宇宙大爆炸传奇-22 来自琦记杂谈 00:00 15:05
前文说到，人们根据量子学说计算出来宇宙学常数和实际观测的值差了120个数量级，那这肯定就对不上号了，看来这条路也不对。于是有人就开始想啊，是不是牛顿那时候开始就出问题了？他们就开始打牛顿的主意，有那么一小部分人就开始惦记着牛顿那个万有引力平方反比规律，他们惦记着如果引力并不是按照平方反比规律变化的话那说不定就可以解决问题了，假如平方反比规律只是个近似值那就好搞了。比如说在大尺度里它就不符合平方反比，比如到了星系级别就比平方反比大，那就可以解决暗物质的问题了，它不需要暗物质就可以把星系给勒住，引力比较强嘛。到了星系团以上那种更大尺度，可能引力就比平方反比要小，小的话那就扯不住啊，说不定还变斥力了，那也就不需要暗物质这种东西了。只要不符合平方反比规律，那就很有可能什么暗能量啊暗物质啊都给解决了。本来嘛，根据奥卡姆剃刀原理，如无必要，勿增实体，我们要是在这平方反比定律上下功夫那说不定暗物质暗能量啥的就不用往里面加了。只是这平方反比那是久经考验的，那不是你说能推翻就推翻，而且还有个大问题也是存在的，那就是挖了爱因斯坦的根啊。 如果引力质量和惯性质量不对等，那这事就有意思了，这相对论即使不被推翻那也得大幅度修正。口说无凭，是骡子是马拉出来溜溜就知道了，结果他们专门搞了一个很高的塔去专门做自由落体实验。所以说自由落体实验从中学物理课本上就开始教，说的好像很简单，实际上一点都不简单。他们在搞这个实验，看能否发现什么蛛丝马迹，在小数点后多少位看能不能找到什么线索，不过到目前为止他们也没发现什么靠得住的这种证据，这种事肯定要靠实验来说明问题，你没证据别人也不会理你的。所以说他们是少数派，多数人还是认为这个暗物质和暗能量是存在的，也必须要有这两个东西才能解释观测到的现象。当然了，对于暗能量的观测就得全靠1A型超新星爆发，1A型超新星爆发就属于红移非常大的天体，离地球非常遥远，那观测这个暗能量才靠谱，才能有比较明显的反应。 大红移天体不止1A型超新星这一种，不过1A型这种超新星有种麻烦，那就是炸完之后它就尸骨无存了，然后超新星爆发的时间也短，一下子就过去了，要想常年稳定观测那还是有难度的，这总不能说别人炸完了你又说我没看清楚你再炸一次，谁还给你再来一次啊。所以这总是要不断去找，这边炸了一颗你也不能再在原地等，别人炸完就没了，又不是放鞭炮一连串地炸。但是有一类天体它们普遍离我们都比较远，而且很稳定，它们也不是炸一下就没了，偏巧它们还非常亮，可以被我们很方便地观测。 这事还要从上世纪60年代说起，1960年代是一个天文学大发展的年代，那时候刚好射电天文学刚刚兴起，60年代的四大天文发现都是靠射电天文的方法发现的，人们陆续就发现了很多射电体，那么那些射电体有没有对应的光学体呢？有人就拿光学望远镜去看那些位置，看有没有什么星星是可以看得见的，人们一看果然这些位置都是有星星的，这样的话一个天体的光学波段和射电波段就对应起来了，这俩波段加起来那就是一个天体的全波段了，那么每个天体都可以从更加全面的角度去研究了。人们陆续发现了一批射电信号很强的天体，不过有个天体的谱线就让大伙很困惑，这个天体的编号是3C48，这上面的谱线和我们已知的任何元素都没办法对应。我们知道恒星上的元素会吸收谱线或者发射谱线，只要看看这些谱线那就知道恒星中包含了什么元素，氦元素就是通过这种方法从太阳里找到的，因为氦这个名字本身就来源于希腊语的太阳，后来才发现好像氦也能从我们地下冒出来。