宇宙大爆炸傳奇-22 來自琦記雜談 00:00 15:05
前文說到，人們根據(jù)量子學(xué)說計算出來宇宙學(xué)常數(shù)和實際觀測的值差了120個數(shù)量級，那這肯定就對不上號了，看來這條路也不對。于是有人就開始想啊，是不是牛頓那時候開始就出問題了？他們就開始打牛頓的主意，有那么一小部分人就開始惦記著牛頓那個萬有引力平方反比規(guī)律，他們惦記著如果引力并不是按照平方反比規(guī)律變化的話那說不定就可以解決問題了，假如平方反比規(guī)律只是個近似值那就好搞了。比如說在大尺度里它就不符合平方反比，比如到了星系級別就比平方反比大，那就可以解決暗物質(zhì)的問題了，它不需要暗物質(zhì)就可以把星系給勒住，引力比較強嘛。到了星系團以上那種更大尺度，可能引力就比平方反比要小，小的話那就扯不住啊，說不定還變斥力了，那也就不需要暗物質(zhì)這種東西了。只要不符合平方反比規(guī)律，那就很有可能什么暗能量啊暗物質(zhì)啊都給解決了。本來嘛，根據(jù)奧卡姆剃刀原理，如無必要，勿增實體，我們要是在這平方反比定律上下功夫那說不定暗物質(zhì)暗能量啥的就不用往里面加了。只是這平方反比那是久經(jīng)考驗的，那不是你說能推翻就推翻，而且還有個大問題也是存在的，那就是挖了愛因斯坦的根啊。 如果引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量不對等，那這事就有意思了，這相對論即使不被推翻那也得大幅度修正?？谡f無憑，是騾子是馬拉出來溜溜就知道了，結(jié)果他們專門搞了一個很高的塔去專門做自由落體實驗。所以說自由落體實驗從中學(xué)物理課本上就開始教，說的好像很簡單，實際上一點都不簡單。他們在搞這個實驗，看能否發(fā)現(xiàn)什么蛛絲馬跡，在小數(shù)點后多少位看能不能找到什么線索，不過到目前為止他們也沒發(fā)現(xiàn)什么靠得住的這種證據(jù)，這種事肯定要靠實驗來說明問題，你沒證據(jù)別人也不會理你的。所以說他們是少數(shù)派，多數(shù)人還是認為這個暗物質(zhì)和暗能量是存在的，也必須要有這兩個東西才能解釋觀測到的現(xiàn)象。當(dāng)然了，對于暗能量的觀測就得全靠1A型超新星爆發(fā)，1A型超新星爆發(fā)就屬于紅移非常大的天體，離地球非常遙遠，那觀測這個暗能量才靠譜，才能有比較明顯的反應(yīng)。 大紅移天體不止1A型超新星這一種，不過1A型這種超新星有種麻煩，那就是炸完之后它就尸骨無存了，然后超新星爆發(fā)的時間也短，一下子就過去了，要想常年穩(wěn)定觀測那還是有難度的，這總不能說別人炸完了你又說我沒看清楚你再炸一次，誰還給你再來一次啊。所以這總是要不斷去找，這邊炸了一顆你也不能再在原地等，別人炸完就沒了，又不是放鞭炮一連串地炸。但是有一類天體它們普遍離我們都比較遠，而且很穩(wěn)定，它們也不是炸一下就沒了，偏巧它們還非常亮，可以被我們很方便地觀測。 這事還要從上世紀60年代說起，1960年代是一個天文學(xué)大發(fā)展的年代，那時候剛好射電天文學(xué)剛剛興起，60年代的四大天文發(fā)現(xiàn)都是靠射電天文的方法發(fā)現(xiàn)的，人們陸續(xù)就發(fā)現(xiàn)了很多射電體，那么那些射電體有沒有對應(yīng)的光學(xué)體呢？有人就拿光學(xué)望遠鏡去看那些位置，看有沒有什么星星是可以看得見的，人們一看果然這些位置都是有星星的，這樣的話一個天體的光學(xué)波段和射電波段就對應(yīng)起來了，這倆波段加起來那就是一個天體的全波段了，那么每個天體都可以從更加全面的角度去研究了。人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批射電信號很強的天體，不過有個天體的譜線就讓大伙很困惑，這個天體的編號是3C48，這上面的譜線和我們已知的任何元素都沒辦法對應(yīng)。