59、黑洞的來源

一般認為黑洞有三種來源：一種是大質(zhì)量恒星在其晚年耗盡核燃料后，星體在自身引力作用下坍縮成小質(zhì)量黑洞；另一種是星系或球狀星團的中心部分由于恒星密集，星體之間相互作用，導致大質(zhì)量天體坍縮后形成大質(zhì)量黑洞；再有一種，就是按照大爆炸宇宙模型，大爆炸把一些物質(zhì)擠壓得極其緊密，形成質(zhì)量與小行星相仿的“原生黑洞”。

60、什么黑洞蒸發(fā)新理論

    1976年，霍金提出黑洞蒸發(fā)的新理論，指出真空并不是一無所有的，而是存在著數(shù)量相等的正、反粒子對，它們之和雖然為零，但它們的存在和起伏會影響物理過程。物質(zhì)和反物質(zhì)在經(jīng)過黑洞附近時，可能一個掉入黑洞，而同時將另一個排出黑洞，這意味著黑洞能產(chǎn)生和發(fā)射一些粒子。在這種過程中，黑洞因慢慢地輻射能量而逐漸地蒸發(fā)掉。其蒸發(fā)的速度隨著黑洞變小而加快，最后突然爆炸。

61、星系有多大

    如果知道星系的距離r，再實際測量出河外星系的角半徑α，那么利用三角學算式d=rsina，就可計算出星系的真半徑d。這種方法的原理雖然簡單，但實際測定星系的角半徑并不容易。由于星系的亮度從中心向外逐漸減小，其邊緣很難和星空背景分開，因此確定星系邊界并不容易。盡管這樣，天文學家還是想出一些辦法測定出了河外星系的大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，星系之間大小相差很懸殊，最大的橢圓星系的直徑達100千秒差距，即超過30萬光年。在量度星系級天體的距離和大小時，天文學家經(jīng)常使用千秒差距作單位。秒差距是天文學中量度恒星距離的一種單位，1秒差距等于3.26光年，1千秒差距等于3260光年。最小星系的直徑在0.1～l千秒差距之間，較小的星系一般都是橢圓星系，漩渦星系一般在5～50千秒差距的范圍內(nèi)。不規(guī)則星系的直徑較小，在5～20千秒差距范圍內(nèi)。應該說明，在星系外圍還存在由中性氫原子組成的物質(zhì)，叫做星系暈，星系暈的直徑，通常為星系直徑的1.5～2倍大。

    現(xiàn)在已知最大的星系是射電星系3C236，它的兩個射電瓣兩端相距可達6兆秒差距以上。

62、最近的星系

距離銀河系最近的星系是1994年發(fā)現(xiàn)的一個暗弱的矮橢圓星系，它位于人馬座中，距離我們地球約8萬光年，實際上它與銀河系中心的距離大約5萬光年，只及大麥云距離的1/3。這個矮星系的大小約l萬光年，是正常的矮星系直徑的l0倍。

63、最遠的星系

    最遠的星系是位于室女座中的一個無名星系，它是1996年發(fā)現(xiàn)的。距離在80億～120億光年之間，天文學家們認為這一星系是非常年輕的，年齡可能只有l億年，它正以每年30個太陽質(zhì)量的速率將氣體轉(zhuǎn)化為恒星。順便指出，現(xiàn)在已知宇宙中最遙遠的天體是類星體PCI247+3406，距離為80億～150億光年。這樣遙遠的距離意味著我們今天所看到的類星體還是它80億～150億年前的樣子。

64、肉眼能見的最遠天體——仙女座星系M3l

    M31(NGC224)位于仙女座中，它是人類用肉眼能看到的最遠的天體，也是最早被確認為河外星系的天體。M31看起來像是個暗淡的斑點，目視星等為4.3等。

    根據(jù)現(xiàn)在的測定，仙女座M3 1星系的距離為680千秒差距(合220萬光年)，本身直徑為52千秒差距（合17萬光年)。質(zhì)量約為4×10¹¹太陽質(zhì)量。無論從大小還是質(zhì)量來看，M31都略大于我們的銀河系。

從M3l的照片上可以看見其中心部分是明亮的星系核，四周是扁盤和漩渦臂，它的形狀和結(jié)構(gòu)與銀河系非常相像。它是Sb型漩渦星系。星系核呈橢網(wǎng)形，長軸為8秒差距，短軸為5秒差距，表面亮度比星系其余部分亮得多。在M31內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了300多個球狀星團、400多個疏散星團、300多個行星狀星云、1000多個電離氫區(qū)以及許多變星和X射線源。從M31的照片上還可以看到它有兩個伴星系，緊挨著M31邊緣的M32 (NGC221)以及另，一個稍遠的M110(NGC205)，它們都是橢圓星系。MllO的直徑為1.4萬光年，M32的直徑為7000光年。質(zhì)量分別為8×10⁹和2×10⁹太陽質(zhì)量。實際上，M31有7個伴星系：除M32和M110外，還有NGCl47和NGC185，以及仙女I、仙女Ⅱ、仙女Ⅲ。后三個均為橢圓星系，其直徑只有幾百秒差距。

