創(chuàng)世大爆炸或是反物質(zhì)和物質(zhì)之間的快速轉(zhuǎn)換假設(shè)某一時刻宇宙停止了膨脹，開始收縮，最終變成一個超級黑洞，黑洞的超級質(zhì)量產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力場。透過所謂的Schwinger機(jī)制，引力場將周圍量子 真空中的“虛粒子/虛反粒子對”轉(zhuǎn)換成“實(shí)粒子/實(shí)反粒子對”。如果黑洞是由物質(zhì)/反物質(zhì)構(gòu)成，那么在不到一秒鐘時間內(nèi)，無數(shù)反粒子/粒子會被噴射到太空 中，整個過程類似創(chuàng)世大爆炸(Big Bang)。
CERN的一位物理學(xué)家Dragan Slavkov Hajdukovic在《天體物理學(xué)與空間科學(xué)》期刊上發(fā)表
論文，
描述了循環(huán)宇宙的物質(zhì)和反物質(zhì)轉(zhuǎn)換機(jī)制(
中文)。在他的理論中，當(dāng)物質(zhì)所主宰的宇宙收縮時，一個由反物質(zhì)所主宰的宇宙將會浮現(xiàn)，而這種循環(huán)將無限延續(xù)下去。
via:solidot.org
2010十大天體物理學(xué)發(fā)現(xiàn)：時間將50億年后停止
新浪環(huán)球地理訊 北京時間12月8日消息，美國國家地理網(wǎng)站評選出2010年度十大天體物理學(xué)發(fā)現(xiàn)，宇宙外潛伏未知“結(jié)構(gòu)”新證據(jù)、銀河系中心發(fā)現(xiàn)神秘氣泡狀結(jié)構(gòu)以及“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙等重大發(fā)現(xiàn)榜上有名。
1.每個黑洞內(nèi)都含有一個宇宙
每個黑洞內(nèi)都含有一個宇宙
天文學(xué)家在2010年4月宣布，我們的宇宙就像是俄羅斯套娃的一部分，可能棲身于一個黑洞內(nèi)，而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。反過來，迄今在宇宙中發(fā)現(xiàn)的所有黑洞可能都是通向其他世界的通道。
美國印第安納大學(xué)的物理學(xué)家尼克丹姆·鮑勃拉姆斯基(Nikodem Poplawski)近日提出了一個有關(guān)落入黑洞的物質(zhì)所作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的嶄新數(shù)學(xué)模型。根據(jù)他的方程，黑洞可能是不同宇宙間的時空通道，或者說，一種蟲洞。被黑洞吞噬的物質(zhì)并未如之前理論預(yù)言的那樣塌縮成一個奇點(diǎn)，而是從黑洞的另一端以“白洞”的形式噴發(fā)出來。
根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，當(dāng)一個區(qū)域的物質(zhì)密度達(dá)到極大時會產(chǎn)生奇點(diǎn)，通常這一現(xiàn)象會出現(xiàn)在黑洞的中心。這種奇點(diǎn)密度無限大，溫度無限高，因而顯得怪異。而如果鮑勃拉姆斯基的理論正確，那么這種奇異的現(xiàn)象或許根本就不存在。
2.時間將在50億年后停止
時間將在50億年后停止
物理學(xué)家在2010年10月表示，永久膨脹理論稱我們的宇宙只是眾多宇宙中的一個，該理論還預(yù)測時間將在50億年后停止。
一般認(rèn)為，我們生活的宇宙已經(jīng)存在了超過140億年，并且將繼續(xù)存在數(shù)十億年。但根據(jù)一份最新發(fā)表的論文，時間本身可能將于50億年后終止。巧合的是，這一時間恰逢太陽耗盡燃料熄滅的那一刻。
