盘点宇宙未解之谜 解开就找到世界

　　上世纪初，科学家观测到星系光谱的普遍红移现象证明宇宙还在膨胀，1965年发现宇宙3K微波背景辐射现象，此外，天体质量中存在大量氦，以及天文学家观测到的所有星体年龄都未超出100亿年这一事实都支持了大爆炸理论。至于宇宙的未来，有人认为宇宙将无限膨胀下去，在10000亿年后消亡，所有的星体最后都会形成黑洞，中子星或黑矮星而终结。还有一种观点认为宇宙膨胀到一定时期后会开始收缩，1000亿年后又将缩成一点，而后再次爆炸，形成新的宇宙。

　　恐龙灭绝之谜 恐龙曾经是地球上最成功的生物，从2亿年前至6500万年，统治地球长达1亿5千万年，然而，在中生代末期，却迅速灭绝了，科学家们众说纷纭，提出了气候变化说，小行星碰撞说，新星爆炸说，优胜劣汰说等等来解释其灭绝的原因，但也有人认为恐龙并未灭绝，而是进化成鸟类了，现代的鸟类，从蜂鸟到驼鸟，统统是恐龙的后代。在印度尼西亚的科莫多岛，生活着一种头像蛇，身体像蜥蜴，四肢短粗，体态庞大的名叫科莫多龙的动物，被人们认为是史前恐龙的后裔，在非洲加蓬，土人们经常看到一种类似史前蜥龙的巨兽，皮肤呈红棕色，脖子长达三米长，出没在当地的沼泽地带。看来，人类还需进一步认识恐龙及其灭绝之迷。

　　3.通古斯大爆炸之谜 1908年6月30日，俄罗斯西伯利亚的通古斯地区发生了一次剧烈的大爆炸，一个耀眼的火球横穿欧亚大陆，撞向地面，在低空爆炸，一瞬间，6000平方公里的原始森林呈放射状向四处倒伏，浓烟腾空高达20000米，巨大的声响传递到1000公里之外，据推算，爆炸的威力相当于广岛原子弹爆炸威力的1000倍，由于爆炸地点人迹罕至，十几年后的1921年，才有考察队来到现场调查。 那么，到底是什么东西制造了这场大灾变呢?是陨石，核爆炸，还是反物质，或是其它什么物质，科学家们推算出火球飞行的速度为2400-3600公里/小时，而陨石慧星进入大气层速度不会低于40000公里/小时，因而有人怀疑它是一个人造物。此外，在火球的飞行轨迹问题上科学家们的观测结果也大不相同，有的认为是由东向西，有的认为是由南向北，而且都有可靠证据。因而又有人推测火球曾中途改变方向。总之，通古斯大爆炸事件超出了人类已知的常规，无法用已知的自然现象和人为因素来解释。

　　魔鬼三角洲之谜. 百慕大三角位于百慕大群岛和佛罗里达群岛之间，从16世纪起，这片海域神秘失踪了数以百计的飞机和船只，被称为死亡三角。1918年3月4日，美国军舰独眼龙号连同舰上300多人失踪，连SOS信号都来不及发出，1925年日本货轮来福丸号失踪，无线电里传出快!快!死亡就在我们眼前，快来救命就嘎然而止。1945年12月5日，5架美国复仇者号攻击机失踪，指挥中心收到信号：现在位置不明，失去方向。5分钟后，一架PBM水上飞机前往搜索，不久，也神秘失踪。 情况严重了，美方于是调动600多架飞机和数百船只搜索，一无所获。1991年，探险家称在大西洋海底发现了5架复仇者号飞机，除一架中部断裂外，其它4架完好，科学家提出了不同的假说：磁场说;海底洞穴说;UFO说;超时空说等等。人们谈虎色变，可是，也有飞行员每天经过这片海域，工作了30多年，从未发生意外。但愿这个迷团能够早日解开。

