59、黑洞的来源

一般认为黑洞有三种来源：一种是大质量恒星在其晚年耗尽核燃料后，星体在自身引力作用下坍缩成小质量黑洞；另一种是星系或球状星团的中心部分由于恒星密集，星体之间相互作用，导致大质量天体坍缩后形成大质量黑洞；再有一种，就是按照大爆炸宇宙模型，大爆炸把一些物质挤压得极其紧密，形成质量与小行星相仿的“原生黑洞”。

 

60、什么黑洞蒸发新理论

    1976年，霍金提出黑洞蒸发的新理论，指出真空并不是一无所有的，而是存在着数量相等的正、反粒子对，它们之和虽然为零，但它们的存在和起伏会影响物理过程。物质和反物质在经过黑洞附近时，可能一个掉入黑洞，而同时将另一个排出黑洞，这意味着黑洞能产生和发射一些粒子。在这种过程中，黑洞因慢慢地辐射能量而逐渐地蒸发掉。其蒸发的速度随着黑洞变小而加快，最后突然爆炸。

 

61、星系有多大

    如果知道星系的距离r，再实际测量出河外星系的角半径α，那么利用三角学算式d=rsina，就可计算出星系的真半径d。这种方法的原理虽然简单，但实际测定星系的角半径并不容易。由于星系的亮度从中心向外逐渐减小，其边缘很难和星空背景分开，因此确定星系边界并不容易。尽管这样，天文学家还是想出一些办法测定出了河外星系的大小。结果发现，星系之间大小相差很悬殊，最大的椭圆星系的直径达100千秒差距，即超过30万光年。在量度星系级天体的距离和大小时，天文学家经常使用千秒差距作单位。秒差距是天文学中量度恒星距离的一种单位，1秒差距等于3.26光年，1千秒差距等于3260光年。最小星系的直径在0.1～l千秒差距之间，较小的星系一般都是椭圆星系，漩涡星系一般在5～50千秒差距的范围内。不规则星系的直径较小，在5～20千秒差距范围内。应该说明，在星系外围还存在由中性氢原子组成的物质，叫做星系晕，星系晕的直径，通常为星系直径的1.5～2倍大。

    现在已知最大的星系是射电星系3C236，它的两个射电瓣两端相距可达6兆秒差距以上。

 

62、最近的星系

距离银河系最近的星系是1994年发现的一个暗弱的矮椭圆星系，它位于人马座中，距离我们地球约8万光年，实际上它与银河系中心的距离大约5万光年，只及大麦云距离的1/3。这个矮星系的大小约l万光年，是正常的矮星系直径的l0倍。

 

63、最远的星系

    最远的星系是位于室女座中的一个无名星系，它是1996年发现的。距离在80亿～120亿光年之间，天文学家们认为这一星系是非常年轻的，年龄可能只有l亿年，它正以每年30个太阳质量的速率将气体转化为恒星。顺便指出，现在已知宇宙中最遥远的天体是类星体PCI247+3406，距离为80亿～150亿光年。这样遥远的距离意味着我们今天所看到的类星体还是它80亿～150亿年前的样子。

 

64、肉眼能见的最远天体——仙女座星系M3l

    M31(NGC224)位于仙女座中，它是人类用肉眼能看到的最远的天体，也是最早被确认为河外星系的天体。M31看起来像是个暗淡的斑点，目视星等为4.3等。

    根据现在的测定，仙女座M3 1星系的距离为680千秒差距(合220万光年)，本身直径为52千秒差距（合17万光年)。质量约为4×10¹¹太阳质量。无论从大小还是质量来看，M31都略大于我们的银河系。

从M3l的照片上可以看见其中心部分是明亮的星系核，四周是扁盘和漩涡臂，它的形状和结构与银河系非常相像。它是Sb型漩涡星系。星系核呈椭网形，长轴为8秒差距，短轴为5秒差距，表面亮度比星系其余部分亮得多。在M31内已发现了300多个球状星团、400多个疏散星团、300多个行星状星云、1000多个电离氢区以及许多变星和X射线源。从M31的照片上还可以看到它有两个伴星系，紧挨着M31边缘的M32 (NGC221)以及另，一个稍远的M110(NGC205)，它们都是椭圆星系。MllO的直径为1.4万光年，M32的直径为7000光年。质量分别为8×10⁹和2×10⁹太阳质量。实际上，M31有7个伴星系：除M32和M110外，还有NGCl47和NGC185，以及仙女I、仙女Ⅱ、仙女Ⅲ。后三个均为椭圆星系，其直径只有几百秒差距。

