四 奇妙的宇宙現象之謎
宇宙的六大懸案
宇宙第一大懸案——宇宙中存在生命嗎？在宇宙中尋找地球外生命的根據是什麼？一般來說，有這樣幾方麵的理由：
第一，與生命產生相關的物質，如氨基酸、有機分子、甲烷……在隕石、彗星、太陽係以外的廣闊空間都已有所發現，尤其是宇宙空間有機分子的發現，使得地外生命變得更加合乎實際，而不是人們純粹的猜想了。
第二，適合生命產生的環境——像原始地球那樣的行星，在銀河係裏並非“獨此一家，別無分店”，同樣也是有許多許多的。
第三，一些科學家正計劃在其他星球上進行生命的實驗，別的星球一旦出現生命之後，也會按生物進化的規律由低級到高級不斷進化，最終也會產生像地球上的人類一樣的高級文明生物。人們對科學家的大膽計劃正拭目以待。
宇宙第二大懸案——黑洞天體為何物？黑洞通俗地說，就是在宇宙中有那麼一些點，在這些點上（例如一顆燃燒盡了的恒星）由於自身塌縮的重力作用而不斷被壓縮，它的體積趨向於零而密度變得無窮大，這樣，圍繞這些點的一定空間範圍就形成了一個黑洞。黑洞的引力無比強大，任何東西靠近它的時候都會被它吞噬掉，就連光也逃脫不了這樣的厄運。
黑洞的理論是正確的。那麼黑洞能否找到呢？根據世界著名理論物理學家霍金的理論，黑洞中的一切都消失了，但它所具有的強大引力依然存在。而引力是可以測量到的，這股強大的引力會使鄰近的恒星發生擺動。
最近，美國和加拿大的科學家有“非常確鑿”的證據證明，在銀河係的一個星係中確實存在著一個黑洞。這個所謂的黑洞在大麥哲倫星雲係中，它是一個雙星係統，其中的一顆亮度很微弱，另一顆則看不見，而又確實存在。根據計算，這個看不見的星便是黑洞，其質量是太陽的8至12倍。這個黑洞已被命名為LMC－X。它到底是不是黑洞？也許還要有更直接的證據。
宇宙第三大懸案——引力輻射的問題。1916年，愛因斯坦最早從理論上證明了引力是一種波。可是，直到現在，人們依然沒有在實驗中測出引力波來。從20世紀50年代後半期起，物理學家魏伯開始構思檢測來自宇宙天體的引力波的奇妙方法。1969年，魏伯宣布他發現了並成功地檢測到了引力波。消息一經傳出，轟動了全世界。
從20世紀70年代起，世界各地相繼建立了引力波檢測裝置。然而遺憾得很，結果都否認了魏伯的結論。引力波問題仍然是一個懸而未決的宇宙奇案。為什麼說引力效應實在是微乎其微？因為它隻有電磁效應的1/1040，這就造成了檢測技術的極大困難。
大約在魏伯首次實驗的10年後，終於有人間接地證實了引力波的存在，但直接檢測出引力波仍是實驗物理學留下的最大課題之一。
宇宙第四大懸案——太陽係的第十顆行星。在我們的太陽係裏，除了目前已知的九大行星外，是否還存在第十顆行星呢？這個問題像幽靈似地在天文學家的心中盤旋著。找到它，這便是天文學家今後最迫切的任務。
早在18世紀70年代，德國天文台的彼德就編寫了舉世聞名的“行星平均軌道數列”，如果將行星的平均軌道半徑用天文單位來表示，發現計算值和實測值對一些行星來說是很接近的，但從海王星和冥王星與太陽的平均距離來看，其距離相差很大。
1977年，帕諾瑪天文台的考瓦耳向世界各地的天文台發了一封電報，宣稱他在10月18日發現了一顆低速移動的，光度為18等級的新天體。許多天文台根據考瓦耳的報告進行跟蹤觀察，並求出這顆新天體距離太陽的距離為13.7天文單位，它比土星遙遠得多，但在天王星的內側。問題是在冥王星外側是否存在另一顆行星呢？
如果用彼德事實考慮在冥王星外側存在新行星的話，那麼在大型望遠望的視野裏是可發現的。天文學家為了能圓滿解釋太陽係行星之謎，無疑將會在遙遠的宇宙空間裏繼續搜索新的天體——太陽係的第十顆行星。
宇宙第五大懸案——新元素發現極限。德國科學家通過重離子加速器，用人工方法製成第107和109號元素。雖然到現在還沒有發現第110號或以後的元素，但卻不能說元素發現到此結束了。既然沒有到盡頭，那麼到底到哪裏為止呢？
