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维多利亚的秘密-第216部分
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不过，这是人类第一次将对宇宙的想象有理有据地延伸到了近万光年的级数。我为什么会介入恒星测量呢？那是因为有一个天文学家来问我，最近通过太阳光谱发现太阳是由氢和氦构成的，这有什么意义吗？
我说，太阳有氦，说明氦在恒星中比较普遍，可以用来解释造父变星。在1784年9月10日，爱德华·皮戈特检测到天鹰座η的光度变化，这是第一颗被描述的经典造父变星。
几个月后由约翰·古德利克对息发现的变星造父一进行了精确地测量。造父一的视星等最亮时为3。7等，最暗时为4。4等，光变周期为5天8小时47分28秒。
怎么解释这罕见的变星现象呢？氦，正常情况下拥有两颗电子，在高温下电离，失去电子，恒星表面全是电离的氦。根据温度的高低，又可以把电离分为单电子电离和双电子电离。
双电子电离的氦的透明度相对于单电子电离的氦有显著的差异，随着恒星不断地给氦外壳加热，氦的双电离也就越来越多，其不透明度增加，让恒星更加高温，于是，恒星开始膨胀。
这时，我们就看到变星的光度增加了。恒星膨胀到一定的程度把内部冷却下来，双电离的氦纷纷变身回单电离，透光度增加，更增加了冷却的速度，于是，变星又慢慢地缩回去，这是黯淡过程。
变星的数量并不多，因为它需要恒星大小、组成元素的机缘巧合。不过，一旦它的周期性出现，就会比较稳定。这种罕见的恒星成了测量恒星距离的一个契机。因为越大的变星期周期也越长，这意味着我们可以通过观察周期来确定恒星的大小。
不管恒星有多远，它被观察到的周期都是不变的，同样的周期的变星，越暗就越远，它成为了我们在浩淼的星空中不变的座标。”
原本期待的政治演说居然似乎变成了硬科学天文交流会，除了那些连基本科学原理都不承认的家伙之外，那些被测量天文距离所吸引的人都听得津津有味，果然是科技大帝的作风，没有半点伟大、光荣、正确的排场，只有硬硬的硬道理。
不是核心天文团队的天文学家这时才知道这种测量方法，立刻就明白了造父变星这个星际座标的厉害之外，这是天体测量的划时代事件。如果造父变星发现得足够多，也许天文学家们能够发现它的奥秘，像唐宁这样从氦组成逆推出变星周期的意义的简直是神来之笔。
第461章小宇宙
“离地球最近的造父变星——北极星也有几百光年之遥远，不过，越远的恒星其自行就越小，利用这种办法，经过复杂的计算，我们终于计算出了含有变星的各种星群的近似距离。
其计算过程将在《自然》期刊上发表，诸位在这里听到的天文学上最前沿的发展，在我演讲之前，天文学界并没有银河系的确切大小数据。而有了造父变星这个大绝招，我们可以很肯定地测量它。
我们甚至可以把望远镜对准与邻近的天文环境大不相同的球状星团，发现它们的密度很高，假如地球出现在球状星团中，仅靠恒星的闪耀就能把黑夜变成白昼一样亮堂。
而我们可以很肯定地说，这些怪星团与我们的距离超过了之前所有的天文尺度——不到一万光年。球状星团在银河系中被观察到的有100个左右，可能还有差不多的数量没有被看到。距离我们大约有2万到20万光年。
我们终于把尺度拓展到了20万光年。而且我们能够把大量的恒星的自行过程距离还原成围绕着银河的中心旋转的图景。我们使用的是计算机全自动追踪上百万颗恒星的自行，于是，诞生了这幅想象图。”
第一次，人类是从银河的圆盘的垂直角度“观看”银河，演讲台上的大银幕一颗一颗地把几百万颗恒星渐次闪现出来，闪耀地展现着瑰丽的银河的本来面貌。
就连看热闹的人也感觉很好玩儿，天文学家们更是心神皆醉，他们还是头一回见到天文学知识也能够拿来在普通人面前得瑟的。
