正见文摘 第043期 天文学新发现专辑(二)

最近许多奇妙的天文发现使许多物理学家开始重新考虑我们宇宙的起源。8月14日《自然》杂志刊登了著名理论物理学家，斯坦福大学李奥纳特.苏士侃(Leonard Susskind)教授和他所领导的理论物理研究小组的观点，他们认为现今流行的关于宇宙学的理论在逻辑上存在严重的缺陷，按照现在流行的观点，我们的宇宙产生的可能性微乎其微，如果以我们认为的方式来安排这个宇宙，需要一个奇迹，我们肯定漏掉了什么。

李奥纳特.苏士侃教授是至今仍然活跃在理论物理学前沿的著名理论物理学家，在超过三十年的物理学研究生涯中成就卓著。

　
最近的天文观测表明宇宙在加速膨胀, 宇宙似乎要再次发生大爆炸。一个加速膨胀的宇宙似乎注定要重复自己，但是，苏士侃教授和他的同事认为，这种重复能够能产生我们这个世界的可能性不说为零也是非常的渺小。所以这是一个象宇宙那么大的问题：现今流行的关于宇宙的理论观点在逻辑上有缺陷吗？因为为使象现在我们知道的宇宙的存在，外部的帮助是必不可少的。换句话说，我们的宇宙必须要依靠一个奇迹才能创造出来，或者需要“上帝”从外部进行干预才有可能是这个样子。
　
苏士侃教授和他的同事认为以下两者必居其一：或者宇宙并不是我们认为的在加速膨胀，或者还未发现的物理原理在起著作用。而且这个原理必须能挑选出那些为数不多的能够导致象我们这个宇宙创生的初始状态，然后引导宇宙演化使其不出偏差。

苏士侃教授的研究小组，结合他们合作的科学研究和理论思维，认为似乎还有别的什么事物在宇宙创生之时施加了影响。一个不为我们所知的“力量”(“Agent”)，因为不为我们所知的原因干预了我们宇宙的创生, 我们可能在根本上忽略了什么。　　
　
宇宙的庞大与奥妙远远超出了现有科学理论的描述和理解能力。随着越来越多的天文现象的发现，现有的理论越来越难以自圆其说，科学家们重新思考现时宇宙论的观点已经迫在眉睫。科学的发展需要人们有足够的勇气否定旧的观念，现在可能也到了人们重新审视自己关于时空、生命和宇宙原有观念的时候了。

参考资料

1.http://www3.cosmiverse.com/news/space/0802/space08140204.html
2.http://www.nature.com/nsu/020812/020812-2.html

据芝加哥论坛(Chigaco Tribune)8月30日消息，来自芝加哥大学和其它四个研究所的天文学家小组正准备在南极建造一个望远镜以研究宇宙膨胀的奥秘。该小组已经获得国家自然科学基金一千六百六十万美元的资助，预计该望远镜在四年以后正式工作。

这个望远镜计划用于研究使宇宙加速膨胀的“暗能量 ”(Dark Energy)。 宇宙学家们认为我们宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸使宇宙膨胀。这种膨胀速度应该是匀速的，或者因为星系之间的引力作用而逐渐减慢。

然而，宇宙好象故意跟宇宙学家们开了一个天大的玩笑：1998年、2002年两组独立的实验观测结果让科学家们大吃一惊，宇宙膨胀在加速！

加速膨胀的宇宙意味着在足够遥远的将来比如几十亿年以后所有的星星，星系和其它的物质将远离我们而去，宇宙将变成巨大的虚空。当然也有很多科学家并不相信这样的结论。

究其原因，可能是我们对引力所知甚少。引力是科学家们研究得最早的一种相互作用，以前一切似乎也很清楚，就是地球上使得“苹果落地”的那种作用力。但是宇宙学家们现在怀疑在宇宙尺度上，引力被某种称为“暗能量”的东西所产生的排斥所抵消，表现出正好相反的特性。

“我们的确有了反引力，只是在非常大的尺度上。” 负责设计和建造暗能量望远镜的加州大学宇宙学中心主任布鲁斯・文斯坦(Bruce Winstein)说。

最奇怪是当宇宙膨胀时，它似乎能不断产生更多的暗能量来推动以加速它的膨胀。“如果暗能量真的占宇宙总质量的７０％，且如现在的理论所估计的那样，那么现在它真的已经开始主宰宇宙中的一切了，” 哈佛 --斯密苏年天文物理中心的托尼・斯塔克说，“它将禁止所有新星系的产生，从现在起星系形成的数量将大为减少。” 然而，实际的观测似乎并非如此，这么多年过去了，新星系的形成仍然非常活跃。
　
科学家们在南极建造暗能量天文望远镜, 将观测距离我们50到70亿光年的星系团簇。按照现时的宇宙论，那时宇宙的大小只有现在的三分之一左右，那时的星系将迅速形成团簇。当微波辐射穿越这些团簇时，团簇中的尘埃会使辐射波长发生微小的变化，这些变化就告诉了科学家们早期宇宙中星系团簇的数目。