 

65、宇宙是怎样演化的

    宇宙是什么？应该怎样解释宇宙。

    《汉语词典》上对宇宙的解释是“四方上下为宇，古往今来为宙”。简单来说，宇宙就是空间和时间的总称。

    宇宙是怎样演化的呢？

    中国古代有盘古开天辟地的传说，西方对宇宙来源的解释是依据《圣经》上的记载：“一代消逝了，另外一代降临了，但地球是永恒的……过去是什么，将来还是什么；过去被做成什么样，将来还是什么样。世界上没有任何新的东西。”这种思想在西方比较普遍。连伟大的物理学家爱因斯坦都深受此思想的影响。爱因斯坦在发表广义相对论之后，与他同一时期的荷兰物理学家德西特把它应用到了宇宙上。研究结果表明，根据相对论理论，宇宙是动荡不止的。要么膨胀，要么收缩。为此，爱因斯坦修改了自己的理论，使“宇宙重新静止”下来。这是科学史上的一个失误，后来爱因斯坦曾遗憾地说：“这是我一生中犯下的不可饶恕的错误。”

 

66、宇宙一直在膨胀吗

俄国的科学家对爱因斯坦的理论作了某些修正，他们的计算结果表明，宇宙可能周期性地处于收缩和膨胀之中，它也可能无限制地膨胀下去。

    接着，美国天文学家哈勃利用大倍率的天文望远镜发现宇宙确实是膨胀的。

    美国天文学家斯莱弗(1875～1969)通过仪器也探测到我们太空中多数星系中显示着明显的“红移”现象。这意味着它们是背向地球运动的。由于每一颗恒星都向外发出光波，如果恒星朝着我们运动，它的光被恒星或星系的原子吸收的地方会出现黑色的线条，因而看上去显得比较蓝。随着这颗恒星离开我们越来越远，这些线条就会始终向着红光的方向偏移，从视觉上看它发出的光会变红，这就是天文学家所说的“红移”现象。越遥远的星系的发光具有越大的红移。表明这个星系离开地球的速度就越快。

    据科学家考察，最遥远的星系正以每秒几千米的速度向外运动。

    那么，宇宙会不会永久地膨胀下去呢？这种膨胀是由什么引起的？为此人们进行了大量的观测与研究。

    根据最新的观测资料，科学家发现，宇宙的膨胀速度正在渐趋减小。那么这又是由什么原因引起的呢？这种膨胀速度会不会最终停止下来，而导致宇宙开始收缩，并回归宇宙大爆炸之初的状态呢？或者在经历强烈的收缩之后，产生一次新的大爆炸，产生一个新的宇宙呢？

    当然，要使宇宙终止膨胀，就需要一定量的引力。能否达到这个取决于宇宙物质的平均密度能否达到一个量，这个量就是临界密度。但是，如果宇宙存在大量的“暗物质”。那么它的平均密度就难测定了。

    宇宙年龄的测定也是宇宙膨胀与否的一个指标，但宇宙年龄的测定难度也很大。

宇宙究竟是继续膨胀着，还是将要收缩呢？在我们现在的宇宙产生之前。是否就曾有过这样膨胀、收缩的循环过程呢？目前还没有足够的理论来说明这个问题。

 

67、宇宙是有限的还是无限的

    爱因斯坦曾在一封书信中讲道：“宇宙究竟是在无限伸展着呢，还是有限封闭着呢？”看来，这个伟大的物理学家对这个问题也不太清楚。

宇宙究竟是有限的还是无限的？

    古往今来，许多人都考虑过这个问题。我国古代的文学家屈原和天文学家张衡认为宇宙是无限的，汉代的文学家杨雄则认为宇宙是有限的。

在国外，一些科学家，如卢克莱修、布鲁诺、牛顿和莱布尼茨等认为宇宙是无限的：亚里士多德和但丁等人则认为宇宙是有限的。

 

68、宇宙有限还是无限争论的三个阶段

    第一阶段，宇宙有限论者主要把眼力所及的星空作为宇宙的边界，并给出了一些宇宙半径的数值。到19世纪，恒星之间的测量值已超出了这些宇宙半径值，因而宇宙有限论遇到了有力的挑战。

