罗伯特·富特博士是一位粒子和理论物理学家。他提出,许多失踪的彗星可能是由称之为“镜像物质”的奇异物质构成的,该物质又是一种新的不可见物质。有一小部分物理学家认为,这可能是一些难以捉摸的“暗物质”。一般认为,暗物质是构成大部分宇宙的框架,但还没有人证实这一观点正确与否。但是富特博士认为,理论物理学家所应该做的,是将这种观点理论化。富特博士在一本介绍这种证据的新书中概括出了他的理论和其他镜像物质推崇者对镜像物质的研究。
富特博士也有一些镜像物质存在的诱人证据。过去几年间,对这种理论的几乎每个天体物理和试验性的预测,实际上都是通过观察和实验进行观测的。如果“镜像物质”确实存在,那么,那里也就应该存在镜像恒星、镜像行星,甚至其他镜像生命。
这一理论得到了一小部分镜像物质推崇者的支持,其中包括一些世界著名的学者,例如诺贝尔物理学奖获得者谢尔顿·格拉肖。富特博士说,镜像物质的一些最令人激动的证据,就是我们的行星经常被小行星状大小的由镜像物质构成的天体所破坏,造成一些扑朔迷离的事件。如1908年发生在西伯利亚的大爆炸,类似的较小的事件不久前还在约旦和西班牙发生过。
天文学家发现,大多数彗星在它们第一次通过我们的太阳系之后便销声匿迹了。这种情况可能是它们不是分解就是离开。因为它们失去了形成自己发光头尾的易挥发气体和冰。实际上,它们成为了类似小行星的岩石块。
但是,美国科学家最近做了一些模型来确定失踪的彗星的命运。他们得出一个确切结论,被发现的休眠的彗星或小行星的数量是太低太低,远不能与预言的数字相符,大约低了100倍。那它们去了哪里呢?
富特博士说,有一个很好的例子说明这些失踪的彗星是用镜像物质构成的。他指出了一些迄今人莫名其妙的事件作为例子。例如,早在1908年西伯利亚的通古斯,当时的一次爆炸将大约2100平方千米的森林夷为平地,相当于1000枚原子弹爆炸的当量。科学家们认为是一颗小行星,但是显然他们没发现陨石坑,陨星碎片痕迹。2001年4月在约旦,在一次送葬的路上100个证人目击了低空的一个火球突然裂成两个,然后撞入了大约1千米外的一个山丘中。当地的天文学家既未发现一颗陨星,也没发现陨石坑,只不过留下了一块烧焦的土地和枯树。如果在约旦坠落的天体由普通物质构成,那它把这样大的一片区域照亮是不可思议的。
如果通古斯和约旦的事件是镜像天体物质产生的结果,那么大量的镜像物质极有可能隐藏在这些地点的表面下面,等待着人们去发现。至于失踪的彗星,它们能简单地成为嵌入普通物质的镜像彗星。它们一旦通过太阳,其中的普通易挥发部分进一步消失,仅剩下一个不可见的镜像物质核。这就能解释为什么那么多的彗星很快消失了。富特博士并未停留在观测彗星上。他和他的同事沃尔卡斯和伊格那提耶夫提出,镜像物质也可能是暗物质。
暗物质是不可见的。它不能放出光,但它能通过它的引力与诸如星和星系的相互作用被检测出来。暗物质必定是一些外来的粒子,但是物理学家还必须确切弄明白它究竟是什么。物理学家和天文学家关于暗物质的特性提出了许多理论,例如给它们起名字如MACHOS,全称MASSIVE COMPACT HALE OBJECTS(大质量天体物理密实晕体),这个最让富特博士和同事着迷。
天文学家建议,在星系中的那个暗物质分布于比可见的恒星盘大10倍的一个球形的光环中。MACHOS是通过它们对远恒星光的引力作用被检测到的。
在澳大利亚堪培拉附近的斯特罗姆罗山天文台的澳大利亚和美国天文学家,已估计出MACHOS占了银河光环质量的20%。但是留下的问题是:MACHOS究竟是什么?目前尚不得知。富特博士和同事沃尔卡斯与伊格那提耶夫提出,MACHOS是镜像物质恒星。
天文学家估计,一般来说,MACHOS的质量肯定约在太阳的一半。唯一压缩的天体接近于白矮星,是恒星接近死亡的产物。否则,白矮星应该有可检测到的大量重的元素留下。所有这一切还没有被发现。
沃尔卡斯说“镜像星是一个自然的候选者”。沃尔卡斯还在与富特博士和伊格那提耶夫合作发表的一篇论文提出,最近发现了无目的地在整个太空漂浮的类似木星的行星,实际上可能正在沿着幽冥的镜像星附近的轨道运行。
如果镜像物质存在且太阳系由大多数正常物质构成,那么我们应该期望相反的结果:星系和太阳系主要由镜像物质组成。沃尔卡斯希望天文学家能够更近地观测这种孤立的行星——如果这种孤立的行星不是“四处流浪”,而是沿一个轨道模式运行。