暗能量与宇宙学中的另一不解之迷“暗物质”不同，暗物质指的是将旋转星系中的星体维系在一起不分崩离析的那些观测不到的“物质 ”。科学家们通过对星系运动的观测发现，要想让旋转星系中的星体保持在星系中而不离心而去，单靠这些星体之间的“引力”是远远不够的，因此科学家们设想还有一种总质量比那些我们能观察到的星体大的多的神秘的看不见的物质--“暗物质”施加了引力。科学家们认为这类暗物 质占宇宙质量的２０％左右，而暗能量则占了约７０％。而我们能够看得见的星体的质量只占10%左右。

宇宙中星系的旋转运动，是长期困惑科学家们的难题之一，而最近发现的宇宙加速膨胀使问题更加复杂: 要维持一个旋转星系的稳定，必须有神秘的“暗物质”施加额外的引力；而要使宇宙加速膨胀，则需要“暗能量”施加超过星系之间引力作用的斥力。造成这种尴尬的原因很可能是科学家们对引力和天体运动规律认识的局限造成的。引力是英国科学家牛顿在前人研究太阳系内行星的运动的基础上提出的。后来物理学家爱因斯坦在广义相对论的框架上予以重新描述。引力虽然成功地描述了太阳系内行星的运动，但是在宇宙大尺度上却没有真正得到过实验的证实。而且美国航空航天局的科学家在多年前就发现，他们发射到太阳系以外的航天器的运动速度比以万有引力计算出的较慢，偏离按照万有引力定律所计算的轨迹。引力也是长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用，它的很多性质与其它相互作用力格格不入。太阳系的尺度与宇宙的相比实在太小，把太阳系的观测结果无限外推到宇宙尺度是否可行，令人怀疑。或许这就是背后的原因。设想牛顿先知道现在观测到的星系的运动，而不是太阳系中的行星运动，他也许根本不会提出他的万有引力理论，就是提出也不太可能是今天我们知道的这个理论。来自暗能量望远镜的观测结果或许能为科学家们提供这方面的线索。

参考文献:

1.http://www.chicagotribune.com/news/nationworld/chi-0208300266aug30.story?coll=chi%2Dnewsnationworld%2Dhed
2.http://www.nature.com/nsu/020812/020812-2.html
3.The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 330, No. 2, 21 February 2002.
4.NASA News Release: http://www1.msfc.nasa.gov/NEWSROOM/news/releases/2001/01-199.html
5.http://www3.cosmiverse.com/news/space/0702/space07170203image1.html

哈勃望远镜拍摄的星系POX 186照片。 星系中心是新生的蓝白色恒星

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据每日科学网站报导，科学家用哈勃望远镜观察到一个在形成阶段晚期的一个微型星系，在照片上可以看到这个小型的，被扭曲的气体和星体系统正处于发育阶段，和附近那些形成于上十亿年前的星系形成鲜明的对比。星系的年轻由星系中暴生的新星和其被扭曲的形状可以看出，证据表明这个被称作POX 186的星系形成于不到一亿年前的两团气体和星体物质的相互碰撞引发的星体暴生。其它的星系，如我们的银河系，据信诞生时间都在十亿年以上。这一发现将发表于12月20日的天文物理期刊上。

“这是一个惊人的发现，”位于马里兰州巴尔蒂摩市的空间望远镜科学研究院天文学家迈克尔・科尔宾说，“我们完全没有料到在我们附近会看到星系的诞生。星系POX 186距离我们仅6千8百万光年，这在空间和时间上相对来说都与我们距离较近。”

POX 186 是一类被称为蓝色密集矮星系统，因为它相对较小的尺寸和其中的高温蓝色恒星。哈勃望远镜的图像显示它尺寸只有900光年，包含一千万个恒星。相比之下，我们的银河系尺寸是10万光年，有超过一千亿颗恒星。虽然哈勃望远镜的观测没有直接提供POX 186星系中星体的年龄，但科尔宾认为其中的恒星都相当年轻。

POX 186星系的观测结果使科学家们怀疑有更多的星系正在经历类似的形成过程，他们建议利用哈勃望远镜研究类似的其它9个星系以寻找更多的证据来支持这一结论。

参考资料:
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/12/021220075435.htm

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美国航空航天局网站12月11日报导，美国航空航天局(NASA)的哈勃(Hubble)望远镜观察到了一个含有六个星系的致密星系组正在发生重组。该星系组中的星系距离非常近，星系间巨大的相互作用使得星系中的星体被从中剥离掉，星系形状也因此被扭曲变形。科学家认为这些星系最终将融合在一起变成一个巨大的星系。

该星系组的名字叫赛福特六星系组(Seyfert Sextet)，距离天羯星座一亿九千万光年。星系组中每个星系宽度约为三万五千光年，整个星系组仅横跨十万光年的距离，比银河系的体积还小。星系周围的晕环显示星体已经开始被剥离。

