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沈建苗 编译
对大家来说 , 一个人不可能 比他母亲还要年老 ,
这是再清楚不过了 。 天 文学家也懂得这一点 。 然而正
是因为这样 , 他们近来却是十分不安 。 星簇中最古老
的恒星似乎可以追溯至 � ! 亿年之前 。 而我们的宇宙
存在时间好像还 只有 卯 亿到 �∀! 亿年之间 。 那么 ,
这上 面的论点中至少有一个是错误的 。
不过 , 这个 自相矛盾的论点毫无新意可 言 。 著名
的天 文学家埃德温 ·哈勃 住冶初# ∃ %山&∋( )—将近 ∗!年前就提出了惊人的发现 + 宇宙正在逐渐膨胀—最初认为宇宙的年龄大约有 ∀! 亿年 , 这比当时地质学
家对地球所作出的最为精确的估计寿命还要小 。
后来 , 那些证明宇宙其实更要古老的测量结果证
实了哈勃认为宇宙在不断膨胀的观点 。 不过 , 自那以
后也就产生 了对 于宇宙确切年龄的激烈的异议 。 差不
多在 , 年前 , 天文学家最新的估算是宇宙年龄大约在
�的 亿至 ∀−.) 亿年之间 。 不过 , 这个说法的相差时间
实在太悬殊了 , 以致许多疑问悬而未决 。 譬如 , 宇宙
是否会继续永远膨胀下去 , 还是最终会自我爆炸 / 关
于宇宙形成的 “大爆炸” 论的一些关键性假定是否成
立 /
当初设立刻有哈勃名字的太空望远镜的其中一个
正当的理由就是为了阐明那些仍未解决的疑点 。 如今
从哈勃望远镜 、 大地望远镜 、 射电望远镜和科学人造
卫星得到的源源不断的数据至少给大家带来了这种希
望 + 弄清答案只是指 日可待 , 尽管这些数字还只是推
测性的 。 而来源不 同的数据
明 , 意见正在趋于一
致 + 宇宙年龄大约在 �∀! 亿至 �,! 亿年之间 。
天文学家无法直接计算宇宙的年龄 。 不过 , 如果
今天所有的天体物理学家所得出的结论—宇宙起源于一次使得物质向四面八方飞逸的大爆炸—成立 的话 , 那么 随着岁月的变迁 , 宇宙应该以越来越慢的速
度膨胀 。 宇宙膨胀的速度越缓慢 , 那 么大爆炸发生 的
时间也就越遥远 。
说到算出膨胀率的工作 , 则要 回溯到埃德温 · 哈
勃的发现—那些遥远的星系正在远离我们这个银河系而向外游移 。 而且 , 哈勃还发现它们偏离越远 , 游
移速度也就越快 。 还有就是不论一个人站在何处观
测 , 星系的速度与它们的距离 的关系似乎 总是 不变
的 。 唯一可能的情况 , 就是如果所有的空间都 以相 同
的比率向外膨胀 , 就像气球被充气向外扩展时它上 面
的那些部位一样 + 不论处 于哪个部位 , 较远的地方向
外移动的速度似乎总要来得快些 。
哈勃的速度与距离之比—如今被称为哈勃常数—是天文学家正在设法精确测出的一个令人困惑的数值。 从理论上来说 , 要得出哈勃常数的正确数据听
起来很简单 + 只要速度除以距离即可 。 通过分析从 星
系发出的光谱 , 就可 以精确地测量 出速度 。 光谱的颜
色越接近长波—也就是接近红光—这个星系的移动速度也就越快 。 不过 , 要想测量距离却是极其困
难 。 因为这牵涉到许多 间接 的测量值 , 而每个值都有
可能导致错误和难以预料的结果 。 哈勃理论仍然是立
足点 + 物体距离越远 , 亮度就越暗 0 两倍远处的物体
看上去只有其原处亮度的四分之一 。 所以 , 如果能确
切知道一颗恒星的亮度 , 然后再把这亮度与从地球上
观测到的清晰亮度相比较 , 就很容易算出它的距离
来。 当然 , 这种方法必须首先知道恒星的确切亮度 。
天文学家一直在致力于 寻找能够充当参照点 的所 谓
“
烛光 ” 的星体 。 哈勃 以前依靠的 是 一类叫作
“造父变星 ” 的恒星 。 造父变星早在本世纪初 叶就 由
天文学家亨利泰 ·利维特 −∃ (#12 ( %%3 & 治 42%% ) 发现 , 这
些年轻星体的体积比太阳还要大数倍 。 利维特发现 +
造父变星发亮发暗有着周期性 的变化 , 通常会持续 ∀
天到 �!! 天 。 因为根据一些基本的物理定律认为物体
的亮度和其波动率有关的理论 , 可 以测出这些星体的
绝对亮度。
问题在于 + 相对于距离近 5 千万光年的邻近星系
