宇宙間居民的“民族”固然很多,但其中最主要的“民族”只有二種,那就是恒星和行星。
宇宙中無論恒星家族的數(shù)量如何龐大,單位體積何等巨大,其基本構(gòu)成的物質(zhì)都極簡單,簡單到只有二種:氫和氦。它們最大的區(qū)別只在于氫與氦的比例多寡,除此以外的其他元素全部加起來,也只占到恒星總量的1%~2%。而構(gòu)成行星的物質(zhì)種類就要多得多了:可以說除門氏化學(xué)元素周期表末尾那幾個(gè)人造元素之外,其他自然元素幾乎全部記錄在案,差別也只在于不同行星上的成分和比例數(shù)量不同而已。
當(dāng)然行星上也有比較單純的物質(zhì)富集現(xiàn)象:比如天王星就是以水為主的“水球”,月亮是以石灰?guī)r為主的“石球”,令人驚奇的是太空中竟然還會(huì)有單純以黃金和鉆石等物質(zhì)為主的單物質(zhì)行星,這種情況在宇宙中也屬于稀奇罕見的特例。
宏觀世界看宇宙
在宏觀世界中,太陽對于人們來說十分巨大,但若和宇宙中其他星球相比,也不過僅僅是個(gè)矮個(gè)子“武大郎”:比如在銀河邊上“挑扁擔(dān)”的那個(gè)牛郎星的直徑就是太陽的1.7倍;織女星的直徑是太陽的2.8倍;大角星的直徑是太陽的23倍;畢宿五的直徑是太陽的600倍;參宿四是太陽的900倍;而仙王座VV星的直徑竟然會(huì)達(dá)到太陽直徑的1600倍,足足有22億千米之巨!這一尺度完全可以把土星環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道囊括進(jìn)它的身軀之內(nèi),幾乎頂?shù)蒙习雮€(gè)太陽系大小。因此在現(xiàn)階段可觀測的宇宙中,也許只有它才稱得上是恒星之王呢!
在仙王座VV星這個(gè)巨無霸面前,我們的太陽只能俯首稱臣。但這只是事物的一個(gè)方面,另一方面在宏觀世界中,還有許多比太陽還要小得多的恒星,就是白矮星和中子星。白矮星只有太陽直徑的1%左右,已經(jīng)和地球差不多大小。而中子星的體積就更小了,一般中子星的體積僅有十幾到幾十千米,遠(yuǎn)不及我們太陽系中的那些行星的衛(wèi)星大,可它確確實(shí)實(shí)又是大名鼎鼎的名副其實(shí)的恒星,這是怎么回事呢?要了解它,還得從恒星演變的歷史說起。
一般說來,恒星是由低密度的星云物質(zhì)即宇宙塵埃凝聚而成。當(dāng)恒星中心溫度達(dá)到700萬攝氏度以上時(shí),便開始了氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)。這段時(shí)間產(chǎn)生的熱量和向外輻射的熱量大體相當(dāng),則成為正常的恒星而進(jìn)入主序星階段。主序星階段是恒星的青壯年時(shí)期,它要占恒星整個(gè)生命的絕大部分。隨著時(shí)間的推移,氦核周圍的氫越來越少,氦核越來越大,當(dāng)氦的質(zhì)量占恒星質(zhì)量的10%左右時(shí),氦核就要收縮,恒星的外層就會(huì)膨脹,于是年富力強(qiáng)的恒星慢慢衰弱逐漸變成了老年期的紅巨星。
恒星演化到后期,和人到老年身體失調(diào)一樣,星體內(nèi)部的變化越來越劇烈、越來越復(fù)雜,隨著恒星內(nèi)部的溫度急劇升高,恒星外部就要拋射物質(zhì),于是便產(chǎn)生了新星或超新星那樣的大爆發(fā)。爆發(fā)拋出的大量物質(zhì)形成了無規(guī)則的美麗而壯觀的星云,星云慢慢消散,重新化為宇宙塵埃,而原恒星則根據(jù)自身質(zhì)量和體積的大小以及爆發(fā)方式,決定在原恒星的中央殘留下一個(gè)什么樣的天體:或是白矮星,或是中子星,或者是黑洞。
