假如宇宙的膨胀真的停下来了,宇宙也不会保持静止。宇宙会开始收缩,其收缩运动是其膨胀阶段的时间映像。开始的时候,收缩是缓慢的,但几百亿年之后,收缩的速度就会加快。各星系现在是彼此相离而去,那时就会开始相互靠近,而且靠近的速度越来越快。宇宙的收缩阶段会酿成大灾难。
当宇宙缩至现有大小的1%时,收缩的效应会使温度高到水的沸点,地球(假若太阳在做垂死挣扎时地球有幸不死的话)将会变得无法居住了。那时,观察者也不能分辨一个一个的星系了,因为随着星系间的各空间靠到一起,星系也就开始彼此融合了。宇宙若进一步收缩,温度还会进一步提高,那时,天空本身也会变成火炉,在这白热化的空间之中,恒星也会开始沸腾,然后爆炸。
这时,各个事件的进程加快了步伐。所有的结构都会消散,它们的原子也分崩离析。在短短几千年的时间里,原子核本身也会在迅速增高的温度中被击成碎片。这时,事件的时间尺度将小得不可思议。宇宙先是在几分钟的时间里收缩一些,然后又在几秒钟,又在几微秒钟里收缩很多。累加的引力将宇宙的收缩变成了失控的向内爆炸。这,就是所谓的“大崩塌”。
这时的宇宙离死亡就只有几微秒了。大崩塌就象倒转的大爆炸。核粒子分裂成夸克,在短暂的时间里,所有的亚核粒子都被创造了出来,但是,整个宇宙一下子就在一瞬间缩得比一个原子还小,于是,时空本身也分解了。
假如宇宙是上帝设计的,它就一定有一个目的。假如这目的永远也达不到,上帝就会设计失败。假如目的达到了,宇宙就没有必要继续存在下去。至少就我们所知,宇宙将有一个终结。
太阳、地球和月亮
“太阳是大地的母亲”,正是有太阳光的照耀,才使地球上富有生气:疾风劲吹,江水奔流,花开果熟,生物生生不息。而也因为了月亮的的妖娆多姿,也让富有生机的地球从此不再寂寞。
太阳到底有多热
太阳正下面的地球表面,每分钟从太阳接受约每平方厘米2Cal的热量。这相当于在一分钟内把一公克的水之温度提高2℃所需的热量。因此,在天气晴朗时,脸盆里的水在约三小时以内即变成40℃(入浴的温度),若套上玻璃盖即会超过50℃。海岸的沙在盛夏时温度高达80℃,如果光脚就不能走。整个地球每分钟从太阳接受的热量,相当于把三点五亿吨的煤燃烧一分钟所生的热量。若换算全年的热量即高达6300亿×1兆卡,相当于假定以十六公尺厚的冰包覆地球时把这些冰全部溶化所需的热量。不过,这么庞大的热量,只占太阳所发出的热的二十亿分之一,其他的热大部分都放出于宇宙。
这个巨大的热块——太阳,到底具有多高温度?太阳距离地球一亿五千万公里,即使每秒可绕地球七周半的光,也需要八分十九秒才能到达。太阳的直径为地球直径的一百零九倍,这只是闪耀而叫做光球之部分的直径。
如此巨大的黑体如何放热,这自太古时起就一直是个谜。从一个完全错误的传说——陨石经常落在太阳,以致太阳变热——产生几十个假设,宁可说是很自然的结果。
若阳光碰到棱镜即分成七色,形成着色的光带,这就是光谱。每一种物质的光谱都不同,犹如每一个人的指纹都不同。因此,若检查光谱就知道元素的种类、质量或温度等。从这方面的研究知道,太阳中心部的温度约为摄氏一千五百万度,光球表面的温度约为摄氏六千度、黑点的温度约为摄氏四千度。因为黑点的温度比地球的温度低,所以看起来呈黑色。
更令人惊异的一点为,在光球的外面扩散几百公里的太阳的大气“日冕”的温度高达一百度。照理说,若距离热源——最热的太阳中心部——愈远则温度愈低,但奇怪得很,外部反而比接近于中心的光球热。关于此理由有许多学说,至今未确定。因为此部分仅在全日食时出现,故不易进行调查。若使用日冕仪即能随时观测外侧的日冕,但看不见光球周边的内部日冕。以十一年周期增加或减少的黑点之真面目,以及它所形成的理由,也至今未明。因此不知道,为何只有此部分的温度降低。
7月21日出现于北海道的日食,只有二十九秒钟。这一百年来利用日食的机会调查太阳的时间,据说全世界合起来只有一小时左右,这就难怪几乎不懂其真相了。
太阳堪称为太阳系的天然大原子炉,构成太阳的物质,其中约76%为氢,约24%为氦,其他元素则不到1%。由氢及氦构成的太阳,其中心的温度为何高达约一千五百万度?