富特承认,可以想象所有的这些天体的异例都有更常规的解释,那么镜像物质就不存在。可他坚信,如果镜像物质确实存在,它将在5年以内被发现。它存在的证明就会是“了解宇宙奥秘方面的一个巨大进步”。
什么是宇宙反物质
导言:以哲学的判断,世界万物是相辅相成的,有正必有反,有正必有负,有生必有灭,有亮必有暗……有物质必有反物质。可是科学家在力所能及的范围内就是找不到反物质。而如果找到反物质,将使人类生活大为改观,当然这还在憧憬之中。我们知道物质是由分子组成的,分子又是由原子组成的,而原子又是由原子核和电子组成,原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论,宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子,它带有数值相等而符号相反的电荷;宇宙中有多少由质子、中子和电子结成的物质,就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质,宇宙中的正反物质应该是严格对称的。
星际间物质通过几十年来的观测,天体物理学家已经确认:我们的星系和星系团以至包括我们的超星系团在内的大约离地球1亿光年的空间范围内是由物质组成的,而没有反物质。但量子力学认为,各种基本量(如电荷和动量)是守恒的,宇宙创生时产生了物质,必然产生了相等的反物质。例如物质世界中由于反物质所产生的光应该与物质是一样的,所以从光谱上无法确定反物质的存在,分辨物质和反物质的唯一办法是对所研究的星系物质进行物理检验,宇宙射线就是由超新星遗留物、恒星或别的天体碎屑放出的原子类物质,由反物质形成的宇宙线必定来自1亿光年之外的星系,它只占宇宙线的百万分之一。到目前为止,用各种方法所接收到的宇宙线中仅发现少量的反质子而没有发现反物质的存在。
目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多,但反物质的一种形式——正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X射线层析照相术(PET),医生利用PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像,而且能够观察他们体内的化学过程,其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗“燃料”的速度。
反物质的一个潜在的且十分诱人的用途是利用来制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量,那么这种燃料的0.01克所产生的推力就相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。
物质和反物质这一物理体系给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题,同时也给人类带来新的憧憬。
宇宙尘埃是怎样形成的
导言:宇宙中除了大量人类可见的天体外,也有大量人类不可见、不易见的尘埃。这些尘埃每年降落到地球表面的就达23430吨,对我们的生活产生着不容忽视的影响。这些尘埃的成分是什么,又是怎样形成的呢?科学家们给了我们以下的解释。宇宙尘埃指的是飘浮于宇宙间的岩石颗粒与金属颗粒。在广袤而空旷的宇宙之间,除去各种各样的恒星、大行星、彗星、小行星等等天体之外,并不是一片完全的真空。事实上,宇宙中存在着大量的宇宙尘埃,这些尘埃看似不起眼,却能对我们的生活产生不容忽视的影响。
从物质上进行分析,宇宙尘埃其实和组成地球的成分没有什么区别。但出于种种原因,这些尘埃并未能够聚合成一颗星体,而是呈微粒状游离于宇宙空间之中。在适当的引力作用下,这些尘埃很有可能较为密集地聚集在一起,呈云雾状,在天文望远镜的镜头中,往往显得绚烂多彩,因此人们将之形象地称为“星云”。这些宇宙尘埃在落到地球上之前,是星际尘埃的一部分。由于它们反射太阳光线,形成了黄道光的模糊光带。在几百万年的时间内,尘埃颗粒不断向太阳旋转前进,并不断从小行星带得到补充。据有关专家测定,粒径大于60微米的宇宙尘埃,年降落量约为23430吨。宇宙尘埃的结构和地球一样具有核-幔-壳三重结构,而且每个球粒的核心半径大于幔厚与壳厚,它们之间的平均厚度百分比为53.3∶46和4∶0.8。其比值与地球的核-幔-壳厚度之间百分比相近。