神奇黑洞
至于黑洞則是宇宙間最離奇最不可思議的天體。在黑洞中心,引力和起潮力都無限增大,因此黑洞內(nèi)除了質(zhì)量、電荷和角動(dòng)量以外,物質(zhì)自身的屬性全部喪失殆盡,原子、分子也將不復(fù)存在。即便是質(zhì)量、電荷及角動(dòng)量等諸因素也均失去了原物質(zhì)的物理特性,而單純變成只屬于黑洞整體所具有的極其特殊的物理屬性了:由于黑洞的引力無限大,因此外部物質(zhì)一旦接近黑洞的引力范圍,就會(huì)被迅速吸去,包括光和電磁波、紅外線及紫外線等都屈服于黑洞強(qiáng)大的引力而無法跑出來,所以天文學(xué)家才把這種用很多方法都無法直接探測到的天體命名為黑洞。
通過引力波,我們可以比較直觀地看到黑洞:不但能夠看到黑洞如何產(chǎn)生,如何旋轉(zhuǎn),甚至連黑洞中心的奇點(diǎn)也有可能暴露在光天化日之下。不過引力波理論現(xiàn)在還尚未進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段,相信不久的將來一旦為實(shí)驗(yàn)科學(xué)所驗(yàn)證,我們也許就會(huì)萬分驚喜地看到黑洞內(nèi)部那隱藏得極深的廬山真面目了。
在宇宙中,更多的是與上述密集物質(zhì)完全相反的地方,即超真空狀態(tài)的廣闊的宇宙空間。那里物質(zhì)的密度低到每立方厘米只有一個(gè)氫原子或碳原子:比地球上的人造真空還要低幾個(gè)數(shù)量級,這幾乎已接近絕對真空即物理真空的極限。然而盡管如此,若把銀河系整個(gè)空間中的星際物質(zhì)全部加起來,也還要占到銀河系有形物質(zhì)總質(zhì)量的10%,僅此一點(diǎn)就可看到銀河系的龐大。
"不起眼"的微觀世界
宏觀世界的另一極是微觀世界。別看微觀世界極其微小,它們和宏觀世界的結(jié)構(gòu)卻很相似:宏觀世界是行星繞著恒星旋轉(zhuǎn),微觀世界則是電子繞著原子核轉(zhuǎn);在宏觀世界中有引力與反引力,在微觀世界則是粒子與反粒子。不過在宏觀世界中,引力能夠促使星系凝聚;反引力也叫斥力,斥力導(dǎo)致宇宙膨脹。微觀世界的粒子和反粒子則不屬于同一物理范疇:粒子與我們共存于同一世界,反粒子則完全屬于另一時(shí)空。它與我們的距離,比人類生死間的距離還要相差十萬八千里。至于反粒子也叫反物質(zhì),反物質(zhì)世界是個(gè)奇怪的世界,如果宇宙中開始就存在反粒子,那么它們就會(huì)自發(fā)地組成反原子、反分子、反星球和反星系。但現(xiàn)在除反粒子尚屬有據(jù)可查以外,其他成分皆在理論或假說階段——現(xiàn)在宇宙中到底有沒有反星系誰也說不準(zhǔn)。因?yàn)橛闪W雍头戳W铀椛涑鰜淼墓庾油耆嗤晕覀兗幢憧吹搅朔葱乔蚧蚍葱窍狄膊粫?huì)發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)了也不希望遭遇,因?yàn)閾?jù)說正反物質(zhì)一旦遭遇就會(huì)毀滅。因此我相信,大概不會(huì)有人因獵奇而甘冒自身毀滅的風(fēng)險(xiǎn)。