宇宙間的物質千差萬別，多得不可勝數，但形成這些物質的元素種類，卻還不到100種。因為，自然界形成的元素在周期表中隻有92種，最重的元素就是鈾了，而在這以後的重元素都是在實驗中人工製得的。科學家對此並不罷休，他們像挖寶似的，在某些地方尋找超重元素，至今雖然未取得成功，但終於找到了通過加速器製造超重元素的途徑。
周期表是探求未知元素的指南，應用周期表可以推測未知元素的性質，以便確定研究它們的方法。
宇宙第六大懸案——人類進化有缺環。還在18世紀，英國生物學家赫胥黎在研究了尼安德特人的頭骨以後，認為它是一個具有猿臉的頭骨，但決不是人與猿之間的中間缺環。這就告訴我們，人與猿之間的親緣關係，似乎還應該有一環。從19世紀末，這個缺環一直沒有找到它的化石。
1891年荷蘭的軍醫杜布瓦在爪哇發現直立猿人（爪哇猿人）的骨骼，全世界都為之轟動起來。爪哇猿人的發現，證明這個缺環確實是存在的。20世紀20年代，又在中國的周口店先後發現了北京猿人的牙齒和頭蓋骨。
可是，在20世紀中葉，日本的人類學家認為爪哇猿人和北京猿人尚不是真正的中間缺環，它更接近於人的一方。這樣，剛發現了不久的中間一環，又被否定了。
於是人類學家又不得不去尋找介於猿和人之間的新的一環以取代直立猿人。這就把南方古猿作為缺環提出來了。可是遺憾得很，南方古猿從腦的大小上看，它跟黑猩猩和大猩猩幾乎差不多。所以，設想中的缺環還是沒有找到。
那麼，在猿與人之間到底應該是什麼樣的一環呢？日本人類學家把它稱為“類猿人”（注意：不是類人猿）。如果這一缺環確實是存在的話，那麼，應該相信，類猿人將會被發現，或者正在發現之中。
控製宇宙的神秘能量之謎
我們的宇宙其實就像一個高明的巫婆用暗能量、暗物質和正常物質調製成的雞尾酒。
天文學家發現了一種控製宇宙的神秘能量——暗能量的最新證據，這種暗能量可能占宇宙總能量的2/3，它正在把宇宙中的星係及星係中的一切以史無前例的速度相互分離。
近年來，科學家們一直在尋找宇宙不僅正在膨脹，而且正在加速膨脹的原因。有人認為，是神奇的暗能量在遠距離上把物體推開，從而克服了引力的局部作用。
最近，英國曼徹斯特大學伊恩?布勞內領導的一個國際天文小組為神秘的暗能量的存在提供了新的證據。
這些科學家觀察到，來自遙遠而明亮的類星體的光被彎曲後，形成了若幹個類星體的圖像，圖像的數目和途中存在的星係所形成的引力透鏡數目不相符合，由此科學家斷定，途中必定存在為我們看不見的其他物質，從而證明了宇宙中確實存在暗能量。
引力透鏡現象是由於來自遙遠星係的光在到達天文望遠鏡之前，會被途中的其他物體的引力所彎曲，和通常的透鏡折射光相似。
據報道，該天文小組的一位科學家使用包括宇宙年齡在內的參數和引力透鏡源的可能數目，計算被引力透鏡折射的類星體的數目。他發現這一數目大約是沒有暗能量存在的情況下類星體圖像數目的兩倍。因此他推算出，宇宙的2/3必定是由暗能量組成的。
剩下的1/3由暗物質（它的形態至今還不知道）和組成星球與行星的常規物質構成。所有這兩種物質的引力是正常的引力，即通常的萬有引力。
而暗能量與它們相反，具有長距離的反引力性質。與神秘的暗物質一樣，目前科學家們並不知道暗能量究竟是什麼，但這些新的結果增加了暗能量存在的可信度。現在科學界普遍相信，它是宇宙加速膨脹的原因。
這一新的引力透鏡試驗建立在和過去完全不同的物理論據上，所以它提供的支持暗能量存在的證明是獨立於其他證明的。
由於通過引力透鏡形成的類星體圖像通常挨得太近，這個天文小組使用了世界上最強大的射電天文望遠鏡陣列，得到了上千個類星體的無線電照片。他們之所以選擇射電天文望遠鏡，是因為它們能把細節放大許多倍，比光學望遠鏡甚至哈勃天文望遠鏡看得都清楚。
