1．宇宙的命運
把宇宙當作一個整體來認真研究的宇宙哲學，可能對於我們這些生活在地球上的平凡人而言，還是一門嶄新的科學，而在這門博大精深的科學中，我們對宇宙的最終命運之謎了解得最少。不過，人類現在已經發現了幾條能夠揭示宇宙命運的線索，這其中有一些線索能夠給人帶來希望，但另一些線索卻讓人感覺沮喪。
兩條線索
好消息告訴我們，在短時間內人類是不會被宇宙“掃地出門”。宇宙非常至少能夠把現在這種適於生命存在的狀態再維持l000億年。這相當於地球曆史的2O培，或者相當於智人(現代人的學名)曆史的5O0萬倍。假如人類在公元1000億年的新年到來之前就突然滅亡，並且不能放焰火慶祝新年的來臨，那一定不能說是宇宙本身的錯。
壞消息告訴我們，這世界上沒有什麼東西是能夠永遠存在的。宇宙可能不會消失，可是隨著時間推移，它可能會讓人覺得越來越“不舒服”，並且最終變得不再適於生命存在。計算這種情況何時會出現以及將會怎樣出現確實是一門令人心情抑鬱的科學，但是我們也不得不承認這項研究本身也有一種冷酷的魅力。從天文學家埃德溫·哈勃1929年發現宇宙正在膨脹以來，經典的“創世大爆炸”理論經過了幾十年的不斷修改。根據這一理論，宇宙的最終命運將取決於兩種相反力量之間的“拔河比賽”的結果。一種力量是宇宙的膨脹，在已經過去的10O多億年的時間內，宇宙的擴張始終在使星係之間的距離拉大。還有一種力量就是這些星係與宇宙中全部其他物質間的萬有引力：它好像一個製動器，可以使宇宙擴張的速度漸漸放慢。
其實，這個問題很簡單，就像萬有引力足夠使擴張最終停止，那麼宇宙就注定會發生坍縮，並最終變成一個大火球——同創業大爆炸相當，不過過程正好相反的“大崩墜”。假如萬有引力不足以阻止宇宙的待續膨脹，那麼它最終將變成一個令人感到“不快”的黑暗和寒冷的世界。恒星是通過使氫原子核（主要是氫和氦）發生聚變反應形成較重的原子核來產生能量的。如果恒星內部儲存的氫和氦全部消耗完畢之時，而日漸衰老的恒星上燃燒的火焰會因為沒有新的原子來替代將近消亡的原子而熄滅。與此同時，宇宙會慢慢衰變為一個一團漆黑的空間。
一個結局
由上述分析來說，每一種結局看起來都像在預示生命的死亡。假如宇宙的最終命運是熊熊大火，“大崩墜”就能熔化一切，甚至亞原子粒子也難逃厄運。另一方麵，假如宇宙以無邊的寒冷和黑暗而告終的話，宇宙中的生命形式就有可能存在很長一段時間——例如，智慧生命可以通過從洞中提取引力能來獲得能源從而維持自己的生存。不過，在全部的物體都已經衰退到幾乎相同溫度(略高於絕對零度)的情況下，再想辦法來保持生存，就好比是要用—池死水來推動水磨一樣難辦。
但是，人類的最終命運到現在還不能判定，原因就是我們還無法判斷擴張和有行引力這兩者究竟誰能取得最後的勝利。很多天文學觀測的結果支持前者，但是目前仍然存在著許多不確定的因素。其中之一是令人大傷腦筋的“暗物質”問題。科學家們對星係運動方式的研究顯示，星係中蘊藏著極大的非星係內部引力。從上述分析中，說明人類可以看到的恒星和星雲不過隻占宇宙物質總量的1%至10%。還有很多物質是看不到的，並且這些物質是不發光的。