太阳的比重为1.41。换言之,比水重约41%的干砂般物质从太阳中心堆积半径约七十万公里厚,一般认为此可怕的重量对它施加了约十亿气压程度的庞大压力。
如果施加了这么庞大的压力,则物质被压缩而发热。若温度达到一千万度,则太阳中心的氢原子以每秒五百公里的快速运动。
氢原子到处飞,彼此撞击而产生氦。在太阳的中心部,发生四个氢原子凝固而产生氦的核融合反应,其情形犹如氢弹。若一公克的氢完全变成氦,即会产生相当于燃烧了二十二吨煤的热。太阳可以说是一座巨大的原子炉。
据说太阳从至少三十亿年以前就继续像现在一样的辉亮,不过无法证实之。然而,它的确还处于青年期。它内部的核融反应今后必然愈盛,温度逐渐上升,光球膨胀,说不定不久之后把金星或水星加以吞并,并包覆地球。据天文学者推测,它最后会引起大爆炸,而结束其一生。
不过谁也不清楚,这到底是几十亿年后或几百亿年后的事。
认识“我们的母体太阳”的真面目及将来,这等于认识我们的地球的命运。最近开始在火箭或人造卫星、人工行星搭载观测机到太空,观测太阳的情形。我们或许可以渐渐地解明太阳的谜。
神奇的太阳光
中国有则很古老的神话,叫做“后羿射日”。传说在远古的尧帝当政的时候,天上一下子同时出现了10个太阳!江河枯竭,草木枯死,百姓奄奄—息。在这种危难的时刻,尧帝命神箭手后羿射下太阳,挽救万民。后羿弯弓搭箭,9个太阳纷纷坠地。不想,落在地上的竟是一只只乌鸦,他们的羽毛四散在空中,随风飞去。后来天上就只剩下一个太阳了。
这只是一个美丽的传说,无需考证真伪,但天空中出现多个“太阳”,却是有人亲眼所见。
1933年8月24日上午9时45分,在我国四川省峨眉山的上空,出现一种奇异的景象,在太阳的左面和右面,各有一个太阳,人们惊奇不已。
1934年1月22日和23日,上午11时至下午4时,古城西安的人们目睹了3个太阳并排在天空的奇景。
1965年5月7日下午4时25分和6月2日晨6时,在南京浦口盘诚集的上空,接连两次出现了这种景观。
1981年4月18日的清晨,海南岛东方板桥的人还碰到过5个太阳同时悬在天际的胜景。那天早晨,红艳艳的太阳已升上天空,人们习惯地抬头东望,咦,东边居然有3个太阳,相隔数米的西边还有2个太阳,太阳中间还有一条绚丽的彩环相连。这一奇景让当地人们奔走相告,议论纷纷。
看来,这种现象是时有发生的。古时候科学技术不发达,人们在天空看见未曾见过的东西,只当是“天意”。当时天灾人祸又很频繁,因此,人们更加迷信这是上帝震怒的先兆。
据史料记载,公元1156年,意大利的米兰上空,太阳周围出现三个彩环,一连数小时闪闪发光,蓝环消失时,出现了三个太阳,编年史作者认为这暗示着米兰在遭七年围攻后,末日快来临了。
历史上还记述了这样一件有趣的事实:1551年德国的马格德堡被西班牙国王卡尔拉五世的军队围攻,城中将士坚持不懈地守卫,让西班牙的围攻持续了一年多。最后,西班牙国王恼恨之下准备强攻城池。在这紧急关头,天空中出现了3个太阳,这一奇景使侵略者极端惊恐,认为苍天有意捍卫马格德堡城,于是国王慌忙下令撤军。
太阳出现的这些形状是怎么回事?太阳系中有几个不同形状的太阳吗?当然不是,太阳独一无二的地位是不容置疑的。
随着科学的进步,自然现象的谜也随之解开了。原来,这是大气变的戏法,是光学原理玩的游戏。这种现象在科学上称之为晕。
在离地面6~8千米的空气中,无论冬夏都是寒冷的,这里有大量的冰晶体,它们有着不同的形状,最常见的是六角形小柱或薄片,冰晶随着大气上下翻腾。当阳光照到这些小冰晶上,就会像照在玻璃三棱镜一般被折射,或者像射在镜面上被反射出去。由于阳光被折射后偏折出不同角度的光,就会在太阳周围绕成美丽的光环——晕。
其实,人人都见过简单的晕。在严寒的冬天,空气里充满冰晶或雪花的情况下,如果你观看街道上的路灯,很可能见到路灯周围的光晕。而彼得堡的学者洛维茨所看见的晕或许算得上最复杂的了。
请看他在1970年夏季的一次详细描述:“在太阳的周围有两个虹彩的光圈。一个大,一个小。在它们的上面和下面各有一个光亮的半弧,犹如宽大的牛角与光圈上下相连。一条与地平线平行的白色光带穿过太阳和虹彩光圈,环绕蓝天。在白色长带与小光圈交叉的地方有两个幻日光彩夺目。幻日在它朝向太阳的一侧呈红色,而背离太阳的一侧伸展着很长的发光的尾部。在白色长带上对着太阳的地方能看见三个同样的光斑。在太阳上面的小圆环上闪烁着第六个耀眼的斑点。所有这一切在天空上持续了5个小时。”
