万物简史-第3部分

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第二章　欢迎光临太阳系（2）
至于冥王星本身，谁也不大清楚它有多大，是什么组成的，有什么样的大气，甚至它到底是个什么东西。许多天文学家认为，它其实算不上是颗行星，而只是我们在银河的废墟带（称之为凯珀带）发现的最大的物体。凯珀带理论实际上是1930年由一位名叫伦纳德的天文学家提出来的，他用这个名字来纪念一位在美国工作的荷兰人杰勒德·凯珀。凯珀发展了这个理论。凯珀带是所谓短命彗星的源泉……那种经常一闪而过的星星……其中最著名的就是哈雷彗星。比较长命的彗星（其中有最近光顾的海尔－博普彗星和百武彗星）产生于遥远得多的奥尔特云，我们过一会儿就会谈到这个问题。　　冥王星的表现与别的行星很不一样，这种看法肯定没错儿。它不但又小又模糊，而且它的运行方式变化不定，一个世纪以后谁也说不准冥王星到底会在哪里。别的行星多少在同一平面上转动，而冥王星的运行轨道（似乎）是倾斜的，不和别的行星处于同一平面，而是形成一个17度的角，犹如有人头上潇洒地歪戴着帽子。它的轨道很不规则，在它寂寞地绕太阳转动的过程中，每一圈都在相当长的时间里比海王星距离我们更近。事实上，在20世纪80年代和90年代的大部分时间里，海王星是太阳系里离我们最远的行星。只是到了1999年2月11日，冥王星才回到外侧的轨道，此后它将在那里停留228年的时间。　　因此，如果冥王星真是一颗行星，那肯定是一颗很怪的行星。它很小，只有地球的四百分之一大。假如你把它盖在美国上面，它还盖不住美国本土48州的一半面积。光这一点就使它显得极其反常，这说明，我们的行星系统是由4颗稳固的内行星、4颗气态的外行星和1颗孤独的小冰球组成的。接着，问题又来了。克里斯蒂发现冥王星的卫星以后，天文学家开始更加仔细地观察宇宙的这一部分，截至2002年12月初止，又在天王星以外发现了600多个物体，其中一颗被命名为伐楼拿星，差不多和冥王星的卫星一般大小。天文学家现在认为，也许存在几十亿个这类物体。困难在于，它们当中有许多暗淡无光。一般来说，它们的反射度只有4％，大约相当于一块木炭的反射度……当然，这些〃木炭〃是在60多亿公里以外。　　　　这到底有多远？几乎难以想像。你看，空间大得不得了……简直大得不得了。出于了解和娱乐的目的，我们来想像一下，我们就要乘火箭飞行器进行旅行。我们不会走得太远……只到我们自己太阳系的边缘……不过，我们先要明白：空间是个多么大的地方，我们占据的是个多么小的部分。　　哎呀，恐怕是坏消息，我们回不了家吃晚饭了。即使以光的速度（每秒30万公里）前进，也要花7个小时才能到达冥王星。而且，我们当然无法以这种速度进行旅行。我们不得不以宇宙飞船的速度前进。这个速度就很慢了。任何人造物体所能达到的最高速度是〃旅行者1号〃和〃旅行者2号〃宇宙飞船的速度，它们现在正以每小时万公里的速度飞离我们。　　当时（1977年8月和9月）之所以发射〃旅行者〃号飞船，是因为木星、土星、天王星和海王星排成了一条直线，这种现象每隔175年才发生一次。这就使得两艘〃旅行者〃号飞船能够利用〃引力帮助〃技术，以一种宇宙甩鞭的形式，被从一颗气态巨星连续甩到下一颗气态巨星。即使这样，它们也要花9年时间才能到达天王星，要花12年时间才能越过冥王星的轨道。好的消息是，要是我们等到2006年1月（这是美国国家航空和航天局暂定向冥王星发射〃新地平线〃号宇宙飞船的时间），我们就可以利用有利的木星定位法，加上一些先进的技术，只用10年左右的时间便能抵达那里……虽然再次回到家里恐怕要花上相当长的时间。　　无论如何，这是一次漫长的旅行。　　你可能首先意识到，空间这个名字起得极其恰当，空间是个平淡无奇的地方。