第4章 奇幻的宇宙時空(3)(1 / 3)

星都向外發出光波,如果恒星朝著我們運動,它的光被恒星或星係的原子吸收的地方會出現黑色的線條,因而看上去顯得比較藍。隨著這顆恒星離開我們越來越遠,這些線條就會始終向著紅光的方向偏移,從視覺上看它發出的光會變紅,這就是天文學家所說的“紅移”現象。越遙遠的星係的發光具有越大的紅移,表明這個星係離開地球的速度就越快。

據科學家考察,最遙遠的星係正以每秒幾千米的速度向外運動。

那麼,宇宙會不會永久地膨脹下去呢?這種膨脹是由什麼引起的?為此人們進行了大量的觀測與研究。

根據最新的觀測資料,科學家發現,宇宙的膨脹速度正在漸趨減小。那麼這又是由什麼原因引起的呢?這種膨脹速度會不會最終停止下來,而導致宇宙開始收縮,並回歸宇宙大爆炸之初的狀態呢?或者在經曆強烈的收縮之後,產生一次新的大爆炸,產生一個新的宇宙呢?

當然,要使宇宙終止膨脹,就需要一定量的引力。能否達到這個量,取決於宇宙物質的平均密度能否達到一個量,這個量就是臨界密度。但是,如果宇宙存在大量的“暗物質”,那麼它的平均密度就難測定了。

宇宙年齡的測定也是宇宙膨脹與否的一個指標,但宇宙年齡的測定難度也很大。

宇宙究竟是繼續膨脹著,還是將要收縮呢?在我們現在的宇宙產生之前是否就曾有過這樣膨脹、收縮的循環過程呢?目前還沒有足夠的理論來說明這個問題。

宇宙旋轉探秘

地球一刻不停地自轉,導致人類生活在晝夜交替的景色之中。宇宙間的物體很少有不旋轉的,自轉著的地球和所有它的自轉著的姊妹行星都繞著自轉著的太陽運行,而太陽又和數千億顆自轉著的恒星一道繞著銀河中心旋轉,組成我們的銀河係。銀河係的漩渦結構與奶油倒進一杯咖啡裏形成的漩渦花樣很相似。奶油的分子是由電子、質子和中子這樣一些不停頓地旋轉著的粒子組成的。而目前已知的宇宙中最小的和最大的物體,誇克和超星係團,也都在一刻不停地轉動著。宇宙在旋轉嗎?如果它真的在旋轉將產生哪些後果呢?設想在正方形的四角各有一個星係,若忽略星係間的引力相互作用,則它們將隨著宇宙的膨脹而相互退行。在單純膨脹的宇宙模式中,這個正方形僅僅是隨著時間變大而已。在較為複雜的情形下,正方形切變為增大的平行四邊形。但若宇宙在旋轉,則星係將沿著螺線形軌道相互退行。1982年,法國天文學家保羅伯奇在研究130多個河外雙射電源的觀測數據時,發現這些源所在空聞磁場矢量的方位角與各相應射電源主軸的方位角之差,在一半天空為正值,而在另一半天空為負值。伯奇認為這是由於這些天體相對於星係際介質作旋轉,而旋轉軸與宇宙旋轉的軸相重合的結果。他還計算出,宇宙旋轉的角速度大約為每年2xl08角秒!

目前,宇宙學家和粒子物理學家公認的暴脹宇宙模型能夠解釋宇宙學中長期存在的一些謎:如在大尺度上宇宙是均勻的和各向同性的,宇宙的密度接近於使其停止膨脹所需的臨界密度,等等。1983年,歐洲核子研究中心的伊裏斯和奧立夫從理論上探討了在早期宇宙中宇宙旋轉對暴脹模型的影響。從觀測到的2.7K微波背景輻射的均勻性(溫度起伏在萬分之一)可計算得:今天,宇宙作為一整體,其旋轉速度不能大於每年4xl(Tn角秒,比上述伯奇的計算結果小3個數量級!至於宇宙為什麼轉得這樣慢,伊裏斯和奧立夫統一認為這是宇宙暴脹的自然後果。即使極早期宇宙旋轉得很快,經過暴脹階段它便急劇地減慢。因為,在暴脹階段宇宙的體積增大了10多倍而其角動量卻保持不變,猶如冰上舞蹈家張開雙臂時其旋轉速度自然減慢的情形一樣。

與此同時,英國劍橋天文研究的費乃伊和韋伯斯特對伯奇處理觀測數據的統計分析方法進行了檢驗。他們發現,伯奇所取射電源樣本的延線(主軸)取向和其在天空的位置之間在扭轉的意義上沒有不對稱的明證。他們還認為,伯奇發現的其他不對稱性,包括來自這些射電源的射電波的偏振方向的不對稱性,可能是由於在對視線方向星際介質的影響做校正時的係統誤差所致。

但劍橋大學的統計學家肯德爾和楊對新獲得的一些河外射電一的觀測數據用他們自己發展的統計分析方法處理,所得結果卻表明宇宙旋轉現象是存在的。

1984年,加拿大多倫多大學的宓坦霍爾茨及克隆貝爾格對277個河外射電源的數據用適當的統計方法重複伯奇的分析,未獲得大尺度各向異性或宇宙旋轉的明證。同年,美國蘇塞克斯大學的巴羅、索魯達和波蘭天文學家居斯凱維茨利用對2.7K微波背景輻射均勻性的最新測定值,從理論上探討了對宇宙旋轉角度的限值。他們的計算結果是:如果宇宙是開放的,也就是說如果宇宙永遠膨脹下去,其旋轉不能快於每年約109角秒。這一結論耷即排除了伯奇效應的任何宇宙旋轉的解釋,對於其他宇宙模型,限值更為嚴峻。