人类对宇宙的探索与认识

人类对宇宙的探索与认识

我们的祖先渴望了解宇宙，但是他们没有真正找到了解的办法。今天，我们已找到了一种有效和精确地了解宇宙的办法，我们把这种方法称为“科学”。科学已经表明，宇宙是如此浩瀚而古老，因此人间世事往往显得无足轻重。

宇宙现在是这样，过去是这样，将来也是这样，只要一想起宇宙，我们就难以平静——我们的心情激动，感叹不已，我们知道我们在探索最深奥的秘密。

我们迫切希望能够了解宇宙，我们现有的大部分知识是从地球上获得的，然而地球只不过是宇宙中的一个小小的地方。宇宙是由无数的行星、恒星、彗星、星云等组成的，宇宙中是否有外星生命的存在成了我们所关注的焦点。总之，宇宙对我们的吸引力太大了，以下让我介绍一下人类探索的发展历程和一些宇宙知识吧。

恒星

人们用肉眼看到的星星，除了太阳系内的流星、彗星和五大行星（水、金、火、木和土星）之外，整个天空中的星星都是恒星。恒星是由炽热的气体所组成并能自己产生能量发光的近似球体的天体。由于它们的位置看上去似乎恒古不变，因此，古人它们为“恒星”。

在中国古代，早在司马迁的《史记·天官书》中就有了关于恒星颜色的记载：“白如狼，赤比心，黄比参左肩，苍比参右肩，黑比奎大星”。

恒星为什么会有这么多诱人的色彩呢？天上的星星发出的光在不同波段的强度是不一样的。从恒星光普型我们可以知道，恒星所呈现的不同颜色，代表了它们表面所处的不同温度。一般来说，发蓝光的恒星是年轻的星，会发热、温度较高，大约在2500~3500开，如猎户座η星。发黄光的恒星是常见的星，它们已经到了中年，温度居中，大约在6000~500开，如御夫座的五车二星。而发红光的恒星是垂亡的老年星，温度较低，大约在2000~3000开，如参宿四和心宿二等。

当你用眼睛直接观察恒星时，你会发现恒星有的亮些，有的暗些，为什么呢？这是因为不同亮度的恒星的光给予你的眼睛视网膜的能量大小不同。

不过恒星的这种亮度不是恒星的真实亮度，由于恒星距离有远有近，在夜空中看起来很亮的星可能是因为这颗星距离我们很近，相反，一颗看起来很暗的星，只是由于距离遥远才显得很暗。因此，恒星的目视星等反映不出恒星的真实亮度。

黑洞

广义相对论表明，引力场可以造成空间弯曲，强大的引力场可以造成强烈的空间弯曲，那么无限强大的引力场会产生什么情况呢？

1916年爱因斯坦发表广义相对论后不久，德国物理学家卡尔•史瓦西就用这个理论描绘了一个假设的完全球状星体附近的空间和时间是如何弯曲的。他

证明，假如星体质量聚集到一个足够小的球状区域里，比如一个天体的质量与太阳相同，而半径只有3公里时，引力的强烈挤压会使那个天体的密度无限增大，然后产生灾难性的坍塌，使那里的时空变得无限弯曲，在这样的时空中，连光都不能逃逸！由于没有了光信号的联系，这个时空就与外面的时空分割成两个性质不同的区域，那个分割球面就是视界。

这就是我们今天耳熟能详的黑洞，但在那个年代，几乎没有人相信有这么奇怪的天体存在，甚至包括爱因斯坦本人和爱丁顿这样的相对论大师也明确表示反对这种怪物，爱因斯坦还说他可以证明没有任何星体可以达到密度无限大。就连黑洞这个名称也是一直到1967年才由美国物理学家惠勒命名。

历史当然不会因此而停止前进，时间进入20世纪30年代，美国天文学家钱德拉塞卡提出了著名的“钱德拉塞卡极限”，即：一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的1.44倍以上时，将不可能变成白矮星，而会继续坍塌收缩，变成体积比白矮星更小、密度比白矮星更大的星体，即中子星。1939年，美国物理学家奥本海默进一步证明，一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的3倍以上时，其自身引力的作用将能使光线都不能逃出这个星体的范围。

随着经验的积累，关于黑洞的理论变得成熟起来，人们从彻底拒绝这个怪物到渐渐相信它，到20世纪60年代，人们已普遍接受黑洞的概念，黑洞的奥秘被逐渐研究出来。

严格而言，黑洞并不是通常意义下的“星”，而只是空间的一个区域。这是与我们日常宇宙空间互不连通的区域，黑洞视界将这两个区域隔绝开，在视界以外，可以由光信号在任意距离上相互联系，这就是我们所居住的正常宇宙；而在视界以内，光线并不能自由地从一个地方传播到另一个地方，而是都朝向中心集聚，事件之间的联系受到严格限制，这就是黑洞。

