[转帖]球绕着球旋转的奇妙宇宙 - 京津冀版

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tigertwo

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1楼

发表于 2006-10-12 11:40

【看..中..国报道】　　壹、原子结构与太阳系

　　当我们看到＂电子＂绕着＂原子核＂旋转的原子结构图（图一），以及行星绕着太阳旋转的轨道图（图二），不知有多少人好奇：这两个图形怎么有点类似？

（图一：原子结构图）

（图二：行星环绕太阳轨道图）

　　一、都是球体绕着球体旋转（为简化称谓，文后＂被环绕＂的球体称＂母球＂，环绕母球旋转的是＂子球＂；母球和子球组成＂旋转体系＂）
。

　　二、母球质量占旋转体系总质量的九十九％以上。原子结构中的母球是原子核，它的质量至少是子球总重量的一千八百四十倍。至于太阳系，九大行星的＂质量总和＂还不到太阳质量的○‧二％。

　　三、旋转体系所占据的总体积极大，＂平均密度＂稀薄到几近真空。无论是原子结构或太阳系，母球体积都不过是旋转体系总体积的几千亿分之一。＂几千亿分之一＂不是我们所熟悉的数字。假如把旋转体系所占据的空域想象成一间屋子（也就是，把太阳系缩小成一间屋子，或是把单一原子放大成一间屋子），那么，母球在这间屋子的正中心，体积比针尖还要小；几个小得像微生物的子球绕着它旋转——这种组合的平均密度，不是和真空一样稀薄？

　　贰、宇宙坟场——黑洞

　　前述＂屋子、针尖、微生物＂的比喻是个＂看不见＂的范例。现在我们不妨把模型放大，想象一些＂看得见＂的实物。
　　如果把太阳缩小成直径一公尺的大汽球，九大行星与太阳的距离、直径，以及与行星相近似的球体如表一：

名　称距离(公尺) 直径(公分) 近似球体备　　注
太　阳 0 100.00 大汽球母球
水　星 39 0.33 绿豆
金　星 72 0.82 碗豆
地　球 100 0.87 柏青哥小钢珠
火　星 150 0.46 ＢＢ枪的子弹
木　星 520 9.74 垒球最大的行星
土　星 950 8.23 棒球
天王星 1,920 3.48 乒乓球
海王星 3,000 3.38 荔枝
冥王星 3,950 0.16 原子笔尖钢珠最小的行星

表一：九大行星与太阳关系表

　　依据表一的模型，太阳系所占据的总体积是以太阳为圆心，冥王星的距离︵三千九百五十公尺︶为半径所画出的＂球形空域＂。试着想象一下这个巨大的球形空域，正中央存在一个直径一公尺的圆球，九个体积最大不过如垒球，最小像原子笔尖的钢珠——如此松松散散的＂子╱母球＂组合，却霸占着一个＂直径接近八公里＂的球形空域，此旋转体系的吸引力是何等的巨大！

　　太阳系是如此，原子结构也是如此。每个原子超过九九‧九％的结构都是空的；纵然结合成固体分子，也有如被压在一起的泡沫塑胶球，体积只能被有限度的压缩。因而微观地看，所有物体的密度都很低，即使是固体金属也不例外。

　　旋转体系占据空域之广、球体之小、彼此吸引力之强，让初次接触的人很难想象。

　　说到这，我们应能体会宇宙间旋转体系吸引力之巨大；同时也该好奇
：若是把所有球体全部压缩到中心（例如前述模型中，把垒球、棒球、乒乓球、荔枝、小钢珠等向中心推挤，让它们紧紧贴着中央的圆球；或再进一步压缩，连中央的圆球也可能被压碎），又会产生什么结果？

　　首先，毫无疑议的，旋转体系所霸占的总体积将巨幅缩小——球形空域的半径从原本的三千九百五十公尺缩小到○‧五五公尺。

　　其次，原本球体间的距离是那么的遥远，如今全部压缩到一块，想必吸引力会大幅增强。

　　的确如此，而宇宙也确实存在这种现象。当质量巨大的？甯P（太阳质量的三倍以上）能源耗尽，外部会出现一股巨大的压力，其压力大到足以压碎星球内部原子与分子的结构，逼它们释放出原本霸占的空间。