65、宇宙是怎樣演化的

    宇宙是什么？應該怎樣解釋宇宙。

    《漢語詞典》上對宇宙的解釋是“四方上下為宇，古往今來為宙”。簡單來說，宇宙就是空間和時間的總稱。

    宇宙是怎樣演化的呢？

    中國古代有盤古開天辟地的傳說，西方對宇宙來源的解釋是依據(jù)《圣經(jīng)》上的記載：“一代消逝了，另外一代降臨了，但地球是永恒的……過去是什么，將來還是什么；過去被做成什么樣，將來還是什么樣。世界上沒有任何新的東西。”這種思想在西方比較普遍。連偉大的物理學家愛因斯坦都深受此思想的影響。愛因斯坦在發(fā)表廣義相對論之后，與他同一時期的荷蘭物理學家德西特把它應用到了宇宙上。研究結(jié)果表明，根據(jù)相對論理論，宇宙是動蕩不止的。要么膨脹，要么收縮。為此，愛因斯坦修改了自己的理論，使“宇宙重新靜止”下來。這是科學史上的一個失誤，后來愛因斯坦曾遺憾地說：“這是我一生中犯下的不可饒恕的錯誤?！?span lang="EN-US">

66、宇宙一直在膨脹嗎

俄國的科學家對愛因斯坦的理論作了某些修正，他們的計算結(jié)果表明，宇宙可能周期性地處于收縮和膨脹之中，它也可能無限制地膨脹下去。

    接著，美國天文學家哈勃利用大倍率的天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)宇宙確實是膨脹的。

    美國天文學家斯萊弗(1875～1969)通過儀器也探測到我們太空中多數(shù)星系中顯示著明顯的“紅移”現(xiàn)象。這意味著它們是背向地球運動的。由于每一顆恒星都向外發(fā)出光波，如果恒星朝著我們運動，它的光被恒星或星系的原子吸收的地方會出現(xiàn)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(fā)出的光會變紅，這就是天文學家所說的“紅移”現(xiàn)象。越遙遠的星系的發(fā)光具有越大的紅移。表明這個星系離開地球的速度就越快。

    據(jù)科學家考察，最遙遠的星系正以每秒幾千米的速度向外運動。

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

    根據(jù)最新的觀測資料，科學家發(fā)現(xiàn)，宇宙的膨脹速度正在漸趨減小。那么這又是由什么原因引起的呢？這種膨脹速度會不會最終停止下來，而導致宇宙開始收縮，并回歸宇宙大爆炸之初的狀態(tài)呢？或者在經(jīng)歷強烈的收縮之后，產(chǎn)生一次新的大爆炸，產(chǎn)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。能否達到這個取決于宇宙物質(zhì)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(zhì)”。那么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(xù)膨脹著，還是將要收縮呢？在我們現(xiàn)在的宇宙產(chǎn)生之前。是否就曾有過這樣膨脹、收縮的循環(huán)過程呢？目前還沒有足夠的理論來說明這個問題。

67、宇宙是有限的還是無限的

    愛因斯坦曾在一封書信中講道：“宇宙究竟是在無限伸展著呢，還是有限封閉著呢？”看來，這個偉大的物理學家對這個問題也不太清楚。

宇宙究竟是有限的還是無限的？

    古往今來，許多人都考慮過這個問題。我國古代的文學家屈原和天文學家張衡認為宇宙是無限的，漢代的文學家楊雄則認為宇宙是有限的。

在國外，一些科學家，如盧克萊修、布魯諾、牛頓和萊布尼茨等認為宇宙是無限的：亞里士多德和但丁等人則認為宇宙是有限的。

68、宇宙有限還是無限爭論的三個階段

    第一階段，宇宙有限論者主要把眼力所及的星空作為宇宙的邊界，并給出了一些宇宙半徑的數(shù)值。到19世紀，恒星之間的測量值已超出了這些宇宙半徑值，因而宇宙有限論遇到了有力的挑戰(zhàn)。

    第二階段，宇宙有限論基本上以銀河系為宇宙的范圍。

    第三個階段是以20世紀河外星系的發(fā)現(xiàn)為標志的。河外星系的發(fā)現(xiàn)又超出了宇宙有限論的視界。

    宇宙無限論者對一些宇宙現(xiàn)象的解釋也遇到了一系列障礙。如中國古代“宣夜說”認為，宇宙空間是“高遠無極的”，這對于定量說明天體旋轉(zhuǎn)規(guī)律、行星的順行和逆行等問題卻很困難。

