正見文摘 第043期 天文學新發現專輯(二)

最近許多奇妙的天文發現使許多物理學家開始重新考慮我們宇宙的起源。8月14日《自然》雜誌刊登了著名理論物理學家，史丹福大學李奧納特.蘇士侃(Leonard Susskind)教授和他所領導的理論物理研究小組的觀點，他們認為現今流行的關於宇宙學的理論在邏輯上存在嚴重的缺陷，按照現在流行的觀點，我們的宇宙產生的可能性微乎其微，如果以我們認為的方式來安排這個宇宙，需要一個奇蹟，我們肯定漏掉了什麼。

李奧納特.蘇士侃教授是至今仍然活躍在理論物理學前沿的著名理論物理學家，在超過三十年的物理學研究生涯中成就卓著。

　
最近的天文觀測表明宇宙在加速膨脹, 宇宙似乎要再次發生大爆炸。一個加速膨脹的宇宙似乎註定要重複自己，但是，蘇士侃教授和他的同事認為，這種重複能夠能產生我們這個世界的可能性不說為零也是非常的渺小。所以這是一個象宇宙那麼大的問題：現今流行的關於宇宙的理論觀點在邏輯上有缺陷嗎？因為為使象現在我們知道的宇宙的存在，外部的幫助是必不可少的。換句話說，我們的宇宙必須要依靠一個奇蹟才能創造出來，或者需要「上帝」從外部進行干預才有可能是這個樣子。
　
蘇士侃教授和他的同事認為以下兩者必居其一：或者宇宙並不是我們認為的在加速膨脹，或者還未發現的物理原理在起著作用。而且這個原理必須能挑選出那些為數不多的能夠導致象我們這個宇宙創生的初始狀態，然後引導宇宙演化使其不出偏差。

蘇士侃教授的研究小組，結合他們合作的科學研究和理論思維，認為似乎還有別的什麼事物在宇宙創生之時施加了影響。一個不為我們所知的「力量」(「Agent」)，因為不為我們所知的原因干預了我們宇宙的創生, 我們可能在根本上忽略了什麼。　　
　
宇宙的龐大與奧妙遠遠超出了現有科學理論的描述和理解能力。隨著越來越多的天文現象的發現，現有的理論越來越難以自圓其說，科學家們重新思考現時宇宙論的觀點已經迫在眉睫。科學的發展需要人們有足夠的勇氣否定舊的觀念，現在可能也到了人們重新審視自己關於時空、生命和宇宙原有觀念的時候了。

參考資料

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

據芝加哥論壇(Chigaco Tribune)8月30日消息，來自芝加哥大學和其它四個研究所的天文學家小組正準備在南極建造一個望遠鏡以研究宇宙膨脹的奧秘。該小組已經獲得國家自然科學基金一千六百六十萬美元的資助，預計該望遠鏡在四年以後正式工作。

這個望遠鏡計劃用於研究使宇宙加速膨脹的「暗能量 」(Dark Energy)。 宇宙學家們認為我們宇宙起源於一次大爆炸，大爆炸使宇宙膨脹。這種膨脹速度應該是勻速的，或者因為星系之間的引力作用而逐漸減慢。

然而，宇宙好像故意跟宇宙學家們開了一個天大的玩笑：1998年、2002年兩組獨立的實驗觀測結果讓科學家們大吃一驚，宇宙膨脹在加速！

加速膨脹的宇宙意味著在足夠遙遠的將來比如幾十億年以後所有的星星，星系和其它的物質將遠離我們而去，宇宙將變成巨大的虛空。當然也有很多科學家並不相信這樣的結論。

究其原因，可能是我們對引力所知甚少。引力是科學家們研究得最早的一種相互作用，以前一切似乎也很清楚，就是地球上使得「蘋果落地」的那種作用力。但是宇宙學家們現在懷疑在宇宙尺度上，引力被某種稱為「暗能量」的東西所產生的排斥所抵消，表現出正好相反的特性。

「我們的確有了反引力，只是在非常大的尺度上。」 負責設計和建造暗能量望遠鏡的加州大學宇宙學中心主任布魯斯・文斯坦(Bruce Winstein)說。

最奇怪是當宇宙膨脹時，它似乎能不斷產生更多的暗能量來推動以加速它的膨脹。「如果暗能量真的占宇宙總質量的７０％，且如現在的理論所估計的那樣，那麼現在它真的已經開始主宰宇宙中的一切了，」 哈佛 --斯密蘇年天文物理中心的托尼・斯塔克說，「它將禁止所有新星系的產生，從現在起星系形成的數量將大為減少。」 然而，實際的觀測似乎並非如此，這麼多年過去了，新星系的形成仍然非常活躍。
　
科學家們在南極建造暗能量天文望遠鏡, 將觀測距離我們50到70億光年的星系團簇。按照現時的宇宙論，那時宇宙的大小只有現在的三分之一左右，那時的星系將迅速形成團簇。當微波輻射穿越這些團簇時，團簇中的塵埃會使輻射波長發生微小的變化，這些變化就告訴了科學家們早期宇宙中星系團簇的數目。