在几万亿公里范围内，最充满生气的要算我们的太阳系，而所有可看得见的东西……太阳、行星及其卫星、小行星带的上亿块翻滚的岩石、彗星和别的各种飘浮的碎石……仅仅充满不足现有空间的万亿分之一。你还很快意识到，你所见到的太阳系图是根本不按比例制作的。在教室里的大多数图上，行星们一颗挨着一颗，相距很近……在许多插图里，外侧巨星的影子实际上落在彼此身上……但是，为了把所有的行星画在同一张纸上，这种骗术也是必不可少的。海王星其实不是在土星以外一点儿，而是在土星以外很远的地方……它离土星的距离比土星离我们的距离还要远5倍。它在外面那么遥远的地方，接受的阳光只有土星的3％。　　实际上，距离是那么遥远，无论如何不可能按比例来画太阳系图。即使你在教科书里增加许许多多折页，或者使用长得不得了的标语纸，你也无法接近这个比例。在一张成比例的太阳系图上，如果将地球的直径缩小到大约一粒豆子的直径，土星便会在300多米以外，冥王星会在公里外的远处（约为一个细菌的大小，因此你怎么也看不见它）。按照同样的比例，离我们最近的恒星比邻星会在万公里以外。即使你把一切都加以缩小，土星会像英文的句点那么小，冥王星不超过分子的个儿，那么冥王星依然在10多米以外。　　所以，太阳系确实是巨大的。当我们抵达冥王星的时候，我们已经走得那么遥远，太阳……我们那暖暖和和、晒黑我们皮肤、赋予我们生命的亲爱的太阳……已经缩小到了针尖大小。它比一颗明亮的恒星大不了多少。在这样冷清清的空间里，你会开始理解，为什么即使是最重要的物体……比如冥王星的卫星……也逃过了人们的注意力。在这方面，绝不只是冥王星。在〃旅行者〃号探险之前，人们以为海王星只有两颗卫星，〃旅行者〃号又发现了6颗。在我小时候，人们以为太阳系只有30颗卫星。现在的卫星总数至少已经达到60颗，其中起码三分之一是在刚刚过去的10年里发现的。在考虑整个宇宙的时候，你当然需要记住，我们其实还不知道我们太阳系的家底。txt电子书分享平台　霸气书库
第二章　欢迎光临太阳系（3）
现在，当我们飞越冥王星的时候，你会注意到另一件事：我们在飞越冥王星。要是你查一查旅行计划，你会明白这次旅行的目的地是我们太阳系的边缘，我们恐怕还没有到达。冥王星也许是标在教室挂图上的最后一个物体，但太阳系并不到此为止。实际上，离终点还远着呢。要到达太阳系的边缘，我们非得穿过奥尔特云，那是个彗星飘游的茫茫天际。而我们……我为此感到很遗憾……还要再花1万年时间才能抵达奥尔特云。冥王星远不是太阳系外缘的标志，就像教室里的挂图上随便暗示的那样，它仅仅是在五万分之一路程的地方。　　当然，我们没有打算去做这样一次旅行。做一次万公里远的月球旅行，对我们来说依然是一件了不起的大事。老布什总统曾一时头脑发昏，提出要执行一次去火星的载人任务，但后来不了了之。有人估计，这要花费4　500亿美元，最后很可能落个全体乘员命归黄泉的结局（他们无法遮挡高能的太阳粒子，DNA会被撕得粉碎）。　　根据我们目前掌握的知识和理智的想像，任何人都绝对不会前往我们自己太阳系的边缘……永远不会。实在太遥远了。事实上，即便使用哈勃望远镜，我们也看不到奥尔特云，因此我们实际上不知道它在哪里。它的存在是可能的，但完全是假设的。1　　关于奥尔特云，有把握的只能说到这种程度：它始于冥王星以外，向宇宙里伸展大约两光年。太阳系里的基本计量单位是天文单位（AU），代表太阳和地球之间的平均距离。冥王星距离我们大约40个天文单位，奥尔特云的中心离我们大约5万个天文单位。一句话，它非常遥远。　　但是，我们再作一次假设：我们已经到达奥尔特云。你首先注意到的是，这里非常宁静。现在，我们离哪个地方都非常遥远……离我们自己的太阳那么遥远，它甚至算不上是天空里最明亮的星星。想一想啊，远处那个不停闪烁的亮点是那么微小，却有足够的引力拖住所有这些彗星，这真是不可思议。