银河系还第一次出现了美艳的旋臂，我们的太阳系就处在其中一个旋臂上，不是像以前人们一厢情愿相信的那样是银河系的中心，而是在银河的边缘。
唐宁把追踪之外的恒星补足，使银河想象图更完美，并指出了太阳系所在的具体位置，说：“不要以为在中央是好事儿。如果是这样，为什么我们不住在太阳上？为什么我们不生活在地球中心？有时候，边缘更美好。
就像大洋中的暖流与寒流相交的边缘，波涛汹涌，把大量的营养物质带到海面，那里的生命最丰饶，边缘之美，不可言喻。银河中心……呵呵，我猜想那里引力巨大，连光都被引进去出不来，一些生命都将会在那样恐怖的引力之下撕成基本粒子。”
这最后一句话就像小刀一样划在人们的心坎儿上，引起一阵骚动与耳语。
听唐宁说说这个数字大家就能体会什么是恐怖引力了：“我们根据银河旋转的速率而推算，占有银河绝大部分质量的银心的质量远超太阳质量的1000亿倍，进而估计银河系大概有2000亿到3000亿颗恒星，是第一个估算这个数目的w。赫歇耳先生数字一亿颗的3000倍。
我们的银河系，真实直径约10万光年，像个圆盘，盘子的厚度在中心处为2万光年，我们所处的位置约银心到边缘三分之二之处，要是理解为黄金分割线之处也行。这里的厚度约3000光年。
我们银河有两个小邻居，与银河系同属于星系级的天体，一个是小麦哲伦云，一个是大麦哲伦云。大麦哲伦云离我们15万光年，小麦哲伦云离我们17万光年。
小麦哲伦云对天文学还有非凡的意义，因为它有足足25颗造父变星，且离我们如此地遥远，造父变星之间的距离已经不重要了，于是形成了很规律的亮度，使我们能够画出变星的周期律曲线，成为星际座标对比的依据。
天文学界的先贤们曾经猜测一些暗淡的星斑可能是遥远到难以置信的恒星所组成，但是直到我们出手之前，最好的望远镜也无法看到它的内部结构，只知道那儿偶然会出现一颗光度极弱的星。
我个人推测那是恒星演化过程中最后一次能量大爆发，其喷发的能量能够照亮整个星系，也就是说，如果我们银河系中来这么一颗大爆发恒星，其能量相当于整个银河系恒星能量之和。
不过，这个理论不重要，因为我们已经制造出了最大口径的光学望远镜，达到了200英寸，终于把先贤的猜想变成了真切的观察结果，这是著名的经常出超级恒星大爆发的仙女座星云内部。”
联大会议与会者便有幸在这个意外从政治会议变成科学会议的场合看到了远离银河系的星系，它同样拥有造父变星，从而能够得到准确的距离数据——250万光年。
“难道这就是最远的吗？当然不是，还有很多的类似仙女座星云的远方星系，比仙女座更遥远，至此，我们已经把宇宙的尺度跟地质证据所证明的地球年龄超过20亿年对应了起来。最远的星系在被我们的望远镜看到的时候，已经在浩淼的太空中行驶了几十亿年。
只要想想我们目睹的华丽星空是20亿年前的图景，我们的心中自然而然地就升起一股对宇宙的宏大的敬意，以及对人类渺小的叹息。
这20亿年并不是我们宇宙的最大年龄，将来我们还有更强有力的工具。大家知道，光的波长短，容易碰到障碍物，而电磁波的波长长，可以绕过障碍物。我们身处银河系的边缘，按理来说往银心高密度看去的时候能够看到丰富得多的繁星。
但事实却是无论我们从哪外方向看，星空的密度都差不多。所以我们以前的天文学家会以为我们太阳系是在银河系中心。其实，这是因为银心密度大，气体尘埃的密度也大，遮挡住了大量的星光。
自然界往往有很多巧合的东西使我们产生误判。比如：月亮的大小跟太阳的大小看上去是差不多的，所有能够形成完美的日食，月亮居然能够刚好遮住太阳，实在是太巧了。那是因为太阳质量大，离我们就越远，月球质量小，可以离我们很近。
两个参数一起作用，就产生了日食这种巧得不能再巧的巧合。而且月球看起来不是在转动的，它上面的斑点几乎不动。这让我们的祖先认为月球不转动。其实，这正是潮汐锁定现象。