暗能量與宇宙學中的另一不解之迷「暗物質」不同，暗物質指的是將旋轉星系中的星體維繫在一起不分崩離析的那些觀測不到的「物質 」。科學家們通過對星系運動的觀測發現，要想讓旋轉星系中的星體保持在星系中而不離心而去，單靠這些星體之間的「引力」是遠遠不夠的，因此科學家們設想還有一種總質量比那些我們能觀察到的星體大的多的神秘的看不見的物質--「暗物質」施加了引力。科學家們認為這類暗物 質占宇宙質量的２０％左右，而暗能量則占了約７０％。而我們能夠看得見的星體的質量只占10%左右。

宇宙中星系的旋轉運動，是長期困惑科學家們的難題之一，而最近發現的宇宙加速膨脹使問題更加複雜: 要維持一個旋轉星系的穩定，必須有神秘的「暗物質」施加額外的引力；而要使宇宙加速膨脹，則需要「暗能量」施加超過星系之間引力作用的斥力。造成這種尷尬的原因很可能是科學家們對引力和天體運動規律認識的局限造成的。引力是英國科學家牛頓在前人研究太陽系內行星的運動的基礎上提出的。後來物理學家愛因斯坦在廣義相對論的框架上予以重新描述。引力雖然成功地描述了太陽系內行星的運動，但是在宇宙大尺度上卻沒有真正得到過實驗的證實。而且美國航空航天局的科學家在多年前就發現，他們發射到太陽系以外的太空飛行器的運動速度比以萬有引力計算出的較慢，偏離按照萬有引力定律所計算的軌跡。引力也是長期以來使科學家們最頭疼的一種相互作用，它的很多性質與其它相互作用力格格不入。太陽系的尺度與宇宙的相比實在太小，把太陽系的觀測結果無限外推到宇宙尺度是否可行，令人懷疑。或許這就是背後的原因。設想牛頓先知道現在觀測到的星系的運動，而不是太陽系中的行星運動，他也許根本不會提出他的萬有引力理論，就是提出也不太可能是今天我們知道的這個理論。來自暗能量望遠鏡的觀測結果或許能為科學家們提供這方面的線索。

參考文獻:

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

哈勃望遠鏡拍攝的星系POX 186照片。 星系中心是新生的藍白色恆星

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據每日科學網站報導，科學家用哈勃望遠鏡觀察到一個在形成階段晚期的一個微型星系，在照片上可以看到這個小型的，被扭曲的氣體和星體系統正處於發育階段，和附近那些形成於上十億年前的星系形成鮮明的對比。星系的年輕由星系中暴生的新星和其被扭曲的形狀可以看出，證據表明這個被稱作POX 186的星系形成於不到一億年前的兩團氣體和星體物質的相互碰撞引發的星體暴生。其它的星系，如我們的銀河系，據信誕生時間都在十億年以上。這一發現將發表於12月20日的天文物理期刊上。

「這是一個驚人的發現，」位於馬裡蘭州巴爾蒂摩市的空間望遠鏡科學研究院天文學家麥可・科爾賓說，「我們完全沒有料到在我們附近會看到星系的誕生。星系POX 186距離我們僅6千8百萬光年，這在空間和時間上相對來說都與我們距離較近。」

POX 186 是一類被稱為藍色密集矮星系統，因為它相對較小的尺寸和其中的高溫藍色恆星。哈勃望遠鏡的圖像顯示它尺寸只有900光年，包含一千萬個恆星。相比之下，我們的銀河系尺寸是10萬光年，有超過一千億顆恆星。雖然哈勃望遠鏡的觀測沒有直接提供POX 186星系中星體的年齡，但科爾賓認為其中的恆星都相當年輕。

POX 186星系的觀測結果使科學家們懷疑有更多的星系正在經歷類似的形成過程，他們建議利用哈勃望遠鏡研究類似的其它9個星系以尋找更多的證據來支持這一結論。

參考資料:
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/12/021220075435.htm

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美國航空航天局網站12月11日報導，美國航空航天局(NASA)的哈勃(Hubble)望遠鏡觀察到了一個含有六個星系的緻密星系組正在發生重組。該星系組中的星系距離非常近，星系間巨大的相互作用使得星系中的星體被從中剝離掉，星系形狀也因此被扭曲變形。科學家認為這些星系最終將融合在一起變成一個巨大的星系。

該星系組的名字叫賽福特六星系組(Seyfert Sextet)，距離天羯星座一億九千萬光年。星系組中每個星系寬度約為三萬五千光年，整個星系組僅橫跨十萬光年的距離，比銀河系的體積還小。星系周圍的暈環顯示星體已經開始被剝離。