現在，還無人能知道宇宙中這些暗物質究竟是什麼。但一種可能性是它是由弱相互作用大質量粒子(wIMp)構成的。在我們能夠確定暗物質的成分並用數學方法對其進行計算之前，以我們目前能夠看到的一切為基礎對宇宙的未來進行預測是絕對靠不住的，這就像是首先在鄉村俱樂部對幾個打高爾夫球的人進行民意測驗，然後根據測驗結果來預測全國大選的結果一樣缺乏可信性。同時，諷刺文學作家和宿命論者對於這種“火或冰”的結局也感到了一種帶有苦澀意味的滿足，這充分反映出人類，思維意識的精髓：沒有人可以活著脫離中活的苦海。而這正是使我對這一宇宙的最終命運產生懷疑的原因。人類在用科學方法研究宇宙哲學的過程中總出了很多重要經驗：很多時候，宇宙的發展變化並不會跟著人業已確立的思維方式——來認識宇宙，人類需要轉變新的思維方式。
在20世紀裏誕生的概念，像愛因斯坦的彎曲空間、海森伯格的不確定原理等使我們的思維方式發生了重大改變，同時人們也認識到每時每刻都有數以萬億計的亞原子粒子在我們的身體裏快速運動但卻並未造成任何損害，這些都是現代宇宙哲學不可或缺的組成部分，所以我認為我們有理由假設在即將到來的新世紀裏；人們將敞開大門接受一些更加奇異的概念。所以，我們也許可以從還沒有打開的大門下麵窺見門後放出的幾道光線，但在這道光線的輔助下我們可能就會對宇宙的未來作出進一步的準確預測了
不確定因素
說到和宇宙終結命運有關係的一個不確定因素和膨脹理論有關，根據這一理論，宇宙始於—個像氣泡一樣的虛無空間，這個空間最初的膨脹速度要比光速快得多，宇宙學家之所以相當重視膨脹理論是因為這一理論解決了一些創世大爆炸理論的早期版本所無法解決的問題，此外，膨脹理論對於研究宇宙的最終命運也有—些啟示作用。其中包括：最初推動宇宙高速膨脹的力量(有時根據它在愛因斯坦的廣義相對論方程式中的代號用希臘字母入表示)在宇宙像“打嗝”一樣膨脹結束之後也許並沒有完全消退。它也許還存在於宇宙中，潛伏於虛無的空間，持續推動宇宙不斷擴張，就像引導員在幕間休息結束後有禮貌地引導觀眾回到劇場一樣。
科學家們通常對遙遠的星係中正在爆發的恒星所做的觀測證明，這種正在發揮作用的膨脹推動力有可能確實存在。假如果真如此，決定宇宙未來命運的拔河比賽”就不但涉及宇宙的擴張和萬有引力的製動作用，而且還和微妙的徘徊不去的膨脹推動力所產生的能夠使宇宙無限擴張下去的渦輪增壓作用有關。
不過，最能激發起人們興趣的未知數可能是智慧生命本身在宇宙中所扮演的角色。就像物理學家弗田曼·戴森所說：“如果不將生命和智慧的作用考慮在內，對遙遠的未來進行詳細的預測是不可能的。”在這裏，我們暫且不去評論它的好壞，地球很大的一部分的確已經被—種有實力為了自己的利益而操縱它的生存環境的智能物種所改變。
和這個比較相似，存在於遙遠未來的先進文明也許有能力熔化很多恒星甚至整個星係，從而生起一堆巨人的“營火”，或者使宇宙的長期發展朝著對這—文明有利的方向前進。在宇宙逐漸衰亡的沒落時期，生活可能會變得很枯燥乏味，不過這種生活也許會持續很長時間。試想一下我們能夠看到的宇宙在未來1萬億年時間裏可以動用多少天然智能和人工智能資源吧。分析一下，那種極速發展的智慧和以19世紀的熱力學知識為基礎、認為人類遲早會滅亡的觀點到底誰能勝出呢？
因此，就讓我們都拭目以待吧，就像愛因斯坦在寫給一個對世界的命運感到憂慮的孩子的信中所說的：“至於談到世界末日的問題，我的意見是：等著瞧吧！”
2．神秘宇宙“黑洞”的真麵目