暗能量這個說法直到1998年才出現在天文學領域裏。當時，兩組天文學家對遙遠的星係中正在爆炸的星球即超新星進行觀察，發現超新星比他們認為的暗淡。這意味著它們的距離比科學家原來認為的更遠了。
造成這種情況的惟一解釋應該是，假設宇宙的膨脹在過去的某個時間加速了。
天文學家在這之前一般認為，由於單個星係相互作用造成了引力拖拽，宇宙膨脹是逐漸減慢的。但是對這個超新星的觀察結果表明，有某種神秘的力量在對抗引力的拖拽，使星係以前所未有的加速度相互遠離。
起初，其他科學家對這個結果表示懷疑。也許超新星變暗是因為它們的光被星際塵埃雲擋住了，也許超新星本身的光就比科學家所認為的暗。但是經過仔細檢查，所有這些解釋都被擱到了一邊，暗能量的假說出現了。
其實，有關反引力的想法並不新鮮。早在80多年前，愛因斯坦就已經把這種反引力效應以所謂的宇宙常數的名義包括在他的廣義相對論中了。當時，愛因斯坦為了不使星球由於相互間的吸引力而擠到一起，設想宇宙中應該還存在一種排斥力，它與引力相對抗，從而使宇宙保持穩定。他把這個排斥力稱為宇宙常數。
20世紀20年代，哈勃發現宇宙並非靜止不動，而是在不斷膨脹。愛因斯坦便放棄了他發明的這個宇宙常數，並稱這是他“一生中最大的錯誤”。因為愛因斯坦本人和後來的許多天文學家都把這個宇宙常數隻看作是數學上的假設，而不認為它和實際的宇宙有多少關係，所以直到20世紀90年代也沒有人想到過這個效應會變成現實。
可現在暗能量的發現證明這個排斥力確實存在。看來，如果愛因斯坦還活著，也許他就會承認，放棄宇宙常數是他一生中第二個最大的錯誤。
有關暗能量的探討十分玄妙。有人認為暗能量是從宇宙真空中滲透出來的。有實驗表明，真空似乎並不是空無一物，而是一些虛粒子在時生時滅地冒泡泡。
而另一些天體物理學家則說，暗能量隻不過是宇宙的基本特征，試圖解釋它，就像解釋為什麼地球離太陽的距離剛好適合孕育生命一樣徒勞。
外太空的生命之謎
在一顆繞著不知名的恒星軌道運轉的彗星肚子裏，一個隻在顯微鏡下才看得到的外星人靜靜地躺臥著，正在安穩地休眠。在這片茫茫宇宙的某處——或許是一個像地球一樣的地方——一個更大的目的地正在等待著這個微生物。它或許會變成線蟲，或許變成一朵玫瑰，也沒準兒會變成一位少年。生命畢竟還是頑強的，而且就靠著變化來保持活力。
經過一段時間，引力發生了一些似乎是積極的，但又偏離常規的巧妙作用。於是，這顆彗星從它的恒星軌道裏，就像彈弓上的石頭一樣被彈射了出來。在長達一億多年的時間裏，它靜靜地從恒星之間的漆黑而廣漠的宇宙空間滑過。隨後，引力開始發揮作用了。另外一顆恒星開始牽引這顆彗星，並把它拽進了自己的勢力範圍。
幾顆巨大的氣體狀的行星呼嘯著飛過，它們的巨大形體也牽引著這顆彗星，並略略改變了它的路線。在它麵前變得越來越大的，是一顆龐大的藍色和褐色兩色的星球——水和陸地，或許還有空氣。然後，帶著隻有宇宙空間才能聚集起來的巨大力量，這顆彗星撞擊在眼前這顆星球的表麵上。彗星碎裂開來，那顆外星的微生物卻活了下來，從它的保護殼體裏鑽出來，開始像魔鬼一樣地傳播起來。
38億年前，生命就這樣在地球上開始了。或者應該說，這就是一個被稱作胚種論的關於生命起源的理論的一段敘述。
舊論新生
胚種論一直在非常費力地爭取大多數科學家的支持，直到最近的兩項發現，才給這種理論注入了新的活力。
發現之一：在2000年10月27日的《科學》雜誌上所報道的一項研究表明，宇宙中的飛石可能具有在行星之間成功地運送生命的可能性。
發現之二：2000年10月19日的《自然》雜誌上報道，另一組研究人員宣稱它們已經找到並且能使地球上休眠的細菌複活。這些細菌以孢子的形式，在新墨西哥州的鹽結晶中已經藏身了2．5億年。科學家們認為，這項發現的意義是深遠的。它意味著如果進一步的研究能夠證實這些發現的話，那麼就意味著細菌孢子是近乎不死的。