這一研究依據(jù)的是一種“永恒膨脹”的理論。該理論認(rèn)為我們生活的宇宙其實(shí)是一系列宇宙中的一個。這一巨大的結(jié)構(gòu)是由無窮多個宇宙組成的，其中每一個宇宙都可以產(chǎn)生無窮多個“子宇宙”。
這一理論的主要問題在于：在多重宇宙理論框架下，任何發(fā)生的事件都將發(fā)生無窮多次。這樣就會使概率論的計(jì)算——如估算地球大小行星普遍存在的可能性，變得幾乎不可能。
3.宇宙外潛伏未知“結(jié)構(gòu)”新證據(jù)
宇宙外潛伏未知“結(jié)構(gòu)”新證據(jù)
據(jù)科學(xué)家2010年3月公布的一項(xiàng)研究結(jié)果，“暗流”并非偶然，這強(qiáng)化了宇宙外潛伏著前所未知、前所未見“結(jié)構(gòu)”的例證。
2008年，科學(xué)家報(bào)告發(fā)現(xiàn)大量星系群正沿相同方向以360萬公里的時速運(yùn)行。這一詭異的現(xiàn)象無法以現(xiàn)有的宇宙質(zhì)量分布模型解釋。于是科研人員被迫作出了一個引起爭議的猜測：這些星系群是受到了來自我們已知宇宙范圍之外的引力作用。
而這一小組此次的發(fā)現(xiàn)證實(shí)這種宇宙“暗流”的延伸范圍甚至超越了之前的想象，距離地球至少25億光年。這項(xiàng)研究支持這樣一個假設(shè)，即存在來自宇宙之外的引力，從而支持多重宇宙理論。
4.愛因斯坦“重力論”適用于宇宙層面
愛因斯坦“重力論”適用于宇宙層面
據(jù)科學(xué)家2010年3月公布的一項(xiàng)研究結(jié)果，愛因斯坦近一百年前提出的重力論不僅適用于對太陽周圍行星運(yùn)動的解釋，同樣適用于解釋星系間的相互運(yùn)動。
一項(xiàng)新的研究顯示，神秘的暗物質(zhì)和更加撲朔迷離的暗能量，并非物理學(xué)家們的妄想癥產(chǎn)物。數(shù)百年來，牛頓的萬有引力理論能很好的解釋地球上的各種重力現(xiàn)象，但當(dāng)將其運(yùn)用到天體運(yùn)行研究時，科學(xué)家們注意到了其中不一致的地方。
1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論。他指出引力的本質(zhì)是物質(zhì)的存在造成了時空的扭曲。這一理論很快被應(yīng)用于天文學(xué)，并成功解決了一些神秘的問題，如水星軌道的輕微偏差。
當(dāng)將愛因斯坦的相對論應(yīng)用于遙遠(yuǎn)的星系，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它們的引力作用要大于它們本身的質(zhì)量，由此科學(xué)家們推測有一種探測不到的神秘“暗物質(zhì)”存在。但時至今日，在星系研究層面對廣義相對論的驗(yàn)證一直沒有進(jìn)行。
在這項(xiàng)新的研究中，來自普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家們分析了超過70000個明亮的橢圓星系的分布和運(yùn)動情況，發(fā)現(xiàn)它們精確地遵循廣義相對論。
5.“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙
“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙
根據(jù)大型強(qiáng)子對撞機(jī)項(xiàng)目科學(xué)家在2010年12月公布的最新數(shù)據(jù)，在大爆炸發(fā)生后瞬間，宇宙就像非常稠密、超熱液體一樣活動。
最近，科學(xué)家們利用位于瑞士日內(nèi)瓦附近的大型強(qiáng)子對撞擊成功重現(xiàn)了大爆炸發(fā)生后瞬間的情形。實(shí)驗(yàn)人員將兩束鉛離子以接近光速的速度相撞。相撞產(chǎn)生了一種名為“夸克-膠子等離子體”的原始態(tài)物質(zhì)?？茖W(xué)家們認(rèn)為這種物質(zhì)態(tài)僅僅短暫存在于早期宇宙。