傳說中的空洞世界
通常長期的持續觀測，天文學家們發現，在宇宙中有一些引力很大卻又無法看到任何天體的區域。通常，這種奇異天文現象有以下三個主要特征：
1．這些區域有極強的磁場和引力，不斷吞噬很多的星際物質，某些物質在它周圍運行軌跡也會同時發生變化，從而形成圓形的氣體塵埃環；
2．它們有極大的能量，能夠發出很強的各類射線輻射；
3．因為它強大的引力作用，光線在它周圍就會發生彎曲變化。
就是這樣，通過觀測到的大量間接征兆能夠證實它的存在，卻不管怎樣也無法直接看到它。於是一些天文學家想象的認為它是一種恒星塌縮後，質量、密度非常大的暗天體，美國的物理學家惠勒為它取了一個很有意思的名字——“黑洞”。
在今天這個宇航時代裏，世界各國都已擁有各種先進的天文觀測設備，比如大口徑配有極靈敏接受器的光學望遠鏡，大型射電天文望遠鏡，突破了地球大氣層包圍的哈勃空間望遠鏡等。現在的天文觀測，已經逐漸觸及到距地球100億光年以外的遙遠天體，從河外星係到宇宙塵埃都能一覽無餘，甚至像幾萬公裏外一支小蠟燭那麼微弱的光也能觀測到，而唯獨對“黑洞”卻無能為力，確有些不合邏輯。若它真是一種質量、密度極大，磁場、引力很強的“天體”，為何到現在都看不到它的真實麵目呢？
原因非常簡單，“黑洞”並非是真正的實體星球，而隻是宇宙天體運動時產生的各種“磁場漩渦”現象，它的能量、射線輻射主要都是由磁場力作用產生的，因為它的構成物質密度非常稀薄，光線發射極其微弱，因此根本沒有辦法在遠距離用光學儀器觀測到它的形狀，如果根據它的形態和性質來說，它倒的確可以說一個“黑暗磁場漩渦洞”。
我們假設“黑洞”是一種物質構成密度很大的“天體”，那麼，在“黑洞”和物質密度相對較小的宇宙空間兩者應該是有分界麵的。根據光的反射、折射原理，當光投在兩種物質的分界麵時會有反射和折射現象的，這一點已經從宇宙中所有不發光天體都能夠反光得到證實，無一例外。因此，從“黑洞”無法反射光線這一點說明“黑洞”盡管也有極強的吸引力，可是它的物質構成密度很稀薄，根本達不到反射光線的程度（並不是光線因為被它吸引不能脫離而不能反射）。
當光線和它相逢的時候，隻得穿越而過了，看不到明顯的光反射和折射現象。所以也就不能通過光學觀測直接看到它的形狀，而隻能選擇其他天文觀測方式，通過“黑洞”快速旋轉運動中產生的極強各類射線輻射來證明它的存在。在1992年的時候，科學家們通過哈勃望遠鏡上的高速光度計對天鵝座X-1的一批觀察數據做分析時，發現了兩個快速衰減且消失極快的紫外線脈衝陣列。這種現象與理論預言的物質落進黑洞視界時，釋放輻射的特征正好是符合的。談到光線在“黑洞”附近有可能發生彎曲的現象，是因為光波原本就是一種頻率極高的電磁波，光現象本質其實就是一種電磁現象。因此，這種光線在“黑洞”附近因為受其磁場引力作用而產生彎曲現象是非常自然的。
宇宙中的任何天體都是不能獨立存在的、任何物質之間都會有千絲萬縷的相互內在聯係。“黑洞”現象的出現絕對不是偶然的，而是在自然規律內物質循環演變過程中一個重要環節。整個自然界是由不斷運動著的物質所組成，絕對靜止的物質是不存在的，物質運動必然會產生磁場，天體和磁場是緊密相連的整體，因此隻要有天體，它周圍就存在磁場。不同類型的物質結構因為運動方向的不同，運動速度的差異，會產生很多大小不一、強弱各異的磁場漩渦，人們通常把這種磁場漩渦稱作“黑洞”。通常較大的物質結構產生的磁場漩渦較大，例如星係中心的“黑洞”（銀河係中心）；較小的物質結構產生的磁場漩渦也較小，例如恒星之間的“黑洞”（天鵝座X-1）。