这种引力并不很强，因此这些彗星只是很壮观地慢慢移动，速度大约仅为每小时354公里。由于引力的细微摄动……也许是由于一颗路过的恒星，在这些孤独的彗星中，不时会有一颗被推出正常轨道。有时候，它们被弹进空荡荡的空间，再也没有踪影。但是，有时候它们会进入围绕太阳的漫长轨道。每年大约有三四颗这类彗星，即所谓的长命彗星，从太阳系里侧行通过。这些迷途的访客只是偶然会撞上坚硬的东西，比如地球。这就是我们现在到这里来的道理……因为我们见到的那颗彗星刚刚开始朝着太阳系的中央经历漫长的坠落过程。在这么多的地方中，它的方向偏偏是艾奥瓦州的曼森。它要花很长时间才能抵达那里……至少三四百万年……因此我们先把它搁置一下，到本书快要结束时再来讨论它。　　　　这就是你所在的太阳系。太阳系之外还有别的什么？哎呀，也许什么也没有，也许有很多东西，这取决于你怎么看这个问题。　　从短期来说，什么也没有。人类创造的最完美的真空，都不如星际空间那样空空荡荡。　　那里有大量的这种〃空空荡荡〃，直到你抵达下一个〃有点东西〃。宇宙里我们最近的邻居是比邻星，它是那个三星云团的组成部分，名叫α星，位于光年以外，这在星系用语中只是微不足道的一点时间，但仍然要比去月球旅行远1亿倍。乘宇宙飞船去那里，至少要花25　000年；即使你真的做这次旅行，你仍然到不了任何地方，只会看到茫茫空间的中央悬着一簇寂寞的星星。若要抵达下一个有意义的陆标天狼星，还有光年的行程。因此，如果你想要以〃越星〃的方式穿越宇宙的话，情况就会是这样。即使抵达我们自己银河系的中心，也要花上比我们作为人的存在长得多的时间。　　我再来重复一遍，空间是巨大的。恒星之间的平均距离超过30万亿公里。即使以光的速度去那里，这对任何想去旅行的个人来说都是极富挑战性的距离。当然，为了逗乐，外星人有可能旅行几十亿公里来到威尔特郡种植庄稼，或者来到亚利桑那州哪一条人迹稀少的路上，把行驶中的小卡车上的哪个可怜虫吓得魂飞胆丧，但这种事似乎永远不会发生。　　不过，从统计角度来看，外层空间存在有思想的生物的可能性还是很大。谁也不清楚银河系里有多少颗恒星……估计有1　000亿颗到4　000亿颗……而银河系只是大约1　400亿个星系之一，其他许多比我们的银河系还要大。20世纪60年代，康奈尔大学的一位名叫弗兰克·德雷克的教授为这么巨大的数字所振奋，根据一系列不断缩小的可能性，想出了一个著名的方程式，旨在计算宇宙中存在高级生命的可能性。　　按照德雷克的方程式，你把宇宙某个部分的恒星数除以恒星可能拥有行星系的数；再用那个商除以理论上能够存在生命的行星系数；再用那个商除以已经出现生命，而且生命提高到了有智力的状态的行星系数；如此等等。每这样除一次，那个数字就大大缩小……然而，即使以最保守的输入，仅在银河系里，得出的高等文明社会的数字也总是在几百万个。　　这种看法多么有意思，多么激动人心。我们也许只是几百万个高等文明社会中的一个。　　不幸的是，空间浩瀚，据测算，任何两个文明社会之间的平均距离至少在200光年。为了让你有个清楚的概念，光这么说还不行，还要作更多的解释。首先，这意味着，即使那些生物知道我们在这里，而且能从望远镜里看到我们，他们所看到的也只是200年以前离开地球的光。因此，他们看到的不是你和我。他们看到的是法国大革命、托马斯·杰斐逊以及穿长丝袜、戴假发套的人……是不懂得什么是原子或什么是基因的人，是用一块毛皮摩擦琥珀棒生电、认为这挺好玩的人。我们收到这些观察者发来的电文，很可能以〃亲爱的大人〃开头，祝贺我们牵着骏马，能够熟练地使用鲸油。200光年是如此遥远的距离，我们简直无法想像。　　因此，即使我们其实并不孤单，实际上我们还是很孤单。卡尔·萨根推算，宇宙里有可能存在生命的行星多达100万亿亿颗……这个数字远远超出我们的想像力。但是，同样超出我们想像力的，是它们所散落的宇宙的范围。〃要是我们被随意塞进宇宙，〃萨根写道，〃你在一颗行星上或靠近一颗行星的可能性不足十亿亿亿亿分之一（即10－33）。世界是很宝贵的。〃　　因此，这也许是好消息：1999年2月，国际天文###合会正式裁定，冥王星是一颗行星。宇宙是个又大又寂寞的地方。我们能有多少个邻居就要多少个邻居。