但是这个3C48的天体谱线和其他恒星的谱线不一样，好多条谱线都没见过，那难道说这恒星上还有我们没见过的元素？但现在我们已经知道了，元素周期表上的格子都被填满了，而且新造出来那些人为元素，那些原子核质量都很大的元素它们都很不稳定，经常是人工刚造出来它就衰变了，不太可能会稳定存在。 3C 48 3C273 这事就奇怪了，到底是怎么回事呢？后来荷兰裔的美国天文学家马丁·施密特又发现了一个奇怪的天体，这个奇怪的天体和3C48的情况是一样的，这颗的编号是3C273。这俩天体都有共同特征，一个是体积小，二个是亮度大，三就是有奇怪的光谱。马丁·施密特回家自己闷头想了一个星期，突然一拍大腿想明白了，这些奇怪的谱线其实一点都不奇怪，它们就是最常见的氢的光谱。那之前天文学家怎么就没看懂氢发的光谱呢，那不是最常见的光谱嘛？别急，之所以人们没看出来那是因为谱线发生了难以想象的巨大红移，这完全出乎人们意料。一旦确认这是氢谱线发生了巨大的红移导致我们都不认识了，那么问题就来了，它是怎么会有这么大的红移呢？人们普遍认为这巨大的红移就是哈勃红移，也就是宇宙学的红移，这意味着距离我们就非常非常非常遥远，随便估计一下就离我们100亿光年以上远，那如果是这么远的话我们应该看不见才对，怎么偏巧我们就看到了，那应该光度非常弱才对，看遥远的那些星系啊星系团啊都只能模模糊糊看到一个点，但这家伙怎么离我们这么远，体积又这么小，又能被我们看到，亮度还这么大？那只能说这东西拥有超大亮度，亮到不可思议。它们以恒星的体积发出了远超星系级别的亮度，这中间可是差了上千上万亿倍，这东西太吓人了。一个星系是千亿颗恒星，大概2000亿颗3000亿颗差不多，它这一颗就发出了超过一个星系的亮度，这是一种什么概念。人们一时之间敲不准这到底是个啥玩意儿，就给它起了个模棱两可的名字叫类星体，顾名思义就是一个类似恒星的天体。 60年代天文四大发现就是微波背景辐射、星际有机分子、类星体和脉冲星，这都是射电天文学的成果。当然林子大了什么鸟都有，后来人们发现类星体越来越多了，有好多类星体它基本都不发射无线电波，而在光波波段就特别亮，这种类星体占了大多数，那种可见光和无线电波都很强的反而是少数。那么人们就投入大型光学望远镜来搜寻了。我们国家当时在日本留学工作的何香涛，他就发现了2000多个类星体的候选者，后来确认的有100多个，成为了发现类星体最多的人。当时他还是个英俊的小伙子，现在看他在网上的公开课那已经成了个标准的老教授，头发都掉了，都秃了。那时候全靠人工筛选，干这事其实很苦逼，而且效率也不高，那现在科学技术大发展，早就不靠人工了，人工根本干不过机器，全靠计算机自己筛。到了80年代末，人们就确认了三四千颗类星体，差不多就这个数量。到了1990年这就不一样了，天文界发生了一件大事，那就是哈勃望远镜发射升空，到现在29年了，哈勃望远镜做出的贡献就大批大批展示给公众，它恐怕是知名度最高的天文望远镜了，几乎成了天文望远镜的代名词。当然了，后续又有一批望远镜被造了出来，比如什么斯皮策啊钱德拉啊，这俩是在天上的，在地上的就是斯隆数字巡天，还有口径超大的望远镜也在建。斯隆数字巡天就可以同时观测好多颗天体的光谱，我国就建了郭守敬望远镜，也是用来干这事的，而且效果比斯隆数字巡天还要好。 郭守敬望远镜 天文学家手里的东西越来越强大，而且信息化技术自动化技术一上去，那种下的种子总要开花结果。