　　1.野人之谜 在世界许多地方都流传着有关野人的传说，100多年来北美洲不断有人目击野人，并称之为大脚怪，特征是与人相象，直立行走，两臂摇摆，全身是毛，身高8-9英尺，不会讲话。专家认为这可能是古代巨猿的后裔，目前还仅停留在观察阶段。无独有偶，在西藏的喜马拉雅山麓，在西伯利亚的贝加尔湖畔等地还流传着雪人传说，1951年，英国珠峰登山队长西普顿拍摄到了第一张雪人的清晰脚印照片，终于使科学家们确信无疑。脚印长31。3厘米，宽18。8厘米，拇指大而外张。

　　在我国湖北省神农架地区有许多目击者看到过野人，并收集到一些毛发。 人们描述其特征：眼睛像人，脸长，嘴突，四肢粗壮，无尾，明显分化出前臂和后腿，浑身棕红色毛发。1995年，中国国家环保总局和中国科学探险协会组织科考队进驻神农架考察。也许，不久的将来，野人之迷就会大白于天下。

　　宇宙空间充满了奇怪并且时常令人费解的事情，从完全假设的黑洞，到爆炸的星星，从一勺物质就重达十亿吨的高密度星球，到实际上并不空空如也的空间，这里我们就跟大家一起，看看在宇宙空间中，最神秘怪异的十件事。 第一位 不断加速的宇宙 从1920年代开始，科学家就知道宇宙在不断的膨胀。很多人都相信这种膨胀，自从120-150亿年前的大爆炸后就一直在持续进行。 宇宙论中最难以回答的问题就是，这种膨胀是否会永远继续下去，或者重力会不会反转这一过程，让整个宇宙紧缩成一团。 过去两年，新的发现使这一问题变得更加的突出，根据两份独立完成的调查研究显示，宇宙膨胀还有不断加速的趋势。 这是一个完全没有预料到的结果，到底是什么引发了不断加速的膨胀，没有人能给出答案。

　　第二位 空无极客 在我们充满神秘与怪异的宇宙空间中，最奇怪的事情就是空无，黑黢黢一片的空无。不过也许这并不是一片空无，可能充斥这我们看不见的东西。 在我们看不见有任何物质的宇宙空无中，可能有许多所谓的虚粒子。虚粒子是指在量子力学中，一种永远不能直接检测到的，但其存在确实具有可测量效应的粒子。 根据量子力学的不确定性原理，宇宙中的能量于短暂时间内在固定的总数值左右起伏，起伏越大则时间越短，从这种能量起伏产生的粒子就是虚粒子。 有科学家认为这种能量-时间的泡沫是到处存在的，是由其在空间和时间中的位置决定的。如果空无能够被某种方式拍摄下来，我们就能看到虚粒子的隐现。 如何认识我们宇宙真实的面目，还有待科学家进一步的研究。 #p#副标题#e#

　　第三位 银河系的黑洞 在银河系的中央，一个260万倍于太阳的黑洞吞噬着大气和星体。全部银河系中的物质被当作事物旋转着流向中心，就像是放干浴盆中水的过程。 但是所有的旋转能够产生不少地摩擦力，可以发出大量的能量。这个黑洞应该，非常非常的醒目发出可见光和其他波长的辐射。 不过事实是，它非常的虚弱。为什么会这样?是坠落进去的物质不够多?还是物质直接坠落而不是盘旋坠落?还是有其他的现象阻挡了我们观察到辐射呢? 现在还没有人能回答这一问题，也许在5年或者10年之后，会有新的答案出现。

　　第四位 超级超新星 通常在科学界，一件奇怪的现象总是能引发另一种奇怪的现象。在经过30多年对于称为伽马射线爆神秘来源的研究之后，科学家新发现一个可能的罪魁祸首超级超新星。 超级超新星非常的奇怪，科学家甚至不能不能在这一问题上达成一致，也不能确信超级超新星就是超高能伽马射线爆的来源。 伽马射线是射线中能量最高的一种，比X射线要高出许多，能够穿透数英寸厚的钢板。之前科学家认为伽马射线爆与两个高密度星体(例如中子星)的旋转融合有关。 不过2000年9月的两份调查报告，支持了另一种奇怪的可能性。 许多老星体都是以超新星的方式死亡，向外辐射出物质和能量射线。在某些情况下，研究人员认为留下的物质会坍塌成黑洞，这之后也许会形成伽马射线爆超级超新星。