在自然界，對物質能量大小起決定性作用的有兩個重要因素：一是物質的質量；二是物質的運動速度。因為磁場具有力和能的特征，所以“黑洞”盡管構成物質密度很小，但由於它有很快的旋轉運動速度，當組成它的物質凝聚向一個方向作有序運動時，便產生極大的能量和極強的引力。在宇宙中，有一些分散的呈氣態的氫、氧類物質和呈固態的矽、鐵類塵埃物質，通常受“黑洞”吸引力的作用，在“黑洞”附近運動方向發生變化，向它的中心高速旋進，逐漸形成圍繞“黑洞”中心運動的圓形氣體塵埃環。“黑洞”盡管無法直觀地看到，卻能夠通過它向外發出的各類射線輻射現象提示它的形態。國外曾經有報道，哈勃望遠鏡已經拍攝到“黑洞”周圍邊緣呈現出翹曲狀的塵埃圓盤，這些都形象的證明了“黑洞”的漩渦性質與真實形態及漩渦，通常都是呈漏鬥狀的特點。
事實上，宇宙中各類“黑洞”的運動形態和形成原理就像我們用肉眼能夠看到的許多自然渦流現象一樣。比如地球上大氣運動產生的熱帶氣旋——“台風”，在“台風”外圍是急速旋轉的氣流形成的急風暴雨區域，能量很大，而在空氣渦流中心區域——“台風眼”，因為空氣稀薄，壓力相對很小，對周圍產生強大吸引力，所以氣流不易進入，反而是風平浪靜的區域，從衛星圖上能夠清晰地看到“台風”的圓形漩渦狀雲團。另外，還有江河湖海中的水渦流也是圓形漩渦狀的，水渦流同樣有很大的能量和吸引力，當物體接近時會被吸引進漩渦之中。“黑洞”，其實就和“台風”、“水流漩渦”這樣能夠直觀看到的渦流現象很像，可以說是宇宙中物質運動的產物。它的巨大能量和引力主要來自物質急速運動產生的磁場。
所謂“黑洞”中心，是指那些外界物質不容易進入、有形物質又很少的區域。因此，在“黑洞”的中心都是空白區域。由於它對四周物質的吸引力在每個方向幾乎都是均勻的，通常在“黑洞”周圍物質運行的軌跡都是圓形漩渦狀的。因為“黑洞”物質分布密度都不相同，它的周圍通常還會伸出一些旋臂（如可見的星係旋臂），從而造成同方向輻射強弱程度不同的射線脈衝現象（即脈衝星）。
通常情況下，在“黑洞”引力吸積過程中，物質的數量和密度持續在增加，磁場漩渦範圍會相應增大，能量和引力顯著增強，而且會吸引更多的物質，這樣像滾雪球一樣不斷發展。當“黑洞”周圍物質達到相當體積和密度時，對光的反射、折射作用逐漸加強，到了某種程度就發展成為能夠通過光學望遠鏡直接觀察到的有形天體——“星雲”，正是從恒星級“黑洞”中孕育出新生的天體“星雲”。這種初期的有形天體多數是呈環狀（環狀星雲），它的構成物質相對較稀薄，因此，形狀是很模糊的。就這樣，隨著“星雲”體積的不斷膨脹，於是就有了幾十億年以上向“恒星”發展的演變進程。
總結一下，宇宙中全部天體的存在形式和演變過程，都是由自然規律所決定的，“黑洞”也一樣。一旦我們通過表麵現象揭示出它的本質和與自然規律的內在有何聯係，包括“黑洞”在內的各種神秘天象就很容易解釋清楚了。
3．宇宙反物質之謎