顧名思義，這種“原始湯”由亞原子粒子夸克和膠子組成?？淇耸菐д姾傻馁|(zhì)子和電荷中性的中子的主要組成成分。這兩種粒子共同組成了原子核。而膠子則使用“強(qiáng)作用力”將夸克“膠合”在一起。
常規(guī)情形下，這兩種亞原子粒子緊密結(jié)合。但是先前的實(shí)驗(yàn)證明，在極端高溫下，強(qiáng)作用力會變?nèi)酰虼诉@兩種粒子可能會分開。人們從而認(rèn)為，在宇宙早期的超高溫度環(huán)境下，夸克和膠子應(yīng)當(dāng)相互遠(yuǎn)離，因此其性質(zhì)應(yīng)當(dāng)很像氣體。但是大型強(qiáng)子對撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)否定了這一觀點(diǎn)：撞擊產(chǎn)生了大約10萬億攝氏度的極端高溫。雖然只持續(xù)了一瞬間，但是足以滿足科研人員的需求。他們發(fā)現(xiàn)在這一極端高溫下，強(qiáng)作用力比想象中的要強(qiáng)。夸克和膠子間的作用力仍較為顯著，因此可以說早期宇宙性質(zhì)更類似“液體”而非氣體。
6.新物質(zhì)或可解釋宇宙存在
新物質(zhì)或可解釋宇宙存在
大約在137億年前，大爆炸產(chǎn)生了大量物質(zhì)，這些物質(zhì)最終形成生命、宇宙及萬物?？茖W(xué)家在2010年8月表示，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)，或能幫助他們揭開宇宙存在之謎。
這一新材料的設(shè)計(jì)初衷旨在用于探測電子的一種新“屬性”。電子存在于原子之中，圍繞原子核運(yùn)行?？蒲腥藛T表示，如果這一“未知屬性”被證實(shí)，那么將有望幫助科學(xué)家們解答物質(zhì)和反物質(zhì)“不對稱”的謎題。
現(xiàn)有理論認(rèn)為，宇宙大爆炸將產(chǎn)生同樣數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)，也就是說任何事物都是“對稱”的。物質(zhì)和反物質(zhì)擁有相反的電性和磁場特性。當(dāng)兩者相遇便會發(fā)生“湮滅”，僅剩下“純粹”的能量。
假如果真如此，那么宇宙中就不應(yīng)該存在任何物質(zhì)。但是物質(zhì)的存在，甚至我們本身的存在就說明正常物質(zhì)的行為必定和反物質(zhì)有些許不同，而并非完全“對稱”。
此次的新理論預(yù)言電子存在一種名為“電偶極矩”（electric dipole moment）的屬性，這類似于一塊側(cè)鐵存在南北極一樣。電子表現(xiàn)出負(fù)電性，說明其電荷的分布不均。偶極矩就是電荷量和正負(fù)電荷中心之間的距離的乘積，在這一特定條件下可視為負(fù)電荷的空間分布不對稱。這種不對稱將打破物質(zhì)和反物質(zhì)之間的對稱性，這種不對稱使得物質(zhì)和反物質(zhì)粒子同時開始衰變，但是速率不同。從而允許物質(zhì)的存在。
為了尋找電子的“電偶極矩”，科學(xué)家們制成了一種名為“銪鈦酸鋇”（europium barium titanate）的新型陶瓷材料。這種材料具備獨(dú)特的磁場和電場性質(zhì)，從而幫助科研人員探究這一難題。
7.宇宙弦引發(fā)伽馬射線爆發(fā)
宇宙弦引發(fā)伽馬射線爆發(fā)
科學(xué)家在2010年8月公布的一項(xiàng)研究中宣稱，遙遠(yuǎn)宇宙中稍縱即逝但強(qiáng)度很大的“火球”可能是由看不見的宇宙弦——時空中的超密度瑕疵——拉拽產(chǎn)生的。
伽馬射線是最高能形式的光線。伽馬射線暴則是宇宙中最明亮的事件之一。它大約每天在宇宙的某處發(fā)生一次。以便距離極其遙遠(yuǎn)——有些遠(yuǎn)達(dá)130億光年，但仍然能被地球附近的觀測設(shè)備探測到。