我們知道恒星上的元素會吸收譜線或者發(fā)射譜線，只要看看這些譜線那就知道恒星中包含了什么元素，氦元素就是通過這種方法從太陽里找到的，因為氦這個名字本身就來源于希臘語的太陽，后來才發(fā)現(xiàn)好像氦也能從我們地下冒出來。但是這個3C48的天體譜線和其他恒星的譜線不一樣，好多條譜線都沒見過，那難道說這恒星上還有我們沒見過的元素？但現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了，元素周期表上的格子都被填滿了，而且新造出來那些人為元素，那些原子核質(zhì)量都很大的元素它們都很不穩(wěn)定，經(jīng)常是人工剛造出來它就衰變了，不太可能會穩(wěn)定存在。 3C 48 3C273 這事就奇怪了，到底是怎么回事呢？后來荷蘭裔的美國天文學(xué)家馬丁·施密特又發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的天體，這個奇怪的天體和3C48的情況是一樣的，這顆的編號是3C273。這倆天體都有共同特征，一個是體積小，二個是亮度大，三就是有奇怪的光譜。馬丁·施密特回家自己悶頭想了一個星期，突然一拍大腿想明白了，這些奇怪的譜線其實一點都不奇怪，它們就是最常見的氫的光譜。那之前天文學(xué)家怎么就沒看懂氫發(fā)的光譜呢，那不是最常見的光譜嘛？別急，之所以人們沒看出來那是因為譜線發(fā)生了難以想象的巨大紅移，這完全出乎人們意料。一旦確認這是氫譜線發(fā)生了巨大的紅移導(dǎo)致我們都不認識了，那么問題就來了，它是怎么會有這么大的紅移呢？人們普遍認為這巨大的紅移就是哈勃紅移，也就是宇宙學(xué)的紅移，這意味著距離我們就非常非常非常遙遠，隨便估計一下就離我們100億光年以上遠，那如果是這么遠的話我們應(yīng)該看不見才對，怎么偏巧我們就看到了，那應(yīng)該光度非常弱才對，看遙遠的那些星系啊星系團啊都只能模模糊糊看到一個點，但這家伙怎么離我們這么遠，體積又這么小，又能被我們看到，亮度還這么大？那只能說這東西擁有超大亮度，亮到不可思議。它們以恒星的體積發(fā)出了遠超星系級別的亮度，這中間可是差了上千上萬億倍，這東西太嚇人了。一個星系是千億顆恒星，大概2000億顆3000億顆差不多，它這一顆就發(fā)出了超過一個星系的亮度，這是一種什么概念。人們一時之間敲不準這到底是個啥玩意兒，就給它起了個模棱兩可的名字叫類星體，顧名思義就是一個類似恒星的天體。 60年代天文四大發(fā)現(xiàn)就是微波背景輻射、星際有機分子、類星體和脈沖星，這都是射電天文學(xué)的成果。當(dāng)然林子大了什么鳥都有，后來人們發(fā)現(xiàn)類星體越來越多了，有好多類星體它基本都不發(fā)射無線電波，而在光波波段就特別亮，這種類星體占了大多數(shù)，那種可見光和無線電波都很強的反而是少數(shù)。那么人們就投入大型光學(xué)望遠鏡來搜尋了。我們國家當(dāng)時在日本留學(xué)工作的何香濤，他就發(fā)現(xiàn)了2000多個類星體的候選者，后來確認的有100多個，成為了發(fā)現(xiàn)類星體最多的人。當(dāng)時他還是個英俊的小伙子，現(xiàn)在看他在網(wǎng)上的公開課那已經(jīng)成了個標準的老教授，頭發(fā)都掉了，都禿了。那時候全靠人工篩選，干這事其實很苦逼，而且效率也不高，那現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)大發(fā)展，早就不靠人工了，人工根本干不過機器，全靠計算機自己篩。到了80年代末，人們就確認了三四千顆類星體，差不多就這個數(shù)量。到了1990年這就不一樣了，天文界發(fā)生了一件大事，那就是哈勃望遠鏡發(fā)射升空，到現(xiàn)在29年了，哈勃望遠鏡做出的貢獻就大批大批展示給公眾，它恐怕是知名度最高的天文望遠鏡了，幾乎成了天文望遠鏡的代名詞。當(dāng)然了，后續(xù)又有一批望遠鏡被造了出來，比如什么斯皮策啊錢德拉啊，這倆是在天上的，在地上的就是斯隆數(shù)字巡天，還有口徑超大的望遠鏡也在建。