这个星系组中没有发现新星体形成的蓝色区域。一般说来，这一类星体的相互作用都会伴随着大量新星体的迅猛诞生，比如斯蒂文五星系组的重组。这表明这一重组与所发现的其它的重组过程有所不同。天文学家认为没有看到新星体形成的原因也许非常简单：就是这个星系组正处于相互作用的早期阶段，以后这些星体迅猛产生的场景会陆续出现。直到几十亿年后融合成一个巨大的星系。天文学家们相信大部分的椭球星系就是这样形成的。

近几年来，天文学家在广阔的宇宙范围都发现了轰轰烈烈的天象变化：宇宙加速膨胀，星系碰撞重组，频繁的超新星爆发,大量星体在广阔的宇宙空间范围中诞生，太阳系以外众多行星的诞生。按照中国古人天人合一的观点，人类本身也必然在发生或即将发生相应的巨变。

参考资料

http://oposite.stsci.edu/pubinfo/pr/2002/22/index.html

据最新出版(11月29日)的一期《科学》期刊报导，天文学家通过超级电脑模拟行星成长，推翻目前流行的大行星要耗时数百万年才成形的“标准模型”说法，提出大行星在数百年内就能形成。

美国华盛顿大学Lucio Mayer领导的研究小组在模拟分析中发现，构成巨型气体行星内核的气体和尘埃盘，围绕恒星转上几圈后就有可能裂解，这会导致物质快速凝结，并在极短时间内开始吸引气体，这些气体最终会构成行星的外壳。而标准行星形成理论认为，这种气体和尘埃盘首先凝结成块，构成行星的内核，这一过程可能就需要１００万年左右，此后可能还需要数百万年，行星外部才能形成巨大的气体外壳。

根据新假设，巨型气体行星形成不需要太长时间，这就意味着这些行星的产生属于相对普遍的现象。２０世纪９０年代以来，天文学家们已经陆续在太阳系外发现了１００多个行星，它们的质量一般都比木星质量要大，基本上都属于巨型气体行星。这些天文观测的实际结果似乎支持这种新观点。

据美国航空航天局（NASA）网站10月22日消息，美国航空航天局的钱德勒Ｘ－射线望远镜发现暗物质存在的最新证据。新发现的证据否定了修正的引力理论，同时还排除了关于暗物质的存在形式的某些猜测。

长期以来，科学家们在对星系的运动观测中发现，如果星系仅由我们可以观测到的常规物质组成，其运动不能用牛顿引力理论来解释。于是科学家们提出星系由我们可以观测到的常规物质和我们观测不到的暗物质组成，星系的大部份质量来自暗物质。也有的科学家提出“修正的牛顿引力理论”，该理论对牛顿的引力理论加以修改，以便可以不借助暗物质而解释星系的运动。

钱德勒Ｘ－射线望远镜对星系NGC 720的观测表明该星系被包裹在一个椭球形的热气云团中，该云团的伸展方向与用可见光观测到的有所不同。该椭球的扁平程度太大，难以用修正的牛顿引力理论加以解释。NGC 720星系距离地球约八千万光年。

“热气云团的形状和伸展方向要求它被约束在一个鸡蛋形的暗物质环，”加州大学爱尔文分校教授，发表在2002年9月第20号天文物理期刊报告的第一作者大卫・波特说，“这意味着暗物质不只是由于引力理论的缺陷而出现的错觉，它是真实的。”

根据现在公认的标准引力理论，热Ｘ－射线云团应该需要额外的引力，一个暗物质环的吸引才不会逃逸掉。所需的暗物质质量为星系中星体质量的五到十倍。而且如果暗物质是在星系内，那么观测到的Ｘ－射线云团应该更圆些。扁平的热气团需要扁平的暗物质环加以约束。　

“修正牛顿引力理论(Modified Newtonian Dynamics)”由莫德采・米尔格若母(Mordecai Milgrom)在1983提出。该理论试图修改牛顿引力理论从而达到可以不借助暗物质也能解释星系的运动。但是这一理论不能解释NGC 720的观测结果。这是第一个成功区分修正牛顿引力理论和暗物质作用的证据。

研究者还发现新的观测结果和冷暗物质理论的结果相吻合。该理论认为暗物质由缓慢运动，与常规物质仅以引力相互作用的物质所组成。其它形式的暗物质，比如自相互作用暗物质，冷分子暗物质都与观测结果不相符。

越来越多的事实证明，宇宙中存在着大量现在科学手段还探测不到的物质。“看不见的就不承认”实际上是缺乏科学根据的。因为科学手段对事物认识的局限性，所以对一些所谓的超常现象也就不能很好地解释。现在人们耳闻目睹的超常现象也越来越多，如修炼中出现的天目，修行有素的和尚火化时出现的舍利子，甚至死后肉身不坏等等，都是真实存在的，也不神秘，用修炼的道理都可以圆满地给予解释。

参考资料

http://www1.msfc.nasa.gov/NEWSROOM/news/releases/2002/02-264.html