伽馬射線暴持續(xù)可見的時間從數(shù)秒到數(shù)分鐘不等?？茖W(xué)家們認(rèn)為這些長時間的射線暴是由大質(zhì)量恒星核的塌縮并爆發(fā)造成的。但另外一些伽馬射線暴則持續(xù)很短時間，遠(yuǎn)短于一秒，科學(xué)家對此的成因不了解。
但在2008年和2009年間，美國宇航局的“雨燕”（Swift）伽馬射線衛(wèi)星探測到兩次持續(xù)很短的伽馬射線暴，但引人注意的是其能量相當(dāng)高，遠(yuǎn)高于同類。香港大學(xué)鄭廣生教授等人的研究認(rèn)為這很可能是由超導(dǎo)電性的宇宙弦震動造成的。
8.銀河系中心發(fā)現(xiàn)神秘氣泡狀結(jié)構(gòu)
銀河系中心發(fā)現(xiàn)神秘氣泡狀結(jié)構(gòu)
天文學(xué)家在2010年11月表示，兩個前所未見的釋放伽馬射線的大氣泡狀結(jié)構(gòu)正在銀河系中心不斷膨脹。
這是兩個之前不為人所知的巨大結(jié)構(gòu)，由美國宇航局費(fèi)米伽馬射線探測器發(fā)現(xiàn)。這兩個氣泡結(jié)構(gòu)沿銀河系平面上下方向延伸超過25000光年。
普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家大衛(wèi)·斯伯格（David Spergel）在一場新聞發(fā)布會上說：“我們”一直認(rèn)為自己對銀河系已經(jīng)非常了解，但是很顯然這一發(fā)現(xiàn)說明在銀河系的中心存在一種巨大的高能事件。
伽馬射線是具有最高能級的光線形式。在宇宙中它們通常源自高能事件或天體，如超新星爆發(fā)、黑洞或中子星。目前科學(xué)家們對于這一巨大的泡狀結(jié)構(gòu)成因和能量來源尚不了解。
9.愛因斯坦相對論影響地球生物衰老速度
愛因斯坦相對論影響地球生物衰老速度
根據(jù)科學(xué)家在2010年9月公布的一項(xiàng)研究，我們站在樓梯上時的年衰老速度，要比站在平地上稍快一些。愛因斯坦相對論的玄妙之處就是其對時間的作用，而最新發(fā)現(xiàn)與這種作用聯(lián)系起來，首次向世人展示了相對論如何影響實(shí)現(xiàn)世界的距離和時間構(gòu)架。
根據(jù)愛因斯坦的相對論，時間并非均勻流逝，而是會由于加速度的存在而變化。由于這一機(jī)制的作用，對于同一觀測者而言，一臺高速運(yùn)動中的鐘要比一臺靜止?fàn)顟B(tài)下的鐘走得慢。這一原理是著名的“雙生子佯謬”的基礎(chǔ)。這一佯謬的內(nèi)容是：如果一堆雙胞胎中的一個被送入高速飛行的飛船內(nèi)，當(dāng)然返回地面時會發(fā)現(xiàn)自己的兄弟比自己老了許多。
廣義相對論同時也指出：重力加速度也會輕微地減慢時間。這就意味著：如果你所在的地方重力更大（更接近地心），你所經(jīng)歷的時間更慢，你的衰老速度變慢了。
10.巴克球之謎揭開
巴克球之謎揭開
天文學(xué)家在2010年7月宣布，他們在一顆死亡恒星的殘骸中發(fā)現(xiàn)了巴克球(Buckyball)，這是科學(xué)家首次在太空中發(fā)現(xiàn)這種神秘物質(zhì)。巴克球是由60個碳原子組成的一種天然分子，形成穩(wěn)定、空心的球體。
盡管巴克球的直徑還不到一米的數(shù)十億分之一，但這仍然是迄今在太空發(fā)現(xiàn)的最大分子。巴克球是富勒烯的一種，最早在1970年，人們首次預(yù)言它的存在。1985年，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中模擬富碳的老年恒星環(huán)境時首次意外證實(shí)它的存在。這一球體分子之所以被稱為“巴克球”是為了紀(jì)念建筑師巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller），他設(shè)計(jì)的測地線拱頂和這個分子的樣子看上去很像。發(fā)現(xiàn)巴克球的化學(xué)家還因此獲得了諾貝爾獎。