哈勃望远镜首次拍到一个类星体的周围有盘状结构，这颗类星体在185亿光年之外，距离我们非常遥远，它跟地球之间恰好有个巨型星系，这个星系的引力使得光线发生了偏转，结果这星系就成了个放大镜，它聚焦了后面类星体的光，天文学家才有幸看到类星体周围那些尘埃物质。类星体的秘密终于被揭开，原来类星体中心是一个巨大的黑洞，过去有人猜类星体这么强，那是不是个白洞啊，它一直往外面吐东西所以才这么亮。现在发现是黑洞，黑洞不是只进不出吗？这是怎么回事呢？这就要从星系与黑洞之间的关系说起了。 在1995年，也就是人们在折腾类星体的时候，科学家们也开始关注银河中心附近的情况了，就首次发现那核心附近有的恒星移动速度非常快，但是银河中心是被大量尘埃遮住的，就像是有雾霾一样，人们没法看清楚核心和附近清晰的图像。随着红外天文技术的发展就可以用红外波段来观测银河系的核心了，这样的话核心附近的那些气体尘埃的干扰就少了非常多，人们终于能看清核心附近的情况了。有不少恒星围着一个非常小的天体在转圈圈，转圈圈那个核心也看不见，但是所有恒星都围着它做高速旋转，那核心的尺寸也不会比这个恒星的轨道大吧，而核心的天体质量起码是几百万个太阳质量。质量和尺寸算出来之后就可以衡量一下了，什么样的天体满足这样的条件呢？发现所有的天体都不符合，那就只有一种可能，那就是黑洞，不存在其他别的解释了。这个观测经历了几十年，因为恒星绕着这个黑洞转圈圈最快也要十多年才能看出点端倪，才能把轨迹给看清楚。经过长时间观测，银河系中心有一颗超大质量黑洞，那么别的星系核心有没有这种超大质量黑洞呢？结果就对这些星系普查了一遍，发现大部分都有这种超大质量黑洞，这说明是一个普遍现象。核心黑洞的生长发育和整个星系演化是息息相关的，它并不是平白无故核心有个大黑洞。就在这个时候哈勃望远镜就拍到类星体周围的盘状物质，对比一下，原来这类星体就是星系的活动星核，这星系也会成双成对，两个星系靠的过近的时候因为引力的作用会导致星系合并，星系的核心可是超大质量黑洞哦，那两个星系在合并的过程中就开始逐渐靠近，然后互相围绕旋转。这俩星系一搅和那不得了，周围的尘埃气体全过来了，围绕黑洞形成吸积盘，把整个星系搅和地一团糟。吸积盘里的物质就在掉进旋涡之前互相摩擦挤压，发出了大量的光和热，这比太阳这种恒星的核聚变要剧烈太多了。这俩星系就像发电机一样周围形成一个非常强大的磁场，把物质就沿轴线方向喷射出去了，我们也就看到了非常强烈的光。当然了我们看到的不止有光，各种物质其实都有，它们就好比宇宙里的探照灯，简直就是亮瞎眼。前几年一个以中国科学家为主的团体就发现了一个类星体，它的光照强度是太阳的4301000倍，距离地球128亿光年，中间黑洞的质量是太阳的120亿倍，大约在宇宙大爆炸后90亿年就形成了，是目前已知遥远的宇宙类星体里光度最高的黑洞，质量也是最大的一个。相比银河系中心那个黑洞只有300万个太阳质量，那就是没法比了。 银河系中心 哈勃望远镜还看到一个神秘现象，那就是汉尼天体，顾名思义就是个叫汉尼的人发现的。这是个星系动物园计划，就是普通人也可以去看看这个天体到底长什么样，偏巧这个汉尼就看到这个天体了。它2007年就被看到，但是要到2011年哈勃望远镜看到的现象得到解释。这个汉尼天体就是一团神秘的绿色云团，这个绿色云团后来发现就是被黑洞的喷流像探照灯一样照亮的一团云气，这个喷流在200多万年之前就熄灭了，但这个汉尼天体仍然有余晖存在，而且还能看的出上面有一大团阴影，这阴影是怎么回事呢？