宇宙尘埃,大致有三种类型:一种外表颜色呈黑色或褐黑色,外表光亮耀眼,极像一颗颗发亮的小钢球;第二种是暗褐色或稍带灰白色的球状、椭球状、圆角状的小颗粒,主要成分为氧、硅、镁、钙、铝等;第三种是一些无色或淡绿色的玻璃球,主要成分为二氧化硅,还含有少量的二价氧化物。
当宇宙存在仅有七亿年的时候,很多星系便充满了大量宇宙尘埃,究竟这些尘埃是怎么产生的呢?近期,天文学家通过美国宇航局斯皮策太空望远镜的观测结果宣称,宇宙尘埃可能来自Ⅱ型超新星,当这些宇宙大型星体发生剧烈爆炸时会释放出许多宇宙尘埃,宇宙尘埃就孕育其中。
宇宙尘埃是星系、恒星、行星和宇宙生命体的重要组成部分,对于宇宙尘埃形成一直是天文学界的难解之谜,直至近年科学家才发现宇宙尘埃形成的两种方式:具有数十亿年生命史的类太阳星体释放出的流溢物;太空中微粒缓慢浓缩过程释放的物质。然而,这两种观点却无法解释宇宙存在仅数亿年时宇宙尘埃是如何形成的。天文学家认为,宇宙早期尘埃可能来自超新星爆炸,可却没有证据来支持这一说法。
目前,天文学家们使用斯皮策太空望远镜、哈勃空间望远镜和位于夏威夷岛的地面双子北座望远镜进行了新一轮的观测分析,美国空间望远镜科学协会本·苏根曼博士和同事们发现:在SN 2003gd超新星(一种大型Ⅱ型超新星)的残骸中存在大量的热尘埃,该超新星残骸位于距地球3000万光年的M74漩涡星云。
据悉,像SN 2003gd这样的星体生命很短暂,只生存数千万年。苏根曼博士的这项研究显示超新星可释放大量的宇宙尘埃,他认为早期宇宙中的尘埃很可能就来自Ⅱ型超新星爆炸。
苏根曼博士说,“这项研究很有吸引力,当科学界对宇宙尘埃来源的解释模棱两可时,它最终解释了超新星爆炸孕育了宇宙尘埃。”
由于超新星很快会变灰暗,科学家需要精确灵敏度高的望远镜观测当超新星最初爆炸数个月之内的状况,科学家猜测许多超新星都会制造大量宇宙尘埃,但是过去由于技术的局限使科学家们无法揭示宇宙尘埃的来源之谜。苏根曼博士说,“人们早在40年前就猜测超新星可能制造宇宙尘埃,但相关的证实技术只是近年内才得以实现。我们使用斯皮策太空望远镜能够精确地看到热尘埃是如何形成的。”
英国伦敦大学迈克尔·巴洛博士称,宇宙尘埃是构建彗星、行星和生命的基本要素,这项最新研究显示超新星可能是宇宙尘埃的主要来源,但目前天文学家对宇宙尘埃形成的研究认识仍处于初级阶段。
彗星影响人类
导言:没有哪个天体比彗星更引起人类的惊奇了。它的出现常被人类与灾难联系到一起。相比之下,科学家对彗星的研究比较详尽,可是有一些现象至今也没有得到合理的解释。自古以来,偶尔现身的彗星就被抹上了神秘恐怖的色彩。我国民间叫它“扫帚星”,认为它会给地球带来灾难、饥饿、战争。当著名的哈雷彗星在1066年出现时,正是法国诺曼底公爵威廉率兵准备入侵英国的时候,后来法军一举获胜,建立了诺曼底王朝,威廉公爵夫人为了纪念这次胜利,将当时的情景编织在一幅挂毯上,图中一方是一群诺曼底人指着彗星露出胜利微笑,另一方则是英国的哈学德国王坐在王位上望着头上的彗星,惊恐万状。
但是,埃德蒙·哈雷对这一传说却从不相信。他曾担任过格林尼治天文台台长。1682年,他26岁的时候,亲眼见到了那颗以他名字命名的彗星。他利用牛顿的彗星轨道计算方法,分析了1337—1698年以来有观测记录的二十四颗彗星轨道,发现其中1531年、1607年和1682年的三颗彗星在出现方法、运行轨道和时间间隔上有着惊人的相似之处,遂于1705年断定这几颗彗星是同一颗彗星的反复出现,并预言,这一彗星将在1758年再度出现在空中,并且每隔76年将出现一次。后来,哈雷的预言得以证实,该彗星在1758年的圣诞之夜果然再次回归,遗憾的是哈雷已于16年前与世长辞,没能见到以他名字命名的星体。为纪念哈雷的功绩,从此,这颗彗星就被正式命名为“哈雷彗星”。这也是人类第一次为彗星命名。