這個星系組中沒有發現新星體形成的藍色區域。一般說來，這一類星體的相互作用都會伴隨著大量新星體的迅猛誕生，比如斯蒂文五星系組的重組。這表明這一重組與所發現的其它的重組過程有所不同。天文學家認為沒有看到新星體形成的原因也許非常簡單：就是這個星系組正處於相互作用的早期階段，以後這些星體迅猛產生的場景會陸續出現。直到幾十億年後融合成一個巨大的星系。天文學家們相信大部分的橢球星系就是這樣形成的。

近幾年來，天文學家在廣闊的宇宙範圍都發現了轟轟烈烈的天象變化：宇宙加速膨脹，星系碰撞重組，頻繁的超新星爆發,大量星體在廣闊的宇宙空間範圍中誕生，太陽系以外眾多行星的誕生。按照中國古人天人合一的觀點，人類本身也必然在發生或即將發生相應的巨變。

參考資料

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

據最新出版(11月29日)的一期《科學》期刊報導，天文學家通過超級電腦模擬行星成長，推翻目前流行的大行星要耗時數百萬年才成形的「標準模型」說法，提出大行星在數百年內就能形成。

美國華盛頓大學Lucio Mayer領導的研究小組在模擬分析中發現，構成巨型氣體行星內核的氣體和塵埃盤，圍繞恆星轉上幾圈後就有可能裂解，這會導致物質快速凝結，並在極短時間內開始吸引氣體，這些氣體最終會構成行星的外殼。而標準行星形成理論認為，這種氣體和塵埃盤首先凝結成塊，構成行星的內核，這一過程可能就需要１００萬年左右，此後可能還需要數百萬年，行星外部才能形成巨大的氣體外殼。

根據新假設，巨型氣體行星形成不需要太長時間，這就意味著這些行星的產生屬於相對普遍的現象。２０世紀９０年代以來，天文學家們已經陸續在太陽系外發現了１００多個行星，它們的質量一般都比木星質量要大，基本上都屬於巨型氣體行星。這些天文觀測的實際結果似乎支持這種新觀點。

據美國航空航天局（NASA）網站10月22日消息，美國航空航天局的錢德勒Ｘ－射線望遠鏡發現暗物質存在的最新證據。新發現的證據否定了修正的引力理論，同時還排除了關於暗物質的存在形式的某些猜測。

長期以來，科學家們在對星系的運動觀測中發現，如果星系僅由我們可以觀測到的常規物質組成，其運動不能用牛頓引力理論來解釋。於是科學家們提出星系由我們可以觀測到的常規物質和我們觀測不到的暗物質組成，星系的大部份質量來自暗物質。也有的科學家提出「修正的牛頓引力理論」，該理論對牛頓的引力理論加以修改，以便可以不藉助暗物質而解釋星系的運動。

錢德勒Ｘ－射線望遠鏡對星系NGC 720的觀測表明該星系被包裹在一個橢球形的熱氣雲團中，該雲團的伸展方向與用可見光觀測到的有所不同。該橢球的扁平程度太大，難以用修正的牛頓引力理論加以解釋。NGC 720星系距離地球約八千萬光年。

「熱氣雲團的形狀和伸展方向要求它被約束在一個雞蛋形的暗物質環，」加州大學愛爾文分校教授，發表在2002年9月第20號天文物理期刊報告的第一作者大衛・波特說，「這意味著暗物質不只是由於引力理論的缺陷而出現的錯覺，它是真實的。」

根據現在公認的標準引力理論，熱Ｘ－射線雲團應該需要額外的引力，一個暗物質環的吸引才不會逃逸掉。所需的暗物質質量為星系中星體質量的五到十倍。而且如果暗物質是在星系內，那麼觀測到的Ｘ－射線雲團應該更圓些。扁平的熱氣團需要扁平的暗物質環加以約束。　

「修正牛頓引力理論(Modified Newtonian Dynamics)」由莫德采・米爾格若母(Mordecai Milgrom)在1983提出。該理論試圖修改牛頓引力理論從而達到可以不藉助暗物質也能解釋星系的運動。但是這一理論不能解釋NGC 720的觀測結果。這是第一個成功區分修正牛頓引力理論和暗物質作用的證據。

研究者還發現新的觀測結果和冷暗物質理論的結果相吻合。該理論認為暗物質由緩慢運動，與常規物質僅以引力相互作用的物質所組成。其它形式的暗物質，比如自相互作用暗物質，冷分子暗物質都與觀測結果不相符。

越來越多的事實證明，宇宙中存在著大量現在科學手段還探測不到的物質。「看不見的就不承認」實際上是缺乏科學根據的。因為科學手段對事物認識的局限性，所以對一些所謂的超常現象也就不能很好地解釋。現在人們耳聞目睹的超常現象也越來越多，如修煉中出現的天目，修行有素的和尚火化時出現的捨利子，甚至死後肉身不壞等等，都是真實存在的，也不神秘，用修煉的道理都可以圓滿地給予解釋。

參考資料

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