第三章　埃文斯牧师的宇宙（1）
罗伯特·埃文斯牧师是个说话不多、性格开朗的人，家住澳大利亚的蓝山山脉，在悉尼以西大约80公里的地方。当天空晴朗，月亮不太明亮的时候，他带着一台又笨又大的望远镜来到自家的后阳台，干一件非同寻常的事。他观察遥远的过去，寻找临终的恒星。　　观察过去当然是其中容易的部分。朝夜空瞥上一眼，你就看到了历史，大量历史……你看到的恒星不是它们现在的状态，而是它们的光射出时的状态。据我们所知，我们忠实的伙伴北极星，实际上也许在去年1月，或1854年，或14世纪初以后的任何时候就已经熄灭，因为这信息到现在还无法传到这里。我们至多只能说……永远只能说……它在680年以前的今天还在发光。恒星在不断死亡。罗伯特·埃文斯干得比别人更出色的地方是，他发现了天体举行告别仪式的时刻。　　白天，埃文斯是澳大利亚统一教会一位和蔼可亲、快要退休的牧师，干点临时工作，研究19世纪的宗教运动史。到了夜间，他悄悄地成为一位天空之神，寻找超新星。　　当一颗巨大的恒星……一颗比我们的太阳还大的恒星……坍缩的时候，它接着会壮观地爆炸，刹那间释放出1　000亿颗太阳的能量，一时之间比自己星系里所有的恒星的亮度加起来还要明亮。于是，一颗超新星诞生了。〃这景象犹如突然之间引爆了1万亿枚氢弹。〃埃文斯说。他还说，要是超新星爆炸发生在离我们只有500光年远的地方，我们就会完蛋……〃彻底把锅砸了。〃他乐呵呵地说。但是，宇宙是浩瀚的，超新星通常离我们很远很远，不会对我们造成伤害。事实上，大多数远得难以想像，它们的光传到我们这里时不过是淡淡的一闪。有一个月左右的时间，它们可以看得见。它们与天空里别的恒星的惟一不同之处是，它们占领了一点儿以前空无一物的空间。埃文斯在夜间满天星斗的苍穹里寻找的，就是这种很不寻常、非常偶然发生的闪光。　　为了理解这是一种多么高超的本事，我们来想像一下，在一张标准的餐桌上铺一块黑桌布，然后撒上一把盐。我们把撒开的盐粒比做一个星系。现在，我们来想像一下，再增加1　500张这样的餐桌……足以形成3公里长的一条直线……每一张餐桌上都随意撒上一把盐。现在，在任意一张餐桌上再加一粒盐，让罗伯特·埃文斯在中间行走。他一眼就看到了那粒盐。那粒盐就是超新星。　　埃文斯是个杰出的天才人物，奥利弗·萨克斯在《一位火星上的人类学家》中有一章谈到孤僻的学者，专门用一段文字来描述埃文斯……但他马上补充说：〃绝没有说他孤僻的意思。〃埃文斯从来没有见过萨克斯，对说他性格孤僻也罢，一位学者也罢，都报以哈哈大笑，但他不太说得清自己怎么会有这种天才。　　埃文斯的家在黑兹尔布鲁克村边缘的一栋平房里，环境幽静，景色如画，悉尼就到这里为止，再往前便是无边无际的澳大利亚丛林。有一次，我去拜访了他和他的夫人伊莱恩。〃我好像恰好有记住星场的本事。〃他对我说，还表露出不好意思的样子，〃别的事我都不特别擅长，〃他接着说，〃我连名字都不太记得住。〃　　〃也记不住东西搁在哪儿。〃伊莱恩从厨房里喊着说。　　他又坦率地点了点头，咧嘴一笑，接着问我是不是愿意去看一眼他的望远镜。我原来以为，埃文斯在后院有个不错的天文台……一个小型的威尔逊山天文台或帕洛马天文台，配有滑动的穹形屋顶和一把移动方便的机械椅子。实际上，他没有把我带出屋外，而是领着我走进离厨房不远的一个拥挤不堪的贮藏室，里面堆满了书和文献。他的望远镜……一个白色的圆筒，大小和形状像个家用热水箱……就放在一个他自己做的、能够转动的胶合板架子上面。要进行观测的时候，他分两次把它们搬上离厨房不远处的阳台。