大家都知道，我們的這個世界是由物質組成的，而物質則又是由原子、分子等微觀粒子所構成的。但是反物質卻是相反的，它是由原子、分子的反粒子，也就是反原子和反分子所構成。所以，這裏所謂的反物質指的就是具有和物質完全相反的性質。
反物質，這個定義被提出已經很久，不過這首先要從正電子的預言和發現說起。最早在1928年的時候，英國物理學家狄拉克在試圖把20世紀最重要的原理——相對論和量子力學結合起來的實踐中發現了這一現象，並且預言了正電子的存在。而所有這一切都是由狄拉克所建立的相對論波動方程中得出負能量值的解引起的。在對這個方程求解的過程中，狄拉克一共得出了4個描述電子內部狀態的解，用來說明電子應當具有4個內部狀態。其中兩個狀態能夠用電子的自旋及自身磁矩的存在加以解釋；不過對於方程的另兩個附加解的求解過程中得到的負能量值的解得出了奇怪的結論。
由上述可知，假如一個電子真的可以存在於負能狀態，那麼，它就不可能因為和其他粒子相碰撞而慢慢減速並最終停停止，而是越加速越快，直到它的速度達到光速。不過，從相對論方程的分析中能夠清晰地知道，這種性質是實現不了的。所以，狄拉克提出了他非常著名的那個假設。
他做出的假設是這樣的：我們日常所說的真空，事實上並非是真空的，而是所有負能級上都有兩個電子的一種係統，因此，真空中是可以有無窮數目的電子，而且全部負能級都被電子占滿了。按照泡利汀容原理，電子不可能跳躍到某個已被占滿的負能級，因此它不得不留在正能級區聽之任之一個能級上。所以，一定是處於負能級的電子在受到激發後朝正能級躍遷。在這個過程中，就像電子由正能級跳躍到負能級上的反過程，通常隻要是有能量大於能級的光子激發，是非常有可能發生的。
假如它真的發生了，那麼這個具有正能量的電子，就會使其躍遷出的負能級位置上出現一個空穴。如何來解釋這個空穴呢？以下不妨舉例說明，如果我們手上係著幾個充滿氫氣的氣球，那麼手就會感覺到有一個向上的拉力，若是突然其中一個氣球的線斷了，我們立馬就會感受到向上拉的力減小了，從反麵來講，我們也可以解釋為是多了一個向下拉的力。同樣的道理，在負能級狀態缺少一個電子的空穴行為，就好像在那個地方產生了一個有正能量的帶正電的粒子，這個粒子就是我們所說的正電子。
按照上述的推理，人類就是第一次從理論上預言了反粒子的存在。接下來在1932年的時候，卡爾·安德生通過對宇宙射線的威爾遜去層實驗發現並證實了正電子的存在。繼安德生發現正電子後，1955年張伯萊發現了反質子，1956年又發現了中子。在20世紀60年代左右，又隨後發現一係列反粒子，接連發現反粒子使人們聯想到是否所有的粒子都有和它相對應的反粒子呢？
緊接著，人們在其後所進行的一係列實驗中發現，除去光子等少數粒子的反粒子是它的本身外，幾乎所有粒子都有反粒子。人類自古就相信宇宙是對稱的思想，不禁又使人們想到了既然粒子能組成物質，那麼反粒子為何不能組成反物質呢？就目前為大眾所公認的宇宙起源的大爆炸理論中則很明確地提出了的確是存在反物質的，並且還預言宇宙中應該存在存在等量的物質與反物質。
不過，探索反物質的道路是漫長而又艱難的。從發現第一個反粒子到現在已將近70年，在這中間人們也僅是從實驗中獲得了一些反粒子，並且最近幾年才人工合成了第一反原子——反氫原子。而對於能構成反物質的其他各類反原子、反分子都還一無所獲，更談不上反物質了。產生這些困難的原因在於人們發現的反粒都是從宇宙射線路獲得的，而宇宙射線到達地球首先要穿過厚達3000千米～4000千米的大氣層，因此射線中的絕大部分反粒子在到達地球前都已與大氣層中的粒子中和了。所以人們所能探測到的反粒子就極為微少了，並且反粒子都非常不穩定，極易與周圍物質粒子發生湮滅。