之后，人們在隕星、地球巖石，以及蠟燭煤灰中都檢測出了巴克球。而納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得科學(xué)家有能力將這些巴克球制成高強(qiáng)度的碳納米管材料，用以制造自行車架以及網(wǎng)球球拍?，F(xiàn)在它又開始應(yīng)用于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。
但多年來天文學(xué)家在宇宙空間尋找巴克球的努力一直沒有結(jié)果。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的第一作者，加拿大西安大略大學(xué)的簡·卡米（Jan Cami）說：“我們堅(jiān)信巴克球存在于宇宙之中，因?yàn)樗俏覀冊诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)的最穩(wěn)定物質(zhì)之一。但直到現(xiàn)在我們才第一次真正找到它。”(孝文 晨風(fēng))
宇宙無限說引出的佯謬
人類將眼光延伸到銀河系以外的廣闊宇宙時，曾經(jīng)一度認(rèn)為宇宙是無限的。宇宙究竟是有限的還是無限的？如果是有限的，那么它的起源是什么？邊界又在哪里？如果宇宙是無限的，它那無限多的星星為什么沒有將我們地球的黑夜照亮？其實(shí)這兩個問題是統(tǒng)一的，都能在宇宙大爆炸學(xué)說中得到合理的解釋。假如我們現(xiàn)在還不知道宇宙大爆炸學(xué)說，我們同樣會發(fā)現(xiàn)宇宙無限的說法會遇到麻煩，因?yàn)槲覀兏鶕?jù)“無限的宇宙”居然推出了一些似是而非、不合實(shí)際的推論。在物理學(xué)中，對于這類貌似合理又不著邊際的推論有一個稱呼——佯謬。下面陳述的幾個佯謬，反過來似乎支持了宇宙是有限的說法。
(1)．光度佯謬
如果宇宙是無限的，恒星大致均勻分布其間，那么它們的發(fā)光總效果應(yīng)該使天空的光度無限大?？紤]到天體之間互有遮蔽，天空的光度就應(yīng)該是一個不變的常數(shù)，也就是說，白天、黑夜一樣明亮。德國人奧伯斯（1758—1840）對這個問題做了系統(tǒng)的討論，所以后人又稱之為“奧伯斯佯謬”。而現(xiàn)實(shí)中的晝夜分明，只能說明“無限宇宙”的說法是有問題的，晝夜分明這一世人皆知的事實(shí)在宇宙大爆炸的理論框架下才有了像樣的解釋。
(2)．引力佯謬
德國人西利格爾（1849—1924）指出，如果宇宙是無限的，那么它必然分布著無數(shù)的恒星，根據(jù)萬有引力定律，所有天體之間都具有這種無處不在的引力作用，那么對于任何一個天體，在任何方向上都會受到無限大的引力，其總的效果將使每個天體直到宇宙中的一切，都將被撕得粉碎。可是，現(xiàn)實(shí)中的宇宙天體并非如此結(jié)局，這就從反面證實(shí)了“無限宇宙”是謬誤的。
(3)．死寂佯謬
奧地利物理學(xué)家克勞修斯（1822—1888）認(rèn)為，宇宙的能量應(yīng)該是守恒的，宇宙的能量總是朝著一個越來越無序的熱力學(xué)方向轉(zhuǎn)移，這個過程不可逆轉(zhuǎn)。因此，宇宙越是發(fā)展，其變化能力就越小，整體就越接近無序狀態(tài)。一旦達(dá)到某種程度，一切變化將會停止，便出現(xiàn)了“永恒的死寂”。這個容易引起世人恐怖的“死寂說”，只有在現(xiàn)代宇宙理論中才能得以澄清。
上述的揚(yáng)謬說明，宇宙不應(yīng)該是無限的。
認(rèn)識宇宙深層
直到20世紀(jì)初，天文學(xué)家還一直認(rèn)為宇宙就限于我們的銀河系，即便是離我們最遠(yuǎn)的恒星也就在銀河系離我們有3萬光年左右的邊緣上，在這以外就全是黑暗的虛無空間了。
