阿西莫夫的科普世界

符禮科

什么是宇宙塵？它們是從哪里來的？“彎曲空間”是什么意思？這些比較尖端的科學(xué)詞匯，你聽說過嗎？對(duì)這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)，有沒有希望得到解決……阿西莫夫以通俗的語言，深入淺出地為我們作出了解釋。

拓展訓(xùn)練

什么是宇宙塵？它們是從哪里來的？

根據(jù)最新的天文學(xué)理論，星系最初是一團(tuán)團(tuán)巨大的氣塵凝聚體，這些氣塵凝聚體緩慢地旋轉(zhuǎn)，分裂成為湍動(dòng)的渦流，最后凝結(jié)成為恒星。在大量形成恒星的天區(qū)，所有的氣塵實(shí)際上都會(huì)分別和其中某一顆恒星結(jié)成一體，因而氣塵很少會(huì)或者完全不會(huì)留在星系空間中。在球狀星團(tuán)中、橢球星系中，以及在旋渦星系的中心部分，情況確實(shí)是這樣。

但是在旋渦星系的外緣，這種過程就不會(huì)進(jìn)行得這樣徹底。由于所形成的恒星為數(shù)較少，所以留下的氣塵就會(huì)多一些。正因?yàn)槲覀兲幵阢y河系的旋臂上，所以我們能看到塵云在銀河的輝光中形成一些暗斑。銀河系的中心也正是被這些塵云遮住，才顯得模糊不清。

形成宇宙的物質(zhì)，絕大部分是氫和氦。氦原子一般是不會(huì)彼此結(jié)合的。氫原子雖然會(huì)彼此結(jié)合，但一般只彼此結(jié)合成對(duì)而形成氫分子（H2）。這就意味著，處于恒星與恒星之間的絕大多數(shù)物質(zhì)是由一個(gè)個(gè)很小的氦原子和一個(gè)個(gè)很小的氫原子、氫分子組成。這些物質(zhì)形成了大量散布在恒星與恒星之間的星際氣體。

星際塵（或者宇宙塵）的數(shù)量比星際氣體少得多，它們是由粒子組成的。這些粒子雖然也很小，但卻比單個(gè)原子或分子大得多，因此它們一定含有除了氫和氦以外的其他原子。

除了氫和氦以外，宇宙間另一種最普通的原子是氧。氧原子能和氫原子結(jié)合而形成氫氧基（OH）和水分子（H2O）。氫氧基和水分子具有能夠同它們所遇到的任何其他基因及分子結(jié)合的傾向。正因?yàn)槿绱耍钪骈g會(huì)逐步形成由許許多多這樣的分子所組成的微粒。絕大部分宇宙塵很可能就是由氫氧基和水分子所組成。一直到1965年，天文學(xué)家才開始在宇宙間探測(cè)到氫氧基，并開始研究它們的分布情況。從這以后，不斷有報(bào)道說，宇宙空間存在既含有氫和氧，也含有碳原子的更復(fù)雜的分子。

由此看來，宇宙塵中一定也含有不及氫、氧、碳那么普通的原子所組成的原子團(tuán)。科學(xué)工作者已經(jīng)在星際空間探測(cè)到鈣原子、碘原子、鉀原子和鐵原子，他們是通過這些原子所能吸收的光而探測(cè)到它們的。

在我們的太陽系內(nèi)，也存在類似的宇宙塵，這些宇宙塵很可能是由彗星造成的。在太陽系可見范圍以外，可能有一個(gè)由大量彗星所組成的彗星殼，其中有一些彗星（也許是由于附近恒星的引力作用）向太陽的方向掉落。彗星是一團(tuán)金屬和巖石小碎片，這些碎片由冰加上凍結(jié)的甲烷、氬和其他物質(zhì)結(jié)合成松散的團(tuán)塊。每當(dāng)彗星走近太陽時(shí)，彗星中的某些物質(zhì)便會(huì)因受熱而融化，結(jié)果，其中的微小固體顆粒便獲得了自由，并以一條長長的尾巴的形式散布在宇宙空間中。最后，這個(gè)彗星將完全崩解。

在太陽系的歷史中已經(jīng)有無數(shù)彗星發(fā)生了這樣的崩解，正因?yàn)槿绱耍栂档膬?nèi)圈才會(huì)到處散布著這樣的宇宙塵，每天都有數(shù)十億這樣的宇宙塵粒子（“微隕石”）落到地球上。從事宇宙研究的科學(xué)家都對(duì)這些“微隕石”感興趣，其中的原因之一，是有一些較大的微隕石可能會(huì)給未來的宇航員或登月移民造成危害。