    而且，從宇宙無限論的論證上看，似乎它采取的是一種“證偽”的方法，即通過不斷對“各階段”宇宙有限論的“證偽”。借此取得對宇宙無限論的“證實”。

    這種辦法并不可靠，這好比是把宇宙無限論的確定建立在宇宙有限論的破產(chǎn)之中，顯然有些不科學。不過，人們對宇宙的認識的確是經(jīng)過有限的環(huán)節(jié)來完成的，而且是在不斷突破舊的藩籬中發(fā)展的。

    宇宙究竟是有限的還是無限的？這仍是一個難解的謎，看來還將持續(xù)爭論下去。

69、宇宙是如何誕生的

人們常常會問：宇宙是永遠不變量的嗎？宇宙有多大？宇宙是什么時候誕生的？宇宙中的物質(zhì)是怎么來的？等等。

當人類第一次把眼睛投向天空時，他就想知道這浩瀚無垠的天空以及那閃閃發(fā)光的星星是怎樣產(chǎn)生的。所以，各個民族、各個時代都有種種關于宇宙形成的傳說。不過那都是建立在想象和幻想基礎上的。今天，雖然科學技術已經(jīng)有了重大進步，但關于宇宙的成因，仍處在假說階段。

70、“宇宙大爆炸”的假說

    到目前為止，許多科學家傾向于“宇宙大爆炸”的假說。這一觀點是由美國著名天體物理學家加莫夫和弗里德曼提出來的。這一假說認為，大約在200億年以前，構(gòu)成我們今天所看到的天體的物質(zhì)都集中在一起，密度極高，溫度高達100多億度，被稱為原始火球。這個時期的天空中，沒有恒星和星系，只是充滿了輻射。后來不知什么原因，原始火球發(fā)生了大爆炸，組成火球的物質(zhì)飛散到四面八方，高溫的物質(zhì)冷卻起來，密度也開始降低。在爆炸兩秒鐘之后，在100億度高溫下產(chǎn)生了質(zhì)子和中子，在隨后的自由中子衰變的11分鐘之內(nèi)，形成了重元素的原子核。大約又過了10000年，產(chǎn)生了氫原子和氦原子。在這10000年的時間里，散落在空間的物質(zhì)便開始了局部的聯(lián)合，星云、星系的恒星，就是由這些物質(zhì)凝聚而成的。在星云的發(fā)展中，大部分氣體變成了星體，其中一部分物質(zhì)因受到星體引力的作用，變成了星際介質(zhì)。

    1929年，哈勃對24個星系進行了全面的觀測和深入的研究。他發(fā)現(xiàn)這些星系的譜線都存在明顯的紅移。根據(jù)物理學中的多普勒效應，這些星系在朝遠離我們的方向奔去，即所謂退行。而且，哈勃發(fā)現(xiàn)這些星系退行的速度與它們的距離成正比。也就是說，離我們越遠的星系，其退行速度越大。這種觀測事實表明宇宙在膨脹著。那么，宇宙從什么時候開始膨脹？已膨脹多久了？根據(jù)哈勃常數(shù)H=150千米/(秒·千萬光年)，這個意義是：距離我們1000萬光年的天體，其退行的速度為每秒150千米，從而計算出宇宙的年齡為200億年。也就是說，這個膨脹著的宇宙已存在200億年了。

20世紀60年代天文學中的四大發(fā)現(xiàn)之一的微波背景輻射認為，星空背景普遍存在著3K微波背景輻射，這種輻射在天空中是各向同性的。這似乎是當年熱大爆炸后遺留下的余熱，從某種意義上這也是支持了大爆炸宇宙學的觀點。但是，熱大爆炸宇宙學也有些根本性問題沒有解決。如大爆炸前的宇宙是什么樣？大爆炸是怎么引起的？宇宙的膨脹未來是什么格局？

71、“宇宙永恒”假說

第二種是“宇宙永恒”假說。這種假說認為，宇宙并不是像人們所說的那樣動蕩不定。自從開天辟地以來，宇宙中的星體、星體密度以及它們的空間運動都處在一種穩(wěn)定狀態(tài)，這就是宇宙永恒假說。這種假說是英國天文學家霍伊爾、邦迪和戈爾特等人提出來的。霍伊爾把宇宙中的物質(zhì)分成以下幾大類：恒星、小行星、隕石、宇宙塵埃、星云、射電源、脈沖星、類星體、星際介質(zhì)等，認為這些物質(zhì)在大尺度范圍內(nèi)處于一種力和物質(zhì)的平衡狀態(tài)。就是說，一些星體在某處湮滅了，在另一處一定會有新的星體產(chǎn)生。宇宙只是在局部發(fā)生變化，在整體范圍內(nèi)則是穩(wěn)定的。