    第二阶段，宇宙有限论基本上以银河系为宇宙的范围。

    第三个阶段是以20世纪河外星系的发现为标志的。河外星系的发现又超出了宇宙有限论的视界。

    宇宙无限论者对一些宇宙现象的解释也遇到了一系列障碍。如中国古代“宣夜说”认为，宇宙空间是“高远无极的”，这对于定量说明天体旋转规律、行星的顺行和逆行等问题却很困难。

    而且，从宇宙无限论的论证上看，似乎它采取的是一种“证伪”的方法，即通过不断对“各阶段”宇宙有限论的“证伪”。借此取得对宇宙无限论的“证实”。

    这种办法并不可靠，这好比是把宇宙无限论的确定建立在宇宙有限论的破产之中，显然有些不科学。不过，人们对宇宙的认识的确是经过有限的环节来完成的，而且是在不断突破旧的藩篱中发展的。

    宇宙究竟是有限的还是无限的？这仍是一个难解的谜，看来还将持续争论下去。

 

69、宇宙是如何诞生的

人们常常会问：宇宙是永远不变量的吗？宇宙有多大？宇宙是什么时候诞生的？宇宙中的物质是怎么来的？等等。

当人类第一次把眼睛投向天空时，他就想知道这浩瀚无垠的天空以及那闪闪发光的星星是怎样产生的。所以，各个民族、各个时代都有种种关于宇宙形成的传说。不过那都是建立在想象和幻想基础上的。今天，虽然科学技术已经有了重大进步，但关于宇宙的成因，仍处在假说阶段。

 

70、“宇宙大爆炸”的假说

    到目前为止，许多科学家倾向于“宇宙大爆炸”的假说。这一观点是由美国著名天体物理学家加莫夫和弗里德曼提出来的。这一假说认为，大约在200亿年以前，构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起，密度极高，温度高达100多亿度，被称为原始火球。这个时期的天空中，没有恒星和星系，只是充满了辐射。后来不知什么原因，原始火球发生了大爆炸，组成火球的物质飞散到四面八方，高温的物质冷却起来，密度也开始降低。在爆炸两秒钟之后，在100亿度高温下产生了质子和中子，在随后的自由中子衰变的11分钟之内，形成了重元素的原子核。大约又过了10000年，产生了氢原子和氦原子。在这10000年的时间里，散落在空间的物质便开始了局部的联合，星云、星系的恒星，就是由这些物质凝聚而成的。在星云的发展中，大部分气体变成了星体，其中一部分物质因受到星体引力的作用，变成了星际介质。

    1929年，哈勃对24个星系进行了全面的观测和深入的研究。他发现这些星系的谱线都存在明显的红移。根据物理学中的多普勒效应，这些星系在朝远离我们的方向奔去，即所谓退行。而且，哈勃发现这些星系退行的速度与它们的距离成正比。也就是说，离我们越远的星系，其退行速度越大。这种观测事实表明宇宙在膨胀着。那么，宇宙从什么时候开始膨胀？已膨胀多久了？根据哈勃常数H=150千米/(秒·千万光年)，这个意义是：距离我们1000万光年的天体，其退行的速度为每秒150千米，从而计算出宇宙的年龄为200亿年。也就是说，这个膨胀着的宇宙已存在200亿年了。

20世纪60年代天文学中的四大发现之一的微波背景辐射认为，星空背景普遍存在着3K微波背景辐射，这种辐射在天空中是各向同性的。这似乎是当年热大爆炸后遗留下的余热，从某种意义上这也是支持了大爆炸宇宙学的观点。但是，热大爆炸宇宙学也有些根本性问题没有解决。如大爆炸前的宇宙是什么样？大爆炸是怎么引起的？宇宙的膨胀未来是什么格局？

 

71、“宇宙永恒”假说

第二种是“宇宙永恒”假说。这种假说认为，宇宙并不是像人们所说的那样动荡不定。自从开天辟地以来，宇宙中的星体、星体密度以及它们的空间运动都处在一种稳定状态，这就是宇宙永恒假说。这种假说是英国天文学家霍伊尔、邦迪和戈尔特等人提出来的。霍伊尔把宇宙中的物质分成以下几大类：恒星、小行星、陨石、宇宙尘埃、星云、射电源、脉冲星、类星体、星际介质等，认为这些物质在大尺度范围内处于一种力和物质的平衡状态。就是说，一些星体在某处湮灭了，在另一处一定会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内则是稳定的。