因此，科學家們的觀點是現在我們所處的這個物質世界中是不可能存在反物質的，就算存在也會很快和周圍物質相中和。所以，隻能把探尋反物質的希望寄予宇宙空間。在宇宙空間深處可能存在一個與物質世界完全相反的空間，在那裏會存在大量的反物質，基於這一考慮，許多國家的科學家們數年共同努力下，“阿爾法磁譜議”終於升入太空。經過10天的太空航行後，它將對宇宙中是否存在反物質做初步探測。到2002年的時候，“阿爾法磁譜儀”就會被放置到新組建的“發現號”空間站，從此開始對反物質的大規模探測。
在現實中，如果反物質被探明是真實存在的，那麼，這將會是對在此基礎上建立起的現有宇宙起源論及相對論量子力學理論的最有力的實驗驗證。我們都知道根據愛因斯坦質能方程E=mc2，物質減少的質量將會轉化為能量。現在的核反應正是利用了這一點，但核反就不能使質能完全轉化；而物質與反物質相中和，因其產生出的是零質量的r光子，因此它的質量就會完全轉化為能量。1千克鈾235完全裂變釋放出的能量相當於2000噸優質煤完全燃燒時所放出的化學能。而同等質量的物質與反物質中和放出的能量則是鈾235的3200多倍！因此探索反物質對於能源相對短缺的現代社會亦有著重要大意義。如果一旦探測結果證明宇宙中並沒有反物質。那麼，這就會是對現有理論的一個不對理論物理的基礎進行最大的修改。
4．太陽的真麵目
圍繞在身邊行駛的太陽
在宇宙天體中，太陽是最引人注目的。人們雖然同太陽幾乎天天見麵，但由於它時刻發射著刺眼的光芒，卻很難看清它的真麵目。那麼，今天就讓我們一起來看一看太陽的真麵目吧。
太陽距地球大約有1.5億公裏。可不要小看這個數字，它卻離我們這個地球很遙遠，如果我們乘坐每小時2000公裏速度的超音速飛機奔向太陽，也得花8年半的時間才能到達。太陽發出的光，以每秒30公裏的速度傳播，到達地球也得8分20秒鍾。也就是說，我們在地球上任何時候看到的太陽光，都是太陽在8分20秒鍾以前發出來的。
太陽的大是難以用語言來形容的，相信隻有數字才能真正體現出到底有多大。太陽的直徑為150萬公裏，是地球直徑的109倍。如果把地球設想為一個軟泥球，那麼就需要有130萬個這樣大小的泥球搓在一起，才能搓成與太陽一般大的球。
或許，有人會問，這麼巨大的球體，究竟是什麼東西構成的呢？我們可以通過太陽清晨初升時，那一輪紅日的樣子，以及它散發出的巨大熱量，聯想到它像一個被燒得火紅熾熱的鐵球。但是讓人意想不到的是，太陽從表麵到中心全都是由氣體構成的。其中，最多的是氫和氮之類的輕質氣體。當然，並不是說，其中就沒有鐵和銅之類的金屬。據科學預測，太陽表麵的溫度就有攝氏6000度，中心溫度更高，可達攝氏1500萬度左右。在這樣驚人的溫度之下，任何東西都會被化成氣體。據光譜分析，太陽中除了大量的氫，還含有氦、氧、鐵等70多種元素。太陽雖然完全是由氣體組成的，可是氣體在高溫高壓之下，越到內部被擠壓得越緊密，在中心部分氣體的密度竟比鐵還大13倍。太陽的重量相當於地球的33.3萬倍。