美國天文學(xué)家哈勃（Edwin.Powell.Hubble，1889~1953）首先打破了這種看法。1923年他在威爾遜山天文臺上用當(dāng)時最大的2.5m的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了仙女座星云中亮度做周期性變化的“變星”。當(dāng)時已建立了一種通過變星測量到遙遠(yuǎn)星系距離的方法，用這種方法計(jì)算出仙女座星云遠(yuǎn)在離我們10萬光年的銀河系之外，它和我們的銀河系一樣，也是由許多星聚集而成，因此叫做河外星系。此后他還計(jì)算了幾十個星系的距離，由此揭開了探索廣闊宇宙的新一頁。
圖4-12 電磁波譜
20世紀(jì)30年代以來，口徑3米以上的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在世界各地陸續(xù)建成，特別是60年代以后射電天文學(xué)和空間天文學(xué)的相繼誕生，使天文觀測手段不但具備了空前的探測能力，而且使獲取信息的窗口從可見光擴(kuò)展到包括射電、紅外、紫外、X射線、g射線在內(nèi)的整個電磁波段（圖4-11）。用大的望遠(yuǎn)鏡（包括光學(xué)和射電的）在我們的銀河系之外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約100億以上的星系，這些星系的形狀有球形的、橢球形的、渦旋狀的、也有不規(guī)則的，其中大的具有1013顆恒星，小的則只有106顆恒星。這些星系離我們都在百萬光年以上，近年來又發(fā)現(xiàn)有異常能量和“紅移”的“類星體”，它們離我們更遠(yuǎn)。例如，1989年發(fā)現(xiàn)的一個類星體（PC-1158＋4635）離我們的距離估計(jì)為130億光年左右。
1990年4月，美國航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)號”把質(zhì)量為11.6×103千克、設(shè)計(jì)壽命為15年的精密的哈勃望遠(yuǎn)鏡送入了約600km高空的近地軌道上（圖4-12）。在那里它有效地避開了大氣層的干擾，使觀測距離可達(dá)140億光年。它不斷地發(fā)回各種信息，幫助人們更深入地了解宇宙深處的情況。
圖4-13 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
現(xiàn)在人們清楚地認(rèn)識到，在浩瀚的太空里，星系又組成星系團(tuán)，我們的銀河系就屬于一個叫做“本星系群”的小星系團(tuán)，星系因還可能組成超星系團(tuán)。哈勃曾對天空各個方向的不同空間體積計(jì)算過遙遠(yuǎn)星系的數(shù)目，他發(fā)現(xiàn)體積越大，所包含的星系越多，并且星系的分布幾乎不隨方向改變。哈勃以及后來的觀測都說明，宇宙中星系的分布在大尺度上是均勻的。例如，當(dāng)把半徑為30億光年的一些遙遠(yuǎn)區(qū)域進(jìn)行比較時，發(fā)現(xiàn)它們的星系和類星體的數(shù)目在1％的誤差范圍內(nèi)是相等的?！坝钪娴馁|(zhì)量分布在大尺度上均勻”這一結(jié)論叫做“宇宙學(xué)原理”。
本世紀(jì)初開始相繼創(chuàng)立和發(fā)展起來的相對論、量子論、原子核物理學(xué)、粒子物理學(xué)、等離子體物理學(xué)等，又給天文學(xué)提供了銳利的理論武器，使人們對天體的研究從機(jī)械運(yùn)動進(jìn)展到了物理性質(zhì)、化學(xué)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等更深的層次，從而為勾勒出太陽系、銀河系以至整個宇宙的起源和演化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