月球的自转刚好跟地球同步，月球有一面永远朝向地球，另一面永远背对着地球，这些巧合冥冥之中却正好符合物理学原理。
为了使我们的视野透过恼人的气体尘埃，我们还制造了巨大的、接收电磁波的射电天文望远镜，这一次，我们看到了更远、更多。”
光学望远镜直接看到的最远是百万光年计，而射电望远镜所合成的图像是光学望远镜根本完全看不到的黑暗虚空，相当于几十亿光年之远的图景。
到了这个尺度，人们已经麻木了，似乎几十亿光年还没有伽利略第一次看到大银河那么震撼，也没有造父变星确定仙女座星云远在250万光年那么震撼。
“我已经注意到，大家似乎对几十亿光年之远的事情没有了兴趣。是啊，试想那么遥远的地方有一个王子和公主结婚了，快乐的生活在一起，我们想去拜访一下这对小夫妻，结果等我们以光速赶到的时候，几十亿年已经过去了！这有意思吗？”
观众席上响起了会心的笑声，大家觉得太远的星系发生的故事真是很扯。
“射电望远镜告诉我们更深的道理，其实，原本先贤们以为遥远到不可思议，被康德称之为‘宇宙岛’的仙女座星云，结果却只是我们银河系的近邻，它是组成我们银河系所在的‘本星系团’的星系的一个。
这么一个随便的邻居，却比我们银河系还要大，拥有的恒星比我们银河系还要多。而我们的本星系团又只是大量星系团的一部分，本星系团还和别的星系团组成更大的组织——超星系团。
将来说不定我们还会发现超超星系团。宇宙就像一个无限延伸的空间，不管它是不是无穷无尽的，上亿的距离都让我们望而兴叹了。
很不幸，迄今为止，宇宙的速度上限就是光速，不要说太远，我们最近的4。3光年的半人马座阿尔法星就够让我们走好一阵子。接近光速是非常困难的，我们可以想象，以极大的工程、科学努力，使我们能够以十分之一的光速飞行。
这已经非常难了，那么到最近的恒星打一个来回，竟需要差不多百年的时光。以四年一届政府来算，居然要经过25届政府才能完成一次科考。对于一届政府、一代人民来说，这是何其艰难的决定。
我们在这里提醒大家，远方是多么的渺茫，对我们的启发就是——也许经营好我们自己触手可及的一亩三分地更靠谱。一光年，如果用米来衡量，那就是接近10的13次方。
而我们人类成年个体的细胞的数量约为10的14次方。我们自己本身竟似一个宇宙级的空间。细菌的细胞要比人体细胞小得多，它们以人体细胞总数10倍的数量存在于我们的小宇宙中。
宇宙既然广袤到只可远观而不可亵玩，我们何不把人类最大的希望寄托在自己的小宇宙中？每个人都有自己的小宇宙，属于自己的空间。而且这个小宇宙的规模与宏伟，丝毫不亚于大宇宙呢。
人类的*无止境，文明的发展前途无量。宗教告诉你，要么到天堂去寻找极乐，要么扼制自己的*。我们科学一派揭示了极乐与丰富能够往无限小的方向去发掘。
今天，我们还将讨论一个跟遥远相关的物理与哲学合一的问题，也是牛顿百思不得其解的问题——为什么天体相隔那么远，引力却似乎仍然瞬间就到达它们，使拥有质量的天体能够相互吸引？
我们的好奇心可能比牛顿更大，因为我们射电天文望远镜已经揭示了更宏伟的图景——维持超星系团之间引力竟然能够跨越上百万光年而存在。它们这么牛，到底是有什么奥秘？
我现在就在现场创造一个小太阳系，或者说小星系的迷你模型，让大家看看一种可能的解释，希望能够给科学爱好者以启发。”
第462章无远弗届
唐宁曾经发明了legopress，能够迅速拼装出立体的ppt，不过，现在才是他第一次使用立体的手段来展示东西，而且并非积木。大家定睛一看，居然是一张巨大的布。
这块巨布足足有5*5米那么大，有六个角，每个角有一个支点，紧紧地把布拉成一张膜。所有人都丈二和尚摸不着头脑，不知道这张布膜跟模拟太阳系和星系有什么关系。