（選自阿西莫夫《你知道嗎？——現(xiàn)代科學(xué)中的一百個(gè)問題》，有改動(dòng)）

“彎曲空間”是什么意思？

當(dāng)你第一次在愛因斯坦的相對(duì)論里見到“彎曲空間”字眼時(shí)，恐怕會(huì)感到困惑——真空怎么能是彎曲的呢？怎樣使它彎曲起來呢？

為了弄明白這是怎么一回事，先讓我們這樣想象：在一艘宇宙飛船里，有人在仔細(xì)觀察附近的一顆行星。這顆行星的表面完全被深深的海洋覆蓋著，因此有著像臺(tái)球那樣的光滑表面。再假設(shè)有一條船在那個(gè)行星的海洋上沿赤道線朝正東方向行駛著。現(xiàn)在再進(jìn)一步設(shè)想一下，這位觀察者根本看不見這顆行星，而只能看到這條船。當(dāng)他研究這條船的運(yùn)動(dòng)路線時(shí)，他會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)這條船走的是一條圓弧。它最后會(huì)回到自己的出發(fā)點(diǎn)，從而描繪出一個(gè)完整的圓周。

如果這條船改變路線，航道就會(huì)變得彎彎折折的，不再是個(gè)簡單的圓周。但是，不管它怎么改道，無論它怎么行進(jìn)，它的航線總是在一個(gè)球面上。

根據(jù)這些事實(shí)，這位觀察者可能會(huì)推斷出，這條船被束縛在一個(gè)看不見的球體的表面上，而束縛它的力正是指向球體中心的重力。要不，他就可能會(huì)認(rèn)為，這條船被限制在一個(gè)特殊的空間里面。這個(gè)空間是彎曲的，而且彎曲成一個(gè)球形，從而迫使這條船走出這樣的路線來。換句話說，我們必須在一個(gè)力和一種空間幾何形態(tài)之間做出選擇。

你大概會(huì)認(rèn)為這是一種想象出來的局面，但實(shí)際上并非如此。地球這顆行星是沿著橢圓路線繞著太陽運(yùn)行的，正像一條船在某個(gè)看不見的曲面上行駛一樣。至于這條橢圓路線，我們是假設(shè)太陽和地球之間有一種引力來解釋的，正是這種引力使地球保持在它的軌道上。

不過，我們也可以從空間幾何形態(tài)來考慮問題。我們不是通過觀察空間本身——空間是看不見的——而是通過考察物體在空間里的運(yùn)動(dòng)方式來確定這種空間的幾何形態(tài)。如果空間是“平坦的”，各種物體就會(huì)走直線從這個(gè)空間中通過；如果空間是“彎曲的”，各種物體就會(huì)走出彎曲的路線來。

一個(gè)具有確定質(zhì)量和速度的物體，如果在離其他物體很遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng)，那么，它的路徑真的可以說是一條直線。而當(dāng)它走近另一個(gè)有質(zhì)量的物體時(shí)，它的路徑就會(huì)變得越來越彎曲，顯然，是質(zhì)量把空間彎曲了。質(zhì)量越大、離質(zhì)量越近，空間彎曲的曲率就越大。

把萬有引力看作是一個(gè)力，看來要比用空間幾何形態(tài)去解釋它方便得多，也自然得多。但是，如果在考慮光的行進(jìn)時(shí)，情形就會(huì)顛倒過來。按照比較舊的觀點(diǎn)，光是不受重力影響的，因?yàn)樗鼪]有質(zhì)量。然而，當(dāng)光在彎曲空間里穿過時(shí)，它的路徑也會(huì)彎曲起來。把光的速度考慮進(jìn)來，它在太陽這個(gè)巨大質(zhì)量的附近經(jīng)過時(shí)，路徑的彎曲率就能計(jì)算出來了。

1919年，愛因斯坦的這一理論在一次日食期間得到了檢驗(yàn)：人們把太陽位于空間某處時(shí)靠近太陽的某些恒星的位置，與太陽不在此處時(shí)這些恒星的位置進(jìn)行了比較，結(jié)果，愛因斯坦的理論站住腳了。用彎曲空間來討論萬有引力，看來比力學(xué)術(shù)語更為精確。

不過，我們還應(yīng)該提一下，1967年，人們對(duì)太陽的形狀進(jìn)行了精密測(cè)量，發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的引力理論出了問題。今后將會(huì)發(fā)生些什么情況？還得等著瞧。

（選自阿西莫夫《你知道嗎？——現(xiàn)代科學(xué)中的一百個(gè)問題》）

思考探究

1.閱讀《什么是宇宙塵？它們是從哪里來的？》，請(qǐng)你回答，什么是宇宙塵？它們是從哪里來的？

2.閱讀《“彎曲空間”是什么意思？》，請(qǐng)你簡要?dú)w納其寫作思路。

3.兩篇文章的結(jié)尾有何共同點(diǎn)？

4.閱讀了《阿西莫夫短文兩篇》（《恐龍無處不有》《被壓扁的沙子》）和以上兩篇選文后，請(qǐng)你試著評(píng)論阿西莫夫的科普文章的特點(diǎn)。