看来,多个太阳的出现是由于六角形冰晶的缘故,只有一个是真正的太阳,其余的是太阳的孪生幻影,冒牌的“假太阳”。
熟悉海市蜃楼吧,其实这种现象也并不是神秘,制造蜃楼的创作者正是神奇的太阳光。不光是多个太阳和海市蜃楼,太阳光的创造性还能显现出绿色的太阳来。
地球从哪里来
自然科学的发展,拨开了千年的迷雾,扩大了人类的视野。自19世纪后半叶,人们开始对地震时观测到的各种现象进行分析和研究,得出“地震是地壳运动引起的”结论。而围绕地壳运动的问题却出现了百家争鸣的局面。
第一种说法是,地球是一团热质冷却固结而成的,冷却的次序是先外后里。在这样的冷却过程中,地球体积逐渐缩小,以致首先形成一个壳子,且到处发生褶皱、断裂,因而引起地壳运动。这就像一个瘦子穿上胖子的衣服易发生褶皱那样,地壳是定型,而其内部却在不断收缩,由于外大内小,地壳不可避免地要打褶。
然而,这种论点在以下两个方面遇到了困难:一是按照这种说法发生的褶皱和断裂,应该是杂乱无章的,但事实并非如此,而是有一定的方向;二是地球内含有大量的放射性元素,由于这些元素不断蜕变会产生热量,其不仅可以抵消地球失去的热量,而且有可能大于失去的热量。由此可见,这种由于地球冷却收缩而引起地壳运动的论点有些行不通。
第二种说法与地球冷却的观点相反,有人认为地球在其历史发展的长河中,不是不断收缩,而是不断膨胀。重力迫使地球物质趋向集中,而被压缩到一定程度的物质便拼命抵抗这种集中的趋向,是集中与反集中剧烈斗争的结果,引发了地壳运动。按照这种理论,由于地球的不断膨胀,在地球的表面必然要出现无数裂口,且这些裂口应该是普遍的、杂乱的,但事实并非如此。
另外,有些人从万有引力定律出发,把太阳和月亮对地球的吸引力引起的固体潮,说成是引起地壳运动的原因。这种说法也不全面,因为固体潮的影响是很轻微的,不可能在地壳中引起强烈的运动。否则地球在自转一周的过程中,也就是说每天都要发生强烈的地壳运动,这显然与事实不符。
还有人提出地壳内部物质不断发生对流的设想,曾盛行一时。设想者认为,地球内部的物质,有的部分不断缓慢上升,另外一些部分相对缓慢下降,这样形成了对流。当对流上升到地表层下面的时候,分为两股平流朝着相反的方向流动。由于两股平流都具有相当大的能量且运动方向相反,就会发生大规模的水平运动,出现强烈的褶皱。这种观点,是从假定出发的,尚待用大量的事实加以验证。
在地壳运动问题上,还有一些人提出地壳均衡代偿的看法。他们认为,地壳上的某些地块发生了重力异常现象,重力场则要求这些地块保持原状,这一矛盾只好通过有关地块的相对升降运动来解决,从而导致地震。这种理论虽能解释地壳的垂直运动,但对地壳运动最主要的方式——水平运动,却显得无能为力。
当地球收缩说走入死胡同时,本世纪20年代初产生的大陆漂移说却红极一时。大陆漂移说认为:地层产生褶皱并不需要收缩。当大陆移动时,前缘如果受到阻力就可发生褶皱。就好像船在水上行驶时,在船头前面产生波浪那样。向西推进的南北美大陆,一方面在其东面形成了大西洋,另一方面在其西岸形成连绵不断的落基山脉和安第斯山脉。另外,随着贡瓦纳大陆的分裂而向北推动的印度大陆和亚洲大陆相撞而形成了喜马拉雅山。
本世纪30年代,大陆漂移说的赞成派与反对派经过激烈的争论之后,大陆漂移说宣告失败。其失败的原因一是缺少对大陆漂移的原动力的说明;二是认为地球不是坚硬的;三是根据正统派的高温起源说,地球在很久以前才是软的,如果产生大陆漂移的话,也应是在地球形成的初期。50年代末,古地磁研究证实,南北磁极的位置始终在移动。照理,这样的移动路线只有一条,奇怪的是,在北美和欧洲大陆上分别测定的北磁极迁移路线却有两条,它们不相重合,但形状相似,处处平行,要使它们合并成一条,除非把北美大陆向东移动3000公里。然而,这样就挤走了大西洋的位置,并使北美大陆和欧洲大陆连在一起,这正与大陆漂移说不谋而合。因此,被正统派打败的大陆漂移说又重新活跃起来。