　　第五位 小行星伴侣 我们对于月球实质的认识，最近几年有了新的发展，随着科学家发现在太阳系里面星际石块围绕另一个星际石块的现象。 在一个不可能的系统里，一个145公里大小的小行星被一个十分之一大小的卫星所包围，它们之间的距离仅仅有500英里，每四天环绕一圈。另外，还有两个大小差不多的小行星围绕着中点轨道运行。 科学家困惑了，因为数学计算显示这种天体不能拥有一个环绕轨道的卫星。通常小行星的重力场不规律也不平坦，难以维持环绕卫星。

　　第六位 太阳火热的大气 伸手靠紧篝火的大气层，你会发现靠的越近越觉得热。不过当你把手放到火中的时候，你会发现其实也没有那么烫。 也许你会认为太阳的中间最烫，越靠近表面温度越低。但是，事实上，温度反而是在太阳的大气层里急剧的升高。热力学第二定律告诉我们，越远离热源温度越低。 所以这里一定有什么奇妙或者看不见的力量在加热太阳的恒星的光圈。 #p#副标题#e#

　　第七位 静电悬浮 1960年代和1970年代执行阿波罗任务的宇航员，报告了在月球地平线上的怪异光芒，曾经以为会发生在地球大气层中。不过我们知道月球上没有大气，那这种现象是怎么发生的呢? 实际上，这种光芒来是月球表面上漂浮起来的尘粒，反射太阳光所致。这种现象的发生，就和静电悬浮有关。 太阳光让月球表面的粒子带有电荷，使得其中的一些从月球表面悬浮起来。而且更怪异的是，这些尘粒有不少会抵达地球。

　　第八位 高能宇宙射线 地球的大气层总是有规律的承受着非常小量的高能宇宙射线的冲击，这种宇宙射线被发现还不到十年的时间，没有人能够解释它们从什么地方来。 我们很早就发现了非高能宇宙射线粒子对于地球的光顾，每一寸地球大气表面，每一秒都承受着这种射线的冲击。许多被认为是从银河，或者超新星的爆炸中产生的。地球的大气阻挡了这些粒子，保护着我们。 十年前，新的宇宙射线粒子被发现，新发现的射线拥有比之前经常发现的粒子拥有强的多的能量。不过暂时还不知道这种高能宇宙射线来自哪里。

　　第九位 中子星 中子星就像是宇宙中骨瘦如柴的一个人。但是这种奇怪的星体，有着难以置信的密度，能够产生强大的冲击。 大恒星结束自己的生命，以所谓超新星的大爆炸方式进行。如果恒星的质量足够大，大约4-8倍于我们的太阳，那么核心就会产生向内的爆炸，形成密度非常高的星体。这样的密度将电子挤压进质子，形成中子。 结果，一颗质量1.4倍于太阳的中子星，直径只有11-20公里。 中子星常常会吞噬旁边的星星，使用其强大的重力，将附近星球上的气体和灰尘吸收过来。这些被吸引过来的物质，在到达中子星表面之前，会被辐射和旋转力反抛向宇宙中，产生速度达到720万公里的星风。

　　第十位 褐矮星极客 褐矮星是宇宙中不成功的星体，有点像好莱坞电影中的小演员不是临时演员，但也不是真正的明星。如果把褐矮星算作行星，它的个头太大了;如果把褐矮星算作恒星，它又太小不足以产生热核聚变。 褐矮星以自己独特的方式存在着。有时候它冰冷黑暗，独自穿越茫茫的宇宙。还有一些存在于大恒星的周围，形成所谓的双星系统。 无论怎样存在，褐矮星都是非常奇怪的。而且研究人员刚刚开始意识到，也许褐矮星的数量和恒星的数量不相上下。但是在1995年第一次观测到褐矮星之后，仅仅有很少一部分的褐矮星被观测到。 发现到底存在多少褐矮星，对于我们认识宇宙有很大的帮助。 #p#副标题#e#