如果你能夠不死的話，幾十億年的恒星際旅行又算得了什麼呢？
“直到最近，胚種論還沒有被當作一種科學假說。”這種學說的頭號擁護者錢德拉?維克蘭姆辛格說道，“但是現在情況不同了。”
對各個研究領域的十幾位科學家的采訪，已經清楚地表明：胚種論，或者至少是這個理論的一些方麵，已經即將被那些研究生命起源的地點和方式的科學家們作為首要的課題來對待。目前占主要地位的觀點仍然認為，生命是在陸地的環境中，在化學反應後自發產生的，但是胚種論的擁護者們則力圖表明，這樣的奇跡幾乎在任何地方都能夠發生。
胚種論起源和演變
宇宙中到處都存在著生命的種子的說法，是希臘的哲學家阿那薩格拉斯最早提出來的。
在19世紀初，法國的化學家路易斯?巴斯德認為，地球上根本不可能自發地產生生命。英國物理學家凱文勳爵和其他人也馬上加入了巴斯德支持者的行列，並且提出，生命有可能來自於宇宙空間。
但是在現代科學界，胚種論卻舉步維艱。實際上，隻有兩位研究者一直奮力高舉著胚種論的大旗。其中一位是著名的弗雷德?霍伊爾爵士，他曾經以其恒星結構的研究和恒星中化學元素的來源而聞名於世。過去30多年來，他一直與錢德拉?維克拉瑪辛格共同開展研究工作。他們兩人成了現代胚種起源論當然的先驅。
19世紀的70年代，維克拉瑪辛格和霍伊爾在遙遠的恒星周圍的塵粒中發現了據他們認為是生命痕跡的東西。這兩人隨之將胚種論擴展開來，並提出，正是從宇宙空間不斷落下的改變生命的物質——其中包括隨著太陽活動而周期性到來的微生物——影響了生命進化的過程。這些生命活動的種子仍然在不斷降臨在人間。
“這種細菌，或者至少是他們的孢子，能夠存活的時間是長得驚人的，這也就使它們借助著隕星在行星之間進行傳送成為可能。”倫敦自然曆史博物館的一位隕星研究員馬修?根格說，“細菌孢子在處於它們獨特的生命懸停狀態時，或許可以在宇宙中從一顆行星飛往另一顆行星的幾百萬年之中保持存活。”但是，根格也和其他的科學家一樣提醒人們，在新墨西哥州的鹽晶體中發現的2．5萬年前的細菌並不能完全說明問題。
不管怎樣，早期的研究者們已經在3000萬年前的琥珀裏發現了能夠繁殖的細菌孢子。而2000年在南極深處發現的活著的微生物使人們對於生命能夠生存的極端條件又有了新的認識。在學術界，幾乎無人懷疑生命是極其頑強的，而且能夠存活非常非常漫長的時間。
最神秘的宇宙之謎——黑洞
晴朗的夜晚人們遙望星空，那些亮晶晶的小星星看起來沒有什麼個性，它們存在的惟一證明隻是它們的明亮。然而還有不發出亮光的星體，它們的意義更為重大。美國宇航局曾經發射了高能的天文觀測係統，研究太空中看不見的光線。在發回的X射線宇宙照片中，最驚人的一幕是那些從前認為“消失”了的星體依舊放出強烈的宇宙射線，遠甚於太陽這樣的恒星體。這證明了長久以來一個怪異的設想：宇宙中存在著看不見的“黑洞”。
黑洞形成的必要條件就是：一個巨大的物體，集中在一個極小的範圍。晚期的恒星恰巧具備了這樣的條件。當恒星能量衰竭時，高溫的火焰不能抵消自身的重力，逐漸向內聚合，原子收縮——牛頓法則起作用了：恒星進入白矮星階段，體積變小，亮度驚人。白矮星進一步內聚，最後突變成一個點，整個過程不到1秒。在我們看來恒星消失了，一個黑洞誕生了。
一個像太陽這樣大的恒星自身引力如此之大，可能最終收縮成一個高爾夫球，甚至“什麼都沒有”。由於無限大的密度，崩坍了的星體具有不可思議的引力，附近的物質可能被吸進去，甚至光線都不能逃脫——這是看不見它的原因。這個深不可測的洞，就被稱為“黑洞”。科學家相信大多數星係的中心都有黑洞，包括我們身在其中的銀河係。根據相對論，90%的宇宙都消失在黑洞裏。所以一種令人吃驚的說法是：“無限的黑洞乃是宇宙的本身”。