来说 , 造父变星才是合适的标准烛光 。 要想作为更远
星系的参照点 , 就必须要 有亮度更高的星体 。 故而 天
文学家通过使用 “引导法 ” −腼卜 6%∋3 7 8, (9 , ) 来确定新的标准烛光 。 现在 , 关键就是在这些与造父变
星一样的星系中找出一个更亮的星体 , 这样就可 以与
已知量进行比较 , 然后 。 天文学家就能从更远 的星 系
∋,
� � 皿洲皿劲睡笼� �
中找到相同类型 的星体 , 以此及彼 。
一个由加利福尼亚帕萨迪纳卡内基天文台的温迪
·费利德曼 −:( 响 ;< 日血3# ) 率领的国际小组正在用
哈勃太空望远镜来观测可以用来与造父变星进行校正
的几类不同的遥远星体。 今年春季 , 她们得出了哈勃
常数是 ∗, , 也就是说宇宙年龄为 如 亿至 �巧 亿年之
间 。 而同样来 自卡内基 、 同样使用这台哈勃太空望远
镜由阿伦 ·桑迪戈 −=∋∋3# 63 浏>3? ( ) 领头的小组则集中
观测 “球 , 号超新星—这些星体爆发的亮度是造父变星 的 �! 万倍 ≅ 他们得出的哈勃常数大约是 5 , 即
宇宙年龄为 �巧 亿至 �Α 亿年之间 。 这两组的发现 比
他们在 , 年前的要接近得多 , 当时费利德曼的结果更
大 , 而桑迪戈的则更小 。
另外的科学小组正在使用新颖的—同时更为直接的—方法来计算宇宙的膨胀率。 一种颇有希望的技术利用了这种现象 + 爱因斯坦的相对论就有过预
测 , 质量大的物体受到的引力会像透镜那样使光线发
生偏移 。 如果地球和遥远而明亮的星体 −比如波动的
类星体之间存在质量很大的群星系 , 从类星体发出的
光线就会因为那些类星体而发生偏移 。 正如你透过一
只空酒杯 −相当于一面透镜 ) 会看到同一个物体的多
幅画面一样 , 地面上的望远镜所观测到的也是同一类
星体的多幅画面 。 又 由于每幅画面发出的光线所经过
的路线稍有不同 , 因而观察到的每幅画面的到达顺序
也就有先后之分 。 例如 , 普林斯顿大学天体物理学家
埃德温 ·特纳 −别初 # ΒΧ< ( 1 ) 教授 , 当时发现从一个
类星体发出的光线有所变化 , Α �∗ 天之后 , 又在这个
类星体的另一幅画面中观察到相同的变化 。 一旦测出
这段延滞间隔 , 将时间乘上速度就可以得出这些清晰
画面之间的距离 。 利用这一情况 , 只要运用简单的几
何学知识就可 以测出该类星体与地球之间的距离。 特
纳的结果—哈勃常数是 鼠—正好在费利德曼和桑迪戈的数据之间。
综合这些数据结果 , 看来已达成共识 + 宇宙年龄
大约有 �∀! 亿年 。 这可能意味着那些宇宙论者所持的
在大爆炸后最初一毫秒内所发生的观点也许只好要作
改正 了。 除非天文学家能找到大量比他们迄今为止所
拥有的有关宇宙的更多材料 −他们正在积极地寻找) ,
否则最有可能的膨胀率只会意味着宇宙将会无限膨
胀 + 没有足够多的物质也就意味着没有足够强的引力
将所有的物体连为一体。
不过 , 如果说宇宙有 �∀! 亿年的年龄 , 那么星簇
中存在着根据推测有 � ! 亿年龄的星体的说法 , 该作
何解释 / 天文学家能够估算出星体的年龄正是因为他
们相信 + 他们清楚这些星体演变的过程以及具有一定
物质的星体耗完核燃料 、 开始消亡所经历的时间 。 的
确 , 已有一些今年春季上报的最新测量数据 , 这些是
希帕恰斯 −珑77 叮口治) 人造卫星有关最为古老星体的
数据 。 结果表明这些星体也许是很年轻 , 正好及时搭
上 了末班车 −注 + 最古老星体年龄 比原先认为的要年
轻几十亿年 , 最终使它们低于所估计的宇宙年龄的范
围 , 即最古老星的年龄 只有约 ��! 亿 ) 。
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我与 《世界科学》征文获奖名单
一等奖
王乃粒
二等奖
林志信
三等奖
高定彝
武永 田
梁祖霞
万德芬 周 俊
邹建中
蔡林海
徐 第
陈清硕
张国栋
薛广振
以上获奖者的获奖证书及奖品由编辑部陆续寄出 。
《世界科学》编辑部
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