书城科普世界未解之谜之宇宙地球之谜
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第5章 神奇的宇宙(5)

黑洞是一个无底洞,不管什么物质一旦掉进去都别想再出来,只进不出。白洞恰恰相反,它允许内部的超高密物质离开它的边界,进入广阔的太空,却不允许任何物质进入它的边界之内,是只出不进。白洞像个无究无尽的源泉,不断向外界喷射物质,即向外界发出辐射,抛出最终能够构成气体和恒星的物质。

白洞的提出是高能天体物理研究的产物,例如,60年代人们发现的类星体体积特别小,但亮度却特别高,人们猜测其中可能就存在白洞。

白洞源原不断往外喷发的物质究竟是从哪里来的呢?有人认为,它来自黑洞。甚至有人提出一种假设,即白洞与黑洞是相通的,二者之间有一条通道,正是这条通道把黑洞吸积的物质运到白洞喷发出去。进入黑洞的物质没有完全被黑洞消化,而是以“热辐射”的方式稳定地向外发射粒子,即“自发蒸发”。英国的天体物理学家霍金认为,黑洞具有一定的温度,其数值与黑洞的质量成反比。自发蒸发使黑洞质量减少,温度升高,又反过来促使自发蒸发加剧。由于这样地正反促进,使黑洞的蒸发越来越强烈,最后便以反收缩方式猛烈爆发,形成了不断向外喷射物质的白洞。黑洞把宇宙中的物质吞食,白洞又把物质还给宇宙,这是一个多么和谐、平衡的宇宙啊!

前苏联科学家诺维柯夫把白洞的形成同宇宙爆炸的理论联系起来,提出了“核延迟”理论。他认为,宇宙在大爆炸的最初时刻,由于爆发不均匀,有些超高密度物质并没有立刻膨胀,而是过了一段时间才发生爆炸,成为新的局部膨胀的核心,这就是白洞,有的核心延迟了上百亿年才发生爆炸。

对于白洞的存在与否,与黑洞一样,只是一种假想,必须在找到了确切的证据之后,才可以给它下一个正确的定论。

宇宙反物质要想弄明白宇宙中有没有反物质,首先要弄明白什么是反物质。

反物质是和物质相对立的一个概念。众所周知,原子是构成化学元素的最小粒子,它由原子核和电子组成。原子的中心是原子核,原子核由质子和中子组成,电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷,电子带负电荷。从它们的质量看,质子是电子的1840倍,形成了强烈的不对称性。因此,20世纪初有一些科学家就提出疑问,二者相差这么悬殊,会不会存在另外一种粒子,它们的电量相等而极性相反,比如,一个同质子质量相等的粒子,可带的是负电荷,另一个同电子质量相等的粒子,可带的正电荷。

1928年,英国青年物理学家狄拉克从理论上提出了带正电荷“电子”的可能性。这种粒子,除电荷同电子相反外,其他都一样。

1932年,美国物理学家安德逊经过实验,把狄拉克的预言变成了现实。他把一束Y射线变成了一对粒子,其中一个是电子,而另一个同电子质量相同的粒子,带的就是正电荷。1955年,美国物理学家西格雷等人在高能质子同步加速器中,用人工方法获得了反质子,它的质量同质子相等,却带负电荷。1978年8月,欧洲一些物理学家又成功地分离并储存了300个反质子。1979年,美国新墨西哥州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氦气球,放到离地面35千米的高空,飞行了8个小时,捕获了28个质子。从此,人们知道了每种粒子都有相应的反粒子。

人们根据反粒子,自然联想到反原子的存在。一个质子和一个带负电荷的电子结构,便形成了原子。那么,一个反质子和一个带正电荷的“电子”结合,不就形成了一个反原子了吗?类推下去,岂不会形成一个反物质世界吗?于是有人认为,宇宙是由等量的物质和反物质构成的。

从理论上看,宇宙中应该存在一个反物质世界。可事实并不这么简单。经研究发现,粒子和反粒子一旦相遇,他们就会“同归于尽”,从而转化成高能量的光子辐射。可这种光子辐射人们至今还没有发现。在我们地球上很难找到反物质,因为它一旦遇到无处不在的普通物质就会湮灭。

那么,宇宙中存在着反物质吗?存在着一个反物质世界吗?