在摄像机的镜头下，唐宁在大布膜上的一举一动都能通过银幕传送到观众的眼前，也能传送到全世界的互联网终端上。全世界都被唐宁吊起了胃口，前提是你理解了他提出的问题，一个万有引力的发现者牛顿也费解的问题：为什么引力可以无远弗届地扩展到全宇宙？
当大布膜部署好了，唐宁终于开口了，说：“我在这张布安置了软性磁，所以给上面运行的一个圆盘磁铁一个初速，它就能够做近似的匀速直线运动，像牛顿描述的那种。”
他拿出一个小圆盘磁铁，轻轻一推，果然小圆磁匀速飞到了布膜的另一端。这种东西并不稀奇，在唐宁的主持下，魔鞋什么的都普及了，大家对这种物理现象已经见怪不怪了。
他继续说：“刚才模拟的是没有引力的情况下物体会有什么表现，现在，引力来了！”
这时，他从布膜旁边的桶中拿出一坨大圆盘，有帽子大小，也有帽子高，看上去就很沉，其重量能够在布膜的中间压出一个大坑。可以想象这样的大坑必是中间最深，离大圆盘越远越浅。
这个时候，他在浅浅的布膜边缘放下一个小圆盘，小圆盘就顺着浅浅的坑之边缘滑向了大圆盘，正像是被引力吸引了过去，大伙儿终于有点明白怎么模拟引力了。
唐宁：“看到了吗？越接近大圆盘，小圆盘受到的引力就越大，可不是正像是我们地球或者太阳的引力？”
在布膜的边缘，小圆盘加速度很慢，被引到接近深坑时，加速度明显大多了，很直观地展示了引力的属性，唐宁一次又一次地放小圆磁块，让大家看得清楚。
原来“坑越大”就是引力越大，这个“隐喻”真巧啊。这个时候，物理学家们都以为这只是一个隐喻而已。
刚才唐宁仅仅是把小磁块放在布膜的边缘，现在模拟要更进一步了，他给了小磁块一个与“坑引力”方向相切的初速，结果小磁块拥有了一个角动量，不再掉进大坑里，而是绕着大坑在旋转，这正像地球绕太阳公转。
真是越来越有意思了啊，物理学家们似乎捕捉到了什么，好像这个模拟系统并不像是逗你玩儿的性质啊。
当然了，现在唐宁再加一把劲儿，释出更小的磁块。刚才的小磁块我们改称中磁块。
中磁块围绕着大磁块转，中磁块本身也在磁布膜上制造出坑，足以对小磁块形成坑引力，结果就是大家看到了神奇的现象，小磁块围绕着中磁块在转，中磁块围绕着大磁块在转，跟太阳、地球、月球的表现几乎完美地相像。
唐宁这个实验巧妙就巧妙在用磁力把“天体”悬空，使它们的转动很长时间都不会因为与布膜的摩擦力而损失能量被停止，给观众们强烈的印象，这简直是小太阳系，真实太阳系的迷你版。
唐宁还嫌这样的模拟不够真，抓了一大把中磁块一洒，迷你太阳系顿时拥有了十几颗迷你行星。这时，他说：“现在向大家展示为什么我们太阳系中的行星的公转方向大部分都是一致的。”
接着，他又抓了一大把中磁块，这一次给的角动量与刚才相反，代表公转相反的行星们。布膜中立即掀起了大量的天体相撞事件，原来相反的公转极易引起行星相撞，然后失去角动量，掉入深坑。
经过不长的时间之后，几乎所有的公转方向全部都统一了！这一次演示更深刻，物理学爱好者纷纷赞叹不已。
下一步，唐宁要演示的就是跟最初的问题有关的系列，他又拿一个小太阳放在在布膜中，结果当然是造就一个大坑，靠近的行星纷纷坠入，这时，他说：“看高速摄影机的回放，大家能通过观看新大坑的形成而想象引力场是如何形成的。”
在高速摄影机回放的过程中，自然能够看到随着小太阳的出现，布膜上的坑越来越大。坑引力出现的速度非常快，但也是有数的，高速摄影机不就能看出来吗？但是，只要大坑一旦出现，以后对膜上所有的“天体”的引力就是即时的，不论天体在膜上的哪个位置都会立即往坑中掉。
唐宁：“大家仔细想想，这像不像速度为‘瞬间’的引力？我们可以猜想天体出现在空间中，就像压扁了空间，而这个压扁的速度可以用光速计，可是一旦空间被天体压扁，引力的传播就不再受传播速度的限制，整个宇宙都在受到它的影响，瞬间的。”
这个时候，物理学家们已经有点领悟的苗头，不过，这个猜想太过荒诞，再机智的科学家一时也无法把握其中的奥妙，只能由唐宁亲口一字一字地说明白：“其实，这不是相似的问题，这是唯一的解。