　　正如所有的大问题一样，宇宙的起源问题很难回答。宇宙是一直存在的吗?近些年来，物理学中的一些大牛为此争论不休。

　　有些人认为无论我们回溯多久，宇宙都一直存在，还有一些人则持相反意见，认为一定有什么事件发生，导致了宇宙的创生。双方都声称，观测证据支持自己的看法，所以定论似乎一直都遥不可及。 #p#副标题#e#

　　但是2012年年初，宇宙学家亚历克斯 维连金(Alex Vilenkin)和奥德丽 米萨尼(Audrey Mithani)声称，他们结束了这场争论。他们发现了宇宙不可能一直存在的原因。不过大自然总是有予有夺，尽管宇宙必定存在一个开始，但其肇始的真相可能已经迷失在了时间的迷雾之中。

　　现代宇宙学始于1916年，当时爱因斯坦将他新建立的引力理论广义相对论，应用于他能想到的最大引力质量整个宇宙。像牛顿一样，爱因斯坦偏爱一个不变的宇宙，一个永恒存在从而无始无终的宇宙。要想得到这样的宇宙，爱因斯坦意识到，为了抵抗使宇宙万物相互吸引靠近的引力，空间本身必须存在一种怪异的排斥。 #p#副标题#e#

　　不幸的是，爱因斯坦的静态宇宙仍然不稳定。就像英国物理学家阿瑟 爱丁顿(Arthur Eddington)后来指出的，这样的宇宙乃是平衡在无限膨胀和无限收缩间的刀锋之上。进一步的撼动来自于1929年，美国天文学家埃德温 哈勃(Edwin Hubble)观察到，星系如一个个宇宙飞镖般相互远离，结论是我们的宇宙正在膨胀。

　　但是如果宇宙正在膨胀，一个自然而然的推论就是，它过去一定比现在校如果我们如此一路反演下去，最终在某个很早的时刻，所有物质挤压在一个极小的体积中这就是大爆炸。 由此发展出的大爆炸理论，描述了宇宙自一个极热、致密的状态演化到今天的过程，但对于是什么导致了大爆炸，这个理论只字未提。这一直是一个悬而未决的问题，大爆炸之前究竟发生了什么?宇宙真的存在一个开端吗? #p#副标题#e#

　　可以想见，在这种情况下，对永恒宇宙理论的呼声越来越高，主要就在于它能避免诸如起源之前这样的尴尬问题。 1948年，弗雷德 霍伊尔(Fred Hoyle)、赫尔曼 庞蒂(Hermann Bondi)和汤米 戈尔德(Tommy Gold)提出，随着宇宙的膨胀，星系间的空隙中不断喷涌出新的物质，进而形成新的星系。在这幅稳恒态宇宙图像中，今天的宇宙与过去并无二致，而且未来也是如此。宇宙无始无生，历永恒而存在。

　　然而，稳恒态宇宙理论受到两个观测结果的夹击。其一是20世纪60年代发现，深空宇宙图像反映出来的早期宇宙与今天的宇宙不同;其二是1964年发现的大爆炸火球的余烬宇宙微波背景辐射。近些年，美国国家航空航天局(NASA)的威尔金森微波背景各向异性探测卫星(WMAP)又对宇宙背景辐射进行了细致的测量，表明大爆炸发生的时间是137亿年之前。 #p#副标题#e#

　　永恒的裂痕 对稳恒态宇宙的进一步质疑来自理论分析。上世纪60年代，罗杰 彭罗斯(Roger Penrose)和史蒂芬 霍金(Stephen Hawking)还是英国剑桥大学的两个搞理论的年轻小伙儿。他们的工作表明，如果你将宇宙的膨胀进行反演，最终不可避免会达到一个点。

　　这个点被称为奇点(singularity)，因为诸如密度和温度这样的物理参数，在这一点会直逼无穷。更糟糕的是，物理学在此分崩离析，我们无法预言奇点背后有些什么。按照彭罗斯和霍金的理论，大爆炸是宇宙确确实实的开端。 那么，故事结束了吗?当然没有。后来的研究发现，彭罗斯和霍金的奇点理论中隐藏着一个缺陷。按照牛顿理论，物体的引力大小只取决于质量，爱因斯坦的洞见则昭示出，引力还依赖于物体的能量密度及其内部压力。后者至关重要，因为在推导他们的理论时，彭罗斯和霍金假设空间的压力一直很小，而且始终是正值。 #p#副标题#e#