斯隆數(shù)字巡天就可以同時觀測好多顆天體的光譜，我國就建了郭守敬望遠鏡，也是用來干這事的，而且效果比斯隆數(shù)字巡天還要好。 郭守敬望遠鏡 天文學(xué)家手里的東西越來越強大，而且信息化技術(shù)自動化技術(shù)一上去，那種下的種子總要開花結(jié)果。哈勃望遠鏡首次拍到一個類星體的周圍有盤狀結(jié)構(gòu)，這顆類星體在185億光年之外，距離我們非常遙遠，它跟地球之間恰好有個巨型星系，這個星系的引力使得光線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，結(jié)果這星系就成了個放大鏡，它聚焦了后面類星體的光，天文學(xué)家才有幸看到類星體周圍那些塵埃物質(zhì)。類星體的秘密終于被揭開，原來類星體中心是一個巨大的黑洞，過去有人猜類星體這么強，那是不是個白洞啊，它一直往外面吐東西所以才這么亮。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)是黑洞，黑洞不是只進不出嗎？這是怎么回事呢？這就要從星系與黑洞之間的關(guān)系說起了。 在1995年，也就是人們在折騰類星體的時候，科學(xué)家們也開始關(guān)注銀河中心附近的情況了，就首次發(fā)現(xiàn)那核心附近有的恒星移動速度非?？?，但是銀河中心是被大量塵埃遮住的，就像是有霧霾一樣，人們沒法看清楚核心和附近清晰的圖像。隨著紅外天文技術(shù)的發(fā)展就可以用紅外波段來觀測銀河系的核心了，這樣的話核心附近的那些氣體塵埃的干擾就少了非常多，人們終于能看清核心附近的情況了。有不少恒星圍著一個非常小的天體在轉(zhuǎn)圈圈，轉(zhuǎn)圈圈那個核心也看不見，但是所有恒星都圍著它做高速旋轉(zhuǎn)，那核心的尺寸也不會比這個恒星的軌道大吧，而核心的天體質(zhì)量起碼是幾百萬個太陽質(zhì)量。質(zhì)量和尺寸算出來之后就可以衡量一下了，什么樣的天體滿足這樣的條件呢？發(fā)現(xiàn)所有的天體都不符合，那就只有一種可能，那就是黑洞，不存在其他別的解釋了。這個觀測經(jīng)歷了幾十年，因為恒星繞著這個黑洞轉(zhuǎn)圈圈最快也要十多年才能看出點端倪，才能把軌跡給看清楚。經(jīng)過長時間觀測，銀河系中心有一顆超大質(zhì)量黑洞，那么別的星系核心有沒有這種超大質(zhì)量黑洞呢？結(jié)果就對這些星系普查了一遍，發(fā)現(xiàn)大部分都有這種超大質(zhì)量黑洞，這說明是一個普遍現(xiàn)象。核心黑洞的生長發(fā)育和整個星系演化是息息相關(guān)的，它并不是平白無故核心有個大黑洞。就在這個時候哈勃望遠鏡就拍到類星體周圍的盤狀物質(zhì)，對比一下，原來這類星體就是星系的活動星核，這星系也會成雙成對，兩個星系靠的過近的時候因為引力的作用會導(dǎo)致星系合并，星系的核心可是超大質(zhì)量黑洞哦，那兩個星系在合并的過程中就開始逐漸靠近，然后互相圍繞旋轉(zhuǎn)。這倆星系一攪和那不得了，周圍的塵埃氣體全過來了，圍繞黑洞形成吸積盤，把整個星系攪和地一團糟。吸積盤里的物質(zhì)就在掉進旋渦之前互相摩擦擠壓，發(fā)出了大量的光和熱，這比太陽這種恒星的核聚變要劇烈太多了。這倆星系就像發(fā)電機一樣周圍形成一個非常強大的磁場，把物質(zhì)就沿軸線方向噴射出去了，我們也就看到了非常強烈的光。當(dāng)然了我們看到的不止有光，各種物質(zhì)其實都有，它們就好比宇宙里的探照燈，簡直就是亮瞎眼。前幾年一個以中國科學(xué)家為主的團體就發(fā)現(xiàn)了一個類星體，它的光照強度是太陽的4301000倍，距離地球128億光年，中間黑洞的質(zhì)量是太陽的120億倍，大約在宇宙大爆炸后90億年就形成了，是目前已知遙遠的宇宙類星體里光度最高的黑洞，質(zhì)量也是最大的一個。相比銀河系中心那個黑洞只有300萬個太陽質(zhì)量，那就是沒法比了。 銀河系中心 哈勃望遠鏡還看到一個神秘現(xiàn)象，那就是漢尼天體，顧名思義就是個叫漢尼的人發(fā)現(xiàn)的。