按照对称宇宙学的观点,它们是存在的。这一学派认为,我们所看到的全部河外星系(包括银河系在内),原本不过是个庞大而又稀薄的气体云,由等离子体构成。等离子体既包含粒子,又包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时,粒子和反粒子接触的机会就多了起来,便产生了湮灭效应,同时释放出巨大能量,收缩的气体云开始膨胀。这就是说,等离子体云的膨胀,是由正、反粒子的湮灭引起的。

按照这种说法推论,在宇宙中的某个地方,一定存在着反物质世界。如果反物质世界真的存在的话,那么,它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢?为什么宇宙中的反物质会这么少呢?这些都是待解之谜。

宇宙智慧生物早在1953年,芝加哥大学化学系一位青年学生斯坦利·米勒曾产生过一个当时被人认为是荒诞的想法:世界基本物质中的矿物元素能否必然产生生命?要是米勒不去大胆地进行实验,这个一时受嘲弄的所谓“不可思议”的设想恐怕只能永远成为争论的话题。他的老师尤赖耻笑地叫米勒试试,并跟他打了1000美元的赌,担保他“不会成功”。

斯坦利·米勒的设想和实验似乎过于简单,因此,尤赖教授的怀疑态度是可以理解的。米勒设想,把构成我们地球的最原始的矿物质放在一个庞大的试管里进行实验。这些矿物元素有甲烷、氨、氢和水气。米勒排除了种种干扰,勇敢地开始了探索。他在试管里把这些无机物质混和在一起,然后向试管通电,放出电火花。

大家知道,40亿年前,构成地球的所谓“原汤”上空,经常发生强大的雷雨。经过一个星期的操作,米勒停止了实验。当他仔细观察试管时,发现底部有一种淡红色的奇异物质。米勒又惊又喜,立即对这物质进行了化验分析,结果证明,那是氨基酸。大家都晓得,氨基酸是生命的要素。当然,米勒从无机物质中没有创造出生命来,甚至连最基本、最原始的生命形式也没有制造出来。但是他发现了一个化学程序,可能导致生命的出现。请不要忘记,米勒的实验只用了一个星期的时间,而地球却花了40亿年的功夫才有生命的出现……应当说,是前苏联生物化学家奥帕里涅于1924年提出的一个具有革命意义的假设,才导致了米勒的极其天才的实验。奥帕里涅对地球上出现生命的过程做过如下描绘:40亿年前,在太阳紫外线的作用下,地球表面出现了第一批氨基酸,这些生命的原始物质掉进了海洋,便形成了所谓的“原汤”。随着时间的推移,生命的原始物质不断地进行结合,其结构越来越复杂,最后就产生了生命。这位前苏联生物化学家认为他的这个描绘并非是想入非非的事。他自己曾观察到,在注入大量溶剂的浓胶状态溶液中,蛋白质很容易结合起来。米勒1953年的实验表明,科学家们的思想已有了一个飞跃。当时有许多科学家认为,生命是只产生于我们地球表面的、自发的、例外的现象。米勒的发现极大地震撼了这些科学家的心灵。米勒以实验证明,一定物质的化学结合,必然会导致生命的出现。这个理论使生命是自发和例外地出现的学说倾刻间瓦解了。

继米勒之后,诺贝尔化学奖获得者梅尔文和卡尔文把实验推进了一步,他们用回旋加速器发射的电子来代替紫外线。后来,另一名科学家福克斯又对“原汤”的各种条件进行了模拟实验。40亿年以前,火山爆发向地球表面喷吐着大量的火焰,熊熊燃烧着的岩浆直接流入了海洋。福克斯把模拟的“原汤”同岩浆接触,然后加热,使温度升到107℃,同时加进18个氨基酸分子。得到的结果表明,生命是必然出现的,因为福克斯的实验产生了类似多肽的物质。换句话说,他获得了由几百个分子组成的氨基酸链。从此就形成了一门新学科:生源说。自1953年以来,实验室的实验越来越复杂了,科学工作者人工制造出了越来越高级的氨基酸和分子。

到了1970年,人们竟研制成了去氧核糖核酸分子。

在取得这些地面新发现的同时,天体物理学家们也在宇宙空间找到了各种各样的分子。随着这些新的发现,也出现了一门新的学科:天体化学。这是一门完全崭新的学科,它产生于20世纪70年代。的确,天体物理学家们1972年在宇宙间发现了24种分子,而在1977年又找到了45种分子。

1977年5月23日,星期一。天文学家雅克·勒凯向法兰西学院介绍了在宇宙里发现的最新的分子,即由6个原子组成的分子:

C?H?CN。

这个宇宙化学的新证据是默东天文台于1977年5月22日分析得出的,它表明宇宙中会产生越来越复杂的化学反应和化学结合。

不过,有人曾经认为,除原子和粒子外,宇宙不会孕育出别的东西来。可是事实恰恰相反,科学家们发现了越来越多的化学成分十分复杂的物体。有人甚至认为已经发现了由83个原子组成的卟啉分子,但至今没有得到证实。业已发现的相当高级的分子在宇宙里的生命发展中起着重大的作用。它们像蘑菇的孢子一样,驾着宇宙里的风或坐着冰冷的彗星迁居到各个星球上去。一些科学家认为这是十分可靠的假设。结论是:像地球上一样,化学在宇宙里似乎必然会导致一个越来越复杂的结构,这个结构又必然会导致生命的出现。

20世纪的地球居民,并不是宇宙中惟一的智慧生物——这个说法能令人信服吗?

天文学家们估计,在望远镜所及的范围内,大约有1020颗恒星,假设1000颗恒星当中有1颗恒星有行星,而1000颗行星当中有1颗行星具备生命所必需的条件,这样计算的结果,还剩下1014颗。假设在这些星球中,有1‰颗星球具有生命存在需要的大气层,那么还有1011颗星球具备着生命存在的前提条件,这个数字仍是大得惊人。即使我们又假定其中只有1‰已经产生生命,那么也有1亿颗行星存在着生命。如果我们进一步假设,在100颗这样的行星中只有1颗真正能够容许生命存在,仍将有100万颗有生命的行星……毫无疑问,和地球类似的行星是存在的,有类似的混合大气,有类似的引力,有类似的植物,甚至可能有类似的动物。然而,其他的行星非要有类似地球的条件才能维持生命吗?

实际上,生命只能在类似地球的行星上存在和发展的假设是站不住脚的。以往人们认为被放射物污染的水中是不会有任何微生物的,但是实际上有几种细菌可以在核反应堆周围的足以让多种微生物致死的水中存活。

有两位科学家把一种蠓在100℃的高温下烤了几个小时后,马上放进液氦中(液氦的温度低得和太空中一样)。经过强辐照后,他们把这些试验品再放回到正常的生活环境中。这些昆虫又恢复了活力,并且繁殖出了完全“健康”的后代。

这无非是举出了极端的例子。也许我们的后代将会在宇宙中发现连做梦也没有想到过的各种生命,发现我们在宇宙中不是惟一的、也不是历史最悠久的智慧生物。

地球外的茫茫宇宙中,究竟有没有生命?究竟有没有类似地球人甚至更文明的高级外星人?随着空间科学技术的不断发展,这个富有神话色彩的猜测,越来越激励着人们去探索。对这个亘古未解之谜,目前众说纷纭,莫衷一是。最近,日本著名的宇航学教授佐贯亦男与地外生命学专家大岛太郎,发表了有关地外生命的对话,论点新颖,妙趣横生。

科学家能够提出地球外有生命,甚至推测存在着比我们更聪明的外星人,是很了不起的。因为有些人会用地球上生命形成与存在的传统理论来衡量外星球,忘却了他们之间在地理条件和自然环境上的不同。

科学家希柯勒教授在实验室里创造了一种与地球环境截然不同的木星环境,在这样的环境条件下成功地培养了细菌与螨类,从而证明生命并不是地球的“专利品”。我们地球上的所有生物也不是按照同一个模式生活的。氧是生物进行新陈代谢的重要条件,但是有一种厌氧细菌,就不需要氧,有了一定的氧反而会中毒死亡。高温可以消毒,会使生命死亡,但海底有一种栖息在140℃条件下的细菌,温度不高反而会死亡。据估计,地球上不遵守生命理论而存在的生物有好几千种,只是我们没有全部发现而已。

有些人妄断地球的环境是完美无缺的,什么只有一个大气压,温度、湿度正常……其实,这些标准是地球人自定的。事实上,地球上的各种生命不一定都生活在“自由王国”之中,它们必须受到各种限制。我们不应该以地球上生命存在的条件去硬套外星球,各个星球有自己的具体条件。如果表面温度为15℃至零下150℃的火星上存在着火星人,他们也许会认为在地球这种温度条件下根本无法存在地球人。

于是,在生命理论的研究领域中,行星生物学应运而生了。它主要研究地外各种行星的自然条件,是否存在适宜于这些环境条件的生物,地球生物是否可以移居到地外行星上去,以及发现行星生物的新方法。因为生物往往具有一种隐蔽的本能,即使存在也不一定能轻易被发现。例如地球空间中存在着许多微生物,但又有谁能用眼睛去发现它们呢?目前,对火星、金星、木星等的探查工作刚刚开始,断言这些星球上不存在任何生命,似乎为时过早。