像贪吃鬼一样。即使是光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系,于是“黑洞”就诞生了。