這是個星系動物園計劃，就是普通人也可以去看看這個天體到底長什么樣，偏巧這個漢尼就看到這個天體了。它2007年就被看到，但是要到2011年哈勃望遠鏡看到的現(xiàn)象得到解釋。這個漢尼天體就是一團神秘的綠色云團，這個綠色云團后來發(fā)現(xiàn)就是被黑洞的噴流像探照燈一樣照亮的一團云氣，這個噴流在200多萬年之前就熄滅了，但這個漢尼天體仍然有余暉存在，而且還能看的出上面有一大團陰影，這陰影是怎么回事呢？當(dāng)年這類星體還活著的時候，上面的探照燈還在照，這噴流被一團其他的云氣給擋住了，這留在漢尼天體上的影子就像電影沒開場之前熒幕上映著的人的影子，這道理是一樣的。后來又經(jīng)過哈勃望遠鏡的研究，發(fā)現(xiàn)這一片發(fā)光的云氣也就是漢尼天體是一整塊大云氣的一小部分。那時候類星體噴流就像個探照燈，它也就照到了很小一塊地方，這片云氣總大小在30萬光年左右，其實這就是當(dāng)年兩個星系合并的時候留下的互相撕扯的一團氣體尾巴，從尾巴的形狀來看，這倆星系合并是合并了，但那個隊形還沒完全排好，現(xiàn)在這形狀還很亂，這就是很亂的旋渦狀留在那的尾巴。由此得到進一步確認，這個類星體就是一個活動的星系和兩個大黑洞在那給攪和出來的，就是超大質(zhì)量黑洞搞的鬼。 漢尼天體 類星體的發(fā)光之謎搞清楚了，但這類星體太遠了，我們只能看到它很亮，其他的啥也都不知道了，那銀河系的核心部分恰好也有一大片云氣在那飄，人們就在期盼如果銀河系核心的黑洞能捉住這片云氣，而且開始使勁吃，這也能發(fā)出比較強烈的輻射，這我們就能好好看戲了?？上н@云氣飄過，中間的核心黑洞沒抓到，讓它給跑了，所以說這銀河系中心超大質(zhì)量黑洞暫時沒啥東西可以吃。在銀河系中心的距離我們是可以觀測的，其他類星體都太遠了，那我們就想讓中間黑洞吃點什么東西，我們看它表演一下，不過看來這機會不是很多。 類星體都是極其遙遠的天體，這就對我們研究宇宙早期提供了很好的素材，畢竟光要飛到我們眼睛里也是需要時間的，越是遙遠天體發(fā)出的光能被我們看到，那就說明別人出生的早，所以我們看到的類星體都是宇宙小時候的樣子。而且類星體紅移量非常大。根據(jù)紅移量推測它們的退行速度，目前已經(jīng)達到了光速的幾分之一的樣子了，已經(jīng)是非?？炝怂俣攘?。將來即便發(fā)現(xiàn)了超光速現(xiàn)象也不奇怪，比如有個類星體叫3C120，它自身膨脹速度已經(jīng)超過光速了，但這僅僅是視覺現(xiàn)象，并不是說它真的超光速了。這種視覺現(xiàn)象原理也不復(fù)雜，那是因為光速有限，遠處發(fā)生一件事，然后隔一段時間又發(fā)生一件事，再隔一段時間發(fā)生一件事，等光跑到我們這的時候這3個事之間發(fā)生的間隔因為某種原因就縮短了，我們就會覺得這跟鏡頭快放一樣，三件事很快就發(fā)生了，導(dǎo)致看上去速度極快，但其實本質(zhì)上它們速度沒這么夸張，這跟宇宙膨脹啊啥的都沒關(guān)系。 這時1966年有個科學(xué)家就寫了一篇論文解釋了這個問題，其實說白了也沒啥復(fù)雜的，我們在銀河系里也發(fā)現(xiàn)了這種視覺超光速的天體了。銀河系里的東西都不算太遠。1994年，銀河系里的GRS1915+105又叫天鷹座V1487這個天體，首次發(fā)現(xiàn)存在這種視覺超光速噴流的現(xiàn)象，一般這種超光速的往往是噴流速度，而天體速度自己不太會超。這種東西就叫微類星體，就是兩個致密的天體互相圍繞旋轉(zhuǎn)引起的吸積盤之類的東西，其實跟類星體差不多，只不過規(guī)模比不上，所以叫微類星體。那這致密天體到底是啥？那就有可能是兩個黑洞了。當(dāng)然了，宇宙膨脹也會引起視覺超光速現(xiàn)象的存在，這是不違反愛因斯坦相對論的，因為空間本身的膨脹它就不受光速的限制。假如有的天體退行速度看上去已經(jīng)到光速了，那我們其實就再也看不到它了，它就在我們的可視宇宙范圍之外。 GRS1915+105 那我們是不是永遠沒法看到它了呢？那也不一定。這是怎么回事呢，請看下回分解。