　　但要是这个假设不成立呢?仅此一点就打开了通向各种现代宇宙学理论的大门，它们压根不把大爆炸视为宇宙开端，维连金说，首当其冲的就是暴涨(inflation)理论。 宇宙或许就像一片永恒沸腾的海洋，每一处都不断有气泡出现和扩张，而我们就处在一个137亿年前产生的大气泡中。

　　在维连金参与创建的这个理论中，暴涨始于一个具有异常高能量的真空态，并且具有负压力。这两个特点赋予真空以排斥引力，使物质分离而非吸聚。这使得真空进一步膨胀，从而斥力更大，由此暴涨愈演愈烈。 但是暴涨的真空本质上是量子的，因此并不稳定。随处都有小块真空随机衰变成普通的真空。你可以将暴涨真空想象成一个正在沸腾的海洋，每一处都不断有气泡出现和扩张。暴涨真空的能量必须要有个去处，它们最终转变成物质，又将每个泡泡中的物质加热到地狱般的高温，由此制造出一个个大爆炸。我们的宇宙就处在这样一个由137亿年前的一场大爆炸产生的泡泡之中。 #p#副标题#e#

　　暴涨的一个迷人特征就在于，它是永恒的。高能真空产生的速度比衰减到普通真空所带来的蚕食要快得多，这就意味着，暴涨一旦开始，就永远不会停止，宇宙会一直沸腾下去。由于永恒暴涨避免了令人沮丧的奇点，因此宇宙有可能自无穷久远以来就一直维持着这样的沸腾状态。

　　暴涨与我们今天所有的观测都不矛盾，维连金相当确信，该理论的核心是正确的。不过永恒暴涨也面临一个问题。2003年，维连金与纽约南安普顿大学的阿尔温德 博尔德(Arvind Borde)和暴涨理论先驱、麻省理工学院的阿兰 古斯(Alan Guth)合作时，首先发现了这个问题。 #p#副标题#e#

　　在不对能量和引力做任何假设的前提下，他们计算了宇宙演化的过程。唯一的假设是，平均而言宇宙是膨胀的。令我们惊讶的是，在宇宙各种可能的过去当中，大多数时空都不会一直持续到永远，维连金说，暴涨必定有一个开端。

　　不过暴涨也只是逐鹿群雄之一，其它的宇宙图景是不是也必定包含一个开端呢?2012年年初，维连金和他在塔夫斯大学的同事奥德丽 米萨尼合作，对另外两种有代表性的宇宙学图景进行了检验。 第一个图景是在弦论中发展起来的循环宇宙，由加拿大圆周理论物理研究所的尼尔 图罗克(Neil Turok)和普林斯顿大学的保尔 斯坦哈特(Paul Steinhardt)提出。 #p#副标题#e#

　　在这幅图景中，我们的宇宙是镶嵌在更高维空间中的一个四维岛屿，或者说四维的膜。它与第二张膜频繁碰撞。你可以将这两张膜想象成两片相互平行的面包片，在第五维相互靠近，然后穿过对方，分开一段距离，接着又互相靠近。每当这两片膜接触，它们沿着第五维的巨大动能就转化成物质，并随之将其加热到极高的温度。

　　在生活在其中一张膜上的观测者看来，这与一场大爆炸无异，而且能形成与今天的宇宙一样的微波背景辐射和星系分布图案。不过这是没有开端的大爆炸，因为这两张膜永远都处于碰撞循环之中。 宇宙或许是高维空间中的两张四维膜，相互碰撞时就会产生我们所说的大爆炸。 #p#副标题#e#

