第145章 暗物质和虚空

    华枫清楚脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。

    但是这种变慢非常缓慢，以致于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。脉冲星的特征除高速自转外，还具有极强的磁场，电子从磁极射出，辐射具有很强的方向性。

    由于脉冲星的自转轴和它的磁轴不重合，在自转中，当辐射向着观测者时，观测者就接收到了脉冲。脉冲星就是快速自转的中子星。

    中子星，是超大质量恒星爆炸形成超新星时残留的内核，它是密度非常高的天体，相当于将太阳的质量装入一个直径仅有20千米的球体内。

    中子星能够每秒旋转数百次，由于超强的引力作用和旋转速度，中子星可在时空中形成较大的“涟漪”，但如果其表面包含隆起或其他瑕疵，时空中出现的“涟漪”将出现不均匀性。中子星的表面被认为是由富含中子微粒的结晶层，是一种固体坚硬的外层。中子星表面的原子排列地比钢铁更加紧密，其强度是钢铁断点的100亿倍。

    坚硬的表面意味着中子星能够支撑大量的表面隆起地形——“山脉”，可能在中子星表面能够支撑一些10厘米高的地形隆起，延伸至几公里之外。研究认为黄金和其他重金属元素可能来自于中子星碰撞的大爆炸。

    夸克星，是一种假设的星体。恒星爆发之后会留下遗骸，一颗中子星或者一个黑洞。但如果这个遗骸比上质量太小无法成为黑洞，比下质量太大无法形成中子星，则形成夸克星。虽然还没有被观测到，但天文学家们相信它们应该是存在的。夸克星其实是由奇异夸克物质所组成的，所以它们还被称为奇异星。

    黑洞，一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个称为“视界”的封闭边界，黑洞中隐匿着巨大的引力场，因引力场特别强以至于包括光子(即组成光的微粒，速度c=3108/s)在内的任何物质只能进去而无法逃脱。

    黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于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，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。

    黑洞的最特别之处在于它的“隐身术”，原因是弯曲的空间。光是沿直线传播的。根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。形象地理解，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。

    在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。

    所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。

    如果在黑洞附近创生一对正负粒子，其中一个粒子被吸入黑洞，那么创生的反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子携带正能量从黑洞逃逸。而爱因斯坦的公式e=c2表明，能量的损失会导致质量的损失。

    当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。因此霍金预测黑洞以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。

    1917年，a阿尔伯特·爱因斯坦运用广义相对论建立了一个“静态、无限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。

    1922年，gd弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙也可以是膨胀的和振荡的。

    1927年，g勒梅特提出了真正意义的膨胀宇宙模型。1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。

    20世纪中叶，g伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。大爆炸宇宙模型成为标准宇宙模型。

    1980年，美国的阿兰·古斯在热大爆炸宇宙模型的基础上又进一步提出了大爆炸前期暴涨宇宙模型，随后由安德烈·林德进行了修订。

    该模型包括一个短暂的（指数的）快速膨胀，这个过程抹平时空而使宇宙平坦，解决了视界问题。他提出在宇宙诞生最初的时刻，时空发生过一次急速膨胀的过程，宇宙大爆炸之后的一瞬间，时空在不到1034秒的时间里迅速膨胀了1078倍。

    历史中的电脑演化模型

    2014年5月，科学家制作出最为成功的宇宙演化的电脑模型，模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。

    本次建立的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论。有关科研成果已经在《自然》杂志上发表。

    电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了，暗物质集中起来，为早期星系的产生埋下种子。反暗物质随之出现，才有了将来的星球和生命。黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质，产生一系列爆炸，影响星球的形成。

    研究人员马克·福格尔斯贝格尔表示，模型印证了暗物质等诸多宇宙学理论。他说“在模拟中，很多星系都和现实宇宙中的星系非常相似。这意味着我们对宇宙基本运转原理的认知是正确的、完整的。如果你不把暗物质算进去，它看着都不怎么像真正的宇宙。”

    现代宇宙学的先驱是霍金。霍金“宇宙创造过程中，“上帝”没有位置。没有必要借助“上帝”来为宇宙按下启动键。”

    霍金推崇利用数学和物理手段寻找一个大一统理论，并且证明“宇宙不是偶然诞生的，不需要上帝”，“宇宙的数学模型是有限无界”。

    霍金在演讲中说道

    “然而，人们在过去几年发现，科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下，宇宙可以是自足的，并由科学定律所完确定。哈特尔和我所做的设想可以被重新表达成宇宙的边界条件是它没有边界。”

    宇宙的创生

    爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

    暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为，重子数允许不守恒，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零，因此宇宙从无中演化是可能的。

    “无”并非是绝对的虚无，真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。如果进一步说真空能起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。从现代物理学的观点看，真空也可视为物质。

    宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，把“无”作为一种未知的物质和能量形式，在认识论和方上有一定意义。

    现代宇宙学不是晦涩无用的哲学思辩，而是建立在天文观测、数学模型、物理实验基础上的现代科学，完有能力认知宇宙的奥秘。天文学家们指出，大爆炸必然会发生，原因是“虚空”本质上是不稳定的，可以从量子力学和广义相对论中推导出来。在量子力学的尺度，空间将不稳定，不再显示平滑和连续，空间和时间失去稳定性，混杂形成时空的泡沫，微小的时空泡可以自发形成。量子化的时空产生涨落，宇宙产生于“虚空”。

    对于这些理论上的东西，华枫心里自有自己的理解，眼下他要考虑的不是这么宏观的东西，而是迫在眉睫的“末日浩劫”。

    。