是的，我们的空间就是一张膜，可以被有质量的任何东西压扁，质量越大，空间就被压得越扁，然后这个坑空间对宇宙中所有的东西有引力，不论它有多远。不过，这张膜是三维的，我们身在其中，无法直观地看到它。”
这是石破天惊的物理学新说，涉及到物理中最基本的东西，万有引力，所有的有科学素养的人都应该对此感到震撼不已，事实上也是如此，从会场到全球互联网的各个节点，听懂了这段话的人都震惊不已。
如果在大家还有余力把注意力放到别人的表情上，会发现连唐师傅的两个高徒：麦克斯韦和法拉第小姐都对这个三维膜空间的新说感到无比地惊讶。唐师傅居然把这个奥秘藏到现在第一次跟人说。
也是，如果没有射电天文望远镜，把几十亿光年的宏伟宇宙图景展示在世人面前，又怎么能够显得膜学说的伟大光荣正确？没有坑一样的空间，怎么能把引力传到几百万光年之远的看似荒谬的距离？
一个典型的非本星系团的超星系团，其直径达到了800万光年，达到银河系直径的80倍之遥，这个超星系团之所以能够聚集成团，当然是因为无所不在的万有引力。
只有可以被质量压扁的膜空间能解释如此广度的天体派对。从表面看起来，超星系团的引力能够瞬间跨越800万光年，无时不刻不对边缘的天体起吸引作用，否则天体的巨大角动量早就让天体逃离了超星系团。
这张布的威力就是这么大，一下子说服了大量的物理学家去相信不可思议的可伸缩的空间，罗恩公爵夫人那篇解释光速不变推导出来的空间可伸缩的论文却很少有科学家相信。
唐宁没有止步于此，他说：“相信已经有人买帐，认为万有引力确实是由于空间塌陷引起的，那么问题就来了——为什么世间只有万有的引力，而没有万有的排斥力？
我们都知道，电磁场中又有吸引又有排斥力，分子间的弱作用力也是如此，为什么万有引力没有相应的排斥力？
所谓的相对应，我们仍然可以在这张布膜上看出来！看！”
唐宁把早已经准备好的一根柱子塞到布膜底部，这一次造就了一座小布峰，与布坑刚好对应。在万众瞩目中，唐宁正如所有人预测中的那样，把小磁块放在布峰的山腰上，可想而知，小磁块迅速地滑下去，从布上的两个点来说，这正像是排斥力。
唐宁：“非常像是万有排斥力吧？不过，万有引力我们抬头看天空，低头瞅大地都能发现，为什么却没有看到万有排斥力？到底有没有？
我认为：有。刚才我已经向大家展示了宇宙可以有多大，我们把目光再放远点，看看百万光年之上有什么现象。这么远的距离，我们又要引入新的测距方法。一种超越造父变星的方法，因为咱已经看不到具体的恒星了，只能看到星系整体发出来的光芒。
只看到整体的光也能测距？能的。大家看看这两幅光谱图，仔细研究下它们是不是有点细微的区别。”
他在大银幕上展示了两幅如彩虹般的遥远星系发出的光谱图，红橙黄绿青蓝紫，普通人99％的人看不出它们有什么区别。等大伙儿攒足了精神努力寻找光谱图的区别了半天之后，唐宁才把关键点出来。
他把图中颜色相等的关键值标出来，大家一下子就能看到了区别，第二幅图中的7条颜色值被整体往红端移动了一段。
唐宁：“光波的波长改变了，这是什么回事？1842年，奥地利的科学家多普勒发现了一种现象，他注意到飞速朝我们驶来的火车的汽笛的声音会变得尖细，而远离我们而去的火车汽笛声相反地会变得低沉、舒缓。
用物理学上的术语解释，那就是汽笛的声波被靠近与远离改变了。我们想想，波长是什么？我们可以想象波峰与波峰之间或者波谷与波谷之间的距离，那就是波长，当火车飞驰而来时，这段距离被缩短了。
意味着波长变短，声波的能量也是波长越短，振动的频率越高，能量就越大，敲击我们耳膜的时候就更剧烈，所以会出现变频现象。只有速度达到一定的程度，声波的变频才会�
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