　　然而，维连金和米萨尼已经发现，循环宇宙不可能永无止境地向未来和过去延伸，因为在该理论中，每循环一次，膜就会膨胀一些，这意味着博尔德-古斯-维连金的开端判定理论仍然适用。维连金说，如果你像电影倒带一样反转这一过程，循环宇宙要么会碰到一个奇点，要么就会有一个类似暴涨的开端。 维连金和米萨尼考察的另一个宇宙学图景，比循环宇宙和暴涨理论更为怪异，那就是南非开普敦大学的乔治 埃利斯(George Ellis)和英国朴茨茅斯大学的罗伊 马尔滕斯(Roy Maartens)设想出来的涌现宇宙(emergent universe)。它从一个很小的静态宇宙开始，这个宇宙已经存在了无限时间，直到某个时刻突然被触发而开始暴涨。弦论中的确会出现同样的情况，所以它并非完全是空穴来风，但用维连金的话说，它多少有些剑走偏锋 。

　　要用模型描述一个从永恒午睡中突然醒来的宇宙，可不那么简单。就像爱因斯坦的静态宇宙因为不稳定而要用宇宙排斥来调和一样，埃利斯和马尔滕斯必须用两味怪异的调料来稳定他们的涌现宇宙：具有负能量的真空，还有被称为畴壁(domain wall)的时空中的假想线。畴壁是粒子物理学中某些模型所具有的性质，能在宇宙微波背景辐射中留下印痕，目前还没有观察到这样的印痕，但这也可以解释成印痕被暴涨抹平了。 #p#副标题#e#

　　自发塌缩 维连金和米萨尼对埃利斯和马尔滕斯的做法不以为然。表面上看起来，他们调节出了一个稳定的宇宙，维连金批评道，但是，我们发现它仅在忽略量子效应时才稳定。 按照量子理论，宇宙不可能永远保持在最小尺寸，它有一定的概率会自发塌缩。尽管这个概率非常非常小，但由于暴涨前的时间是无穷的，因此再小的概率也必然会发生，维连金解释道，换言之，如果我们生活在一个涌现宇宙中，它就不可能永恒存在过。

　　马尔滕斯认为，这种量子不稳定性不无道理，但是他认为这不一定就意味着宇宙必然有个开端。这是一个很深刻的问题，需要一个成熟的量子引力理论才能解决，马尔滕斯说，不幸的是，我们还没有这样的理论。 不过维连金和米萨尼断言，在现有物理学的框架内，无论从什么角度来看我们的宇宙，它都不可能永恒存在过，因此开端是必然的。但它是如何开始的?在维连金看来，量子理论中包含着一个答案，因为量子理论允许东西从虚空中产生，那为什么就不能产生一个很小的宇宙，然后再开始暴涨、循环，或者沉寂很长时间后再突然暴涨呢? 我们现在能确定无疑宇宙必然有一个开端了吗?还是说，这是一个信则有不信则无的理不清的循环?有史以来，我们第一次拥有了能科学解答这个问题的各种工具，维连金说，所以我觉得我们正在逼近真相。 #p#副标题#e#

　　不过观测到这个终极起源的希望，正变得越来越渺茫。就在维连金和米萨尼发表他们的结果之后不久，美国斯坦福大学的伦纳德 萨斯坎德(Leonard Susskind)用两篇文章进行了回应。在这两篇文章中，萨斯坎德认为，即便宇宙确实存在一个开端，离现在也是久远之极，以至于无论从任何实际角度来看，宇宙都像是永恒存在一般。 他给出的理由是，空间是指数暴涨的，随着时间的流逝，真空的体积会变得极其庞大。如果有更多其他宇宙泡泡存在，我们称之为宇宙的这个真空泡，就不太可能是早期形成的。因此真正的开端很可能远到天荒地老，远到不可能在我们这个宇宙中留下任何印记。 萨斯坎德说：我发现，宇宙必定有一个开端这种说法有些模棱两可，但可以肯定的是，就算有，其时间之早也无可估量。维连金也承认这一点。这可真讽刺，他说，宇宙必定有个开端，但我们永远也无法弄清楚它究竟是如何开始的。

　　尽管如此，宇宙学家还有很多其他的大问题可以围着团团转。如果宇宙的开端来自量子效应，那么量子理论必定在宇宙开始之前就业已存在，于是问题来了：那量子理论又从何而来呢?我们不知道，维连金承认，我认为这是一个完全不同的问题。即便找到宇宙萌生的那一刻，我们会发现，很多问题真的才刚刚开始。