在黑洞的内部，物体向黑洞坠落的过程中，潮汐力越来越大，在中心区域，引力和起潮力都是无限大。因此，在黑洞中心，除了质量、电荷和角动量以外，物质其他特性全部丧失，原子、分子等等都将不复存在！在这种情形下，无法谈论黑洞的哪一部分物质，黑洞是一个统一体！

在黑洞中心，全部物质被极为紧密地挤压成为一个体积无限趋近于零的几何点，任何强大的力量都不可能把它们分开，这就是所谓的“奇点”状态。广义相对论无法对此进行考察，而必须代之以新的正确理论——量子理论。讽刺的是，广义相对论给我们导出了一个黑洞，却在黑洞的奇点之处失效，量子理论取而代之，而量子理论和相对论却根本互不相容！

彗星

自古以来，偶尔现身的彗星就被抹上了神秘恐怖的色彩。古时候的中国人对彗星并不友善，在他们的眼中，这种奇形怪状，偶尔现于天际的古怪星体乃是不祥之兆，会给人间带来灾祸的。因而他们叫它“扫帚星”。我国对彗星的观测和研究有最早，最完整的记录开始见于《春秋》（公元前613年）：“鲁文公十四年秋四月，有星孛于北斗。”

西方人对彗星的看法也不见得高明多少。自亚里士多德起，在长达千年的时间里，西方人一直认为彗星是一种大气中的燃烧现象。

一直到16世纪末期，丹麦科学家第六谷才首次通过观测证明1577年的大彗星比月球远得多，这样才算是为彗星验明了正身。这之后，科学家和业余天文爱好者们不断的探索出彗星的种种特性，以往一直笼罩在彗星身上的神秘的面纱终于揭开。原来，彗星实际上是一个由石块、尘埃、甲烷、氨所组成的冰场叫彗核，外表酷似一个深黑色的长马铃薯，就像一个“脏雪球”。我们肉眼所能见到的彗星一般分成三部分：彗核、彗发和彗尾，彗星物质的绝大部分都集中于不大的因态彗核中，可以说彗核是彗星的本体。彗发与彗尾是由彗核的蒸发而产生的，彗核主要由冰特质（水冰、二氧化碳冰等）和尘埃物质组成，密度相当小，内部存在较多的空隙，物质分布呈大体均匀，局部不均匀。彗发是由大量碳、氢、氧、氮等成份和尘埃组成，彗发的物质密度在内部比较密，而越远离彗核，密度就越小。而慧尾的主要成分也为尘埃，通常称之为彗星尘。彗星成群地聚集在太阳系的边缘，偶尔有一颗彗星被淘汰出群体，开始飞向太阳，当它路过地球时你会在夜空中看到它——就像颗模糊的恒星。有些彗星一次又一次地出现在地球的天空。

太阳系中的彗星很多，估计大约有1000多颗。著名的天文学家开普勒讲过："彗星在天空里就像鱼在大海里那样多"。由于绝大多数彗星很暗，离我们太远，所以很难看到。目前人类可以看到的彗星约1500颗左右。其中，明亮的只有20多颗。彗星的质量非常小，1000亿颗彗星的质量合来也只有地球的十分之一。在众多的彗星当中，最著名的当属哈雷彗星。

陨石

据古书记载，陨石落在我国的大地上是非常多的，但历代收集到的陨石标本绝大多数已散失。陨失是人类认识宇宙，研究地球形成及探索生命起源的不可多得的活标本，它有很高的科研价值，我们应该重视对它的鉴别和保护。

由于流星体在进入大气层的陨落过程中，表层一直处于高温熔融的状态，到了地面迅速冷却，因而陨石的表面蒙有一层黑色或深褐色的熔壳。熔壳的厚度一般不大于1毫米，有时熔壳上会有像用手指在面团上按压出来的凹坑，叫“气印”，也称为“烧蚀坑”，是陨石在大气层中高速飞行时受到气流的作用而留下的痕迹。落地被砸碎的陨石，有许多金属颗粒含在里面，称之为“球粒”。球粒的直径一般在1毫米上下，大的球粒直径可达3~4毫米以上。另外，陨石还有一个特征，它们一般具有磁性，用磁铁很容易反它吸起来。但是一个标本是不是陨石，最终还得由科研部门根据化学分析的结果来确定。

流星

古人认为流星是天上掉下来的星星。

实际上流星是彗星的“子女”，飞行中的彗星的散碎颗粒闯进地球大气层，与空气高速摩擦，由发热而燃烧，形成短暂的光迹，这就是流星，而流星雨就是地球遇到了一大群宇宙尘粒流星群造成的如同“下雨”一样的天文现象。