当年这类星体还活着的时候，上面的探照灯还在照，这喷流被一团其他的云气给挡住了，这留在汉尼天体上的影子就像电影没开场之前荧幕上映着的人的影子，这道理是一样的。后来又经过哈勃望远镜的研究，发现这一片发光的云气也就是汉尼天体是一整块大云气的一小部分。那时候类星体喷流就像个探照灯，它也就照到了很小一块地方，这片云气总大小在30万光年左右，其实这就是当年两个星系合并的时候留下的互相撕扯的一团气体尾巴，从尾巴的形状来看，这俩星系合并是合并了，但那个队形还没完全排好，现在这形状还很乱，这就是很乱的旋涡状留在那的尾巴。由此得到进一步确认，这个类星体就是一个活动的星系和两个大黑洞在那给搅和出来的，就是超大质量黑洞搞的鬼。 汉尼天体 类星体的发光之谜搞清楚了，但这类星体太远了，我们只能看到它很亮，其他的啥也都不知道了，那银河系的核心部分恰好也有一大片云气在那飘，人们就在期盼如果银河系核心的黑洞能捉住这片云气，而且开始使劲吃，这也能发出比较强烈的辐射，这我们就能好好看戏了。可惜这云气飘过，中间的核心黑洞没抓到，让它给跑了，所以说这银河系中心超大质量黑洞暂时没啥东西可以吃。在银河系中心的距离我们是可以观测的，其他类星体都太远了，那我们就想让中间黑洞吃点什么东西，我们看它表演一下，不过看来这机会不是很多。 类星体都是极其遥远的天体，这就对我们研究宇宙早期提供了很好的素材，毕竟光要飞到我们眼睛里也是需要时间的，越是遥远天体发出的光能被我们看到，那就说明别人出生的早，所以我们看到的类星体都是宇宙小时候的样子。而且类星体红移量非常大。根据红移量推测它们的退行速度，目前已经达到了光速的几分之一的样子了，已经是非常快了速度了。将来即便发现了超光速现象也不奇怪，比如有个类星体叫3C120，它自身膨胀速度已经超过光速了，但这仅仅是视觉现象，并不是说它真的超光速了。这种视觉现象原理也不复杂，那是因为光速有限，远处发生一件事，然后隔一段时间又发生一件事，再隔一段时间发生一件事，等光跑到我们这的时候这3个事之间发生的间隔因为某种原因就缩短了，我们就会觉得这跟镜头快放一样，三件事很快就发生了，导致看上去速度极快，但其实本质上它们速度没这么夸张，这跟宇宙膨胀啊啥的都没关系。 这时1966年有个科学家就写了一篇论文解释了这个问题，其实说白了也没啥复杂的，我们在银河系里也发现了这种视觉超光速的天体了。银河系里的东西都不算太远。1994年，银河系里的GRS1915+105又叫天鹰座V1487这个天体，首次发现存在这种视觉超光速喷流的现象，一般这种超光速的往往是喷流速度，而天体速度自己不太会超。这种东西就叫微类星体，就是两个致密的天体互相围绕旋转引起的吸积盘之类的东西，其实跟类星体差不多，只不过规模比不上，所以叫微类星体。那这致密天体到底是啥？那就有可能是两个黑洞了。当然了，宇宙膨胀也会引起视觉超光速现象的存在，这是不违反爱因斯坦相对论的，因为空间本身的膨胀它就不受光速的限制。假如有的天体退行速度看上去已经到光速了，那我们其实就再也看不到它了，它就在我们的可视宇宙范围之外。 GRS1915+105 那我们是不是永远没法看到它了呢？那也不一定。这是怎么回事呢，请看下回分解。
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