黑洞裏麵有什麼？隻能從理論上推測。假如一位勇敢的人駕駛飛船奔向黑洞，他感覺到的第一件事就是無情的引力。從窗口望出去是周圍星光襯托下一個平底鍋似的圓盤，飛得更近了，遠方似乎寬廣的“地平線”發出X光，包圍著深不可測的黑洞。光線在附近扭曲，形成一個光環。這時宇宙員要返航已來不及了，他向黑洞中心飛去，頭和腳之間巨大的引力差使他如同坐在刑具台上，遠在“地平線”3000英裏以外，引力就把他撕碎了。
那麼，怎麼才能在無際的太空中發現黑洞呢？天文學家利用光學望遠鏡和X射線觀察裝置密切地注視著幾十個“雙子”星座，它們的特別之處在於兩個恒星大小相等，誰都不想俘獲誰，因而互為軌道運轉。如果其中一顆星發生不規則的軌道變化，亮度降低或消失，有可能就是因為附近產生了黑洞。
人類為探索黑洞付出了不懈努力。最為成功的一次是在肯尼亞發射的第一顆X射線衛星觀測係統，被稱作“烏胡魯”，這個裝置在發射後運行3個月就感到天鵝星座的異常。天鵝座X1星發出的“無線電波”使得人們可以準確地測定它的位置。X1星比太陽大20倍，離地球8000光年。研究表明這顆亮星的軌道發生了改變，原因在於它的看不見的鄰居——1個有太陽5至10倍大的黑洞，圍繞X1旋轉的周期是5天，它們之間的距離是1300萬英裏。這是人類確定的最早一顆黑洞體。
自從哥白尼和伽利略以來，還沒有一個關於宇宙的理論具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦證實，那麼“宇宙不僅比我們想像的神秘，而且比我們所能想像的還要神秘”。我們知道宇宙處於不斷地擴張中，這是“宇宙核”初期爆炸的結果，宇宙核乃是一切物質的來源。當那裏的物質越來越稀薄時，宇宙是否停止擴張？天體的巨大引力是否最終引起宇宙收縮？相對論回答：“是的。黑洞的存在部分地證實了它的預言。即使宇宙不會消失在一個黑洞中，也可能會消失在幾百萬個黑洞中。”另外，徹底揭開黑洞之謎，還意味著給予有關人類終極命運的思索的一個明確的答案。
另外一個宇宙之謎
我們是否會發現另一個宇宙？物理學家可能已經發現了許多平行的現實。
量子力學多宇宙體係
20世紀50年代初，年輕的物理學碩士研究生休?埃弗裏特在研究一些比量子力學本身更為奇異的量子力學的推論時，第一次提出了令人信服的多宇宙體係可能存在的理論。這個被所有嚴肅的物理學家接受的理論認為，人們永遠無法對原子和亞原子粒子的運動進行預測。比如，你隻能推斷某個電子在千分之一秒後大概會在哪裏，但是它也很可能會跑到別的地方。
這一重要的不確定性使我們掌握了亞原子世界的一些基本特性，而這恰好是物理學家們近幾十年來一直在苦苦思索的問題。例如，偉大的丹麥物理學家尼爾斯?波爾認為：在你通過測量行為將某個粒子的位置確定下來之前，這個粒子確實可以同時處於幾個位置。他認為，測量行為本身迫使這個粒子選擇其中的一個位置，這個位置超越了所有其他的位置。
但是埃弗裏特卻有另一種想法：他認為，在你將這個電子的位置確定下來的同時，世界會分裂成許多宇宙。在每個宇宙中，這個電子都有一個不同的位置——而且所有這些每一個都同樣真實的世界會繼續發展變化並擁有其自己的未來。根據這個所謂的量子力學的多世界詮釋，宇宙的多產性已經達到了難以置信的程度，因為宇宙中的每一個粒子在每一瞬間都會產生許多新的宇宙——而在下一個瞬間，每一個新宇宙又會再次分裂。但是有許多物理學家認為，這是一個非常令人信服的觀點。如果這一理論是正確的，正在平行發展的宇宙的數量將遠遠超出我們的計算能力。
但是，這一理論完全是一種假設，因為我們目前還想像不出任何可以使我們與這一多宇宙體係中的任何一個宇宙進行接觸的方式。因此，雖然我們每一個人都可能會隨著我們體內粒子的分裂和再分裂而產生無數的平行“自我”，但是我們了解其他“自我”發展曆史的機會絕對為零——所以判斷埃弗裏特對量子力學所做的這種解釋是否正確的機會也同樣為零。