斜坡下面长满了桉树，只看得见屋檐和树梢之间一片信箱大小的天空，但他说这对于他的观测工作来说已经绰绰有余。就是在那里，当天空晴朗、月亮不太明亮的时候，他寻找超新星。　　超新星这个名字，是一位脾气极其古怪的天文物理学家在20世纪30年代创造的，他的名字叫弗里茨·兹威基。他出生在保加利亚，在瑞士长大，20世纪20年代来到加州理工学院，很快以粗暴的性格和卓越的才华闻名遐迩。他似乎并不特别聪明，他的许多同事认为他只不过是个〃恼人的小丑〃。他是个健身狂，经常会扑倒在加州理工学院饭厅或别的公共场所的地板上做单臂俯卧撑，向任何表示怀疑的人显示他的男子气概。他咄咄逼人，最后变得如此气势汹汹，连他最亲密的合作者……性格温和的沃尔特·巴德……也不愿意跟他单独在一起。兹威基还指责巴德是个纳粹分子，因为他是德国人。其实，他不是。巴德在山上的威尔逊山天文台工作。兹威基不止一次扬言，要是他在加州理工学院校园里碰上，他要把巴德杀了。霸气书库　电子书　分享网站
第三章　埃文斯牧师的宇宙（2）
然而，兹威基聪明过人，具有敏锐的洞察力。20世纪30年代初，他把注意力转向一个长期困扰天文学家的问题：天空中偶尔出现而又无法解释的光点……新的恒星。令人难以置信的是，他怀疑问题的核心是否在于中子……英国的詹姆斯·查德威克刚刚发现的，因而是新奇而时髦的亚原子粒子。他突然想到，要是恒星坍缩到原子的核心那种密度，便会变成一个极其坚实的核。原子实际上已经被压成一团，它们的电子不得不变成核子，形成了中子。这样就形成了一颗中子星。想像一下，把100万枚很重的炮弹挤压成一粒弹子的大小……哎呀，这还差得远呢。一颗中子星核的密度如此之大，里面的一调羹物质会重达900亿千克。只是一调羹啊！然而，不仅如此。兹威基意识到，这样的一颗恒星坍缩以后会释放出大量的能量……足以产生宇宙里最大的爆炸。他把这种由此产生的爆炸叫做超新星。它们会是……实际上也是……创建宇宙过程中最大的事件。　　1934年1月15日，《物理学评论》杂志刊登了一篇论文的简短摘要。论文是由兹威基和巴德前一个月在斯坦福大学发表的。尽管摘要极其短小……只有24行字……但它包含了大量新的科学知识：它首次提到超新星和中子星；它令人信服地解释了它们的形成方法；它准确地计算出它们爆炸的等级；作为一种结论，它把超新星爆炸与所谓的宇宙射线这一神秘的新现象的产生联系起来。宇宙射线大批穿过宇宙，是新近才被发现的。这些理念至少可以说是革命性的。中子星的存在要再过34年才得以确认。宇宙射线的理念虽然被认为很有道理，但还没有得到证实。总而言之，用加州理工学院天文物理学家基普·S。索恩的话来说，这篇摘要是〃物理学和天文学史上最有先见之明的文献之一〃。　　有意思的是，兹威基几乎不知道这一切发生的原因。据索恩说：〃他不大懂物理学定律，因此不能证明他的思想。兹威基的才华是用来考虑大问题的，而收集数据是别人……主要是巴德……的事。〃　　兹威基也是第一个认识到，宇宙里的可见物质远远不足以把宇宙连成一片，肯定有某种别的引力影响……就是我们现在所谓的暗物质。有一点他没有注意到，即中子星坍缩得很紧，密度很大，连光也无法摆脱它的巨大引力。这就形成了一个黑洞。不幸的是，他的大多数同事都瞧不起他，因此他的思想几乎没有引起注意。5年以后，当伟大的罗伯特·奥本海默在一篇有划时代意义的论文中把注意力转向中子星的时候，他没有一次提到兹威基的成就，虽然兹威基多年来一直在致力于同一个问题，而且就在走廊那头的办公室里。在差不多40年的时间里，兹威基有关暗物质的推论没有引起认真的注意。我们只能认为，他在此期间做了许多俯卧撑。　　　　令人吃惊的是，当我们把脑袋探向天空的时候，我们只能看见宇宙的极小部分。从地球上，肉眼只能见到大约6　000颗恒星，从一个角度只能见到大约2　000颗。如果用了望远镜，我们从一处看见