　　星球被压缩的过程是慢慢形成的。当它的体积被压缩得越来越小，内部的热度和密度就越来越高，所发出的吸引力也就越来越强。等吸引力大到能＂抓住＂宇宙间最会逃逸的光子，原本炽亮的球体在剎那间就变成＂漆黑一片＂（不再迸射光子就无光线可言，因而漆黑一片），成为科学界所说的＂黑洞＂。

　　黑洞是宇宙的坟场，吸引力大到能够吞噬靠近它的所有物质。管他是什么东西，原子结构瞬间被摧毁，所有基本粒子被黑洞牢牢吸附而无法脱离（基本粒子是被分割到＂不可再分割＂的粒子，也是组成宇宙万事万物最基本的元素）。

　　地球被压缩以后所形成的黑洞，会浓缩成半径只有几公尺的球体。再试着想象一下我们生活的地球——那么多的水、陆地、山脉、生物——浓缩成半径几公尺的球体，那将会是多么大的密度！又会发出多么可怕的吸引力！

　　叁、宇宙的毁灭与诞生

　　黑洞会吞噬所有接近它的物质。而当它吞噬的物质愈多，所发出的吸引力就愈强，因而能吞噬距离更远的物质。

　　更麻烦的是，宇宙中所有星球无时无刻不在旋转——月亮绕着地球转，地球绕着太阳转，太阳绕着银河系的中心转，银河系绕着＂本星系群＂的中心旋转，本星系群绕着＂超星系群＂的中心旋转……。大家转过来转过去，迟早会＂擦身而过＂。又因为黑洞＂只进不出＂，渐次吸收与它擦身而过的星体，吸引力的范围越来越大，有没有可能某天会大到吞噬宇宙中所有的星体？

　　如果有这么一天，那就是宇宙毁灭的一天。那时候，宇宙只剩下一个超级巨大的黑洞。

　　有毁灭才有诞生，有诞生就一定有毁灭。宇宙一旦毁灭，接着就准备诞生。

　　由于宇宙所有的物质全部集中在一点（科学家说这点是＂奇异点＂）
，它拥有令人无法想象的吸力、热力，以及密度。又由于粒子相互吸引的作用，奇异点的体积会持续压缩，造成压力与密度的持续增大。等大到某个程度，奇异点再也无法忍受内部的压力而爆炸，瞬间所有物质向四面八方飞散，形成宇宙的诞生（即大爆炸，或大霹雳）。

　　依据科学家的计算，上次大爆炸发生在大约一百五十亿年以前。

　　肆、球形对称的宇宙

　　大爆炸发生之初，所有物质都因高热而处于气态或液态。这时，它们拥有两股力量：一股是自身所拥有的吸引力（所有物质都有引力，也就是＂万有引力＂），另一股是大爆炸所赋予的爆炸力。当物质向四面八方飞散之时，彼此的吸引力如果大于爆炸力，最终会吸附在一起；又因为它们不是处于气态就是液态，在引力相互作用下，为了达到力量的均衡，必会形成球形。假如不是球形，某一区的引力就会大过另一区；＂强引力区＂拉扯＂弱引力区＂，力量平衡以后两个区域会＂一样大＂。

　　什么样的形状能够让＂所有区域＂都＂一样大＂？

　　除了球形，还有其它选择吗？

　　对同质量的物体来说，球形拥有最小的表面积。＂最小的表面积＂代表和外界进行＂最小的交流＂。单位时间内和外界的交流愈小，本身所形成的体系就愈稳定，生命周期因而愈长。

　　球形是自然界既合理又微妙的选择。

　　大爆炸以后，宇宙慢慢形成无以计数的球体。距离近的球体与球体之间仍然有吸引力，只是这股吸引力无法克服爆炸力，以致不能结合成单一球体。可是，如果两个球体之间的引力够强，即使无法让两个球体结合，也会改变球体原本从奇异点向外扩张的直线运动，使得两个球体好像＂想抱在一起＂的相互旋转。

　　旋转的原因是吸引力和爆炸力之间的＂不平行＂（假如两力平行，两个球体最终若不能结合成单一球体，便会分散成两个旋转体系）。不平行会产生＂角分力＂，角分力又会让球体侧向运动。这时，若两个球体的质量概略相等，它们便会互旋；若一球体的质量远远大于另一球体，便会造成＂子球＂绕着＂母球＂旋转的假象（不管两个球体的质量差异有多大，母球的运动或多或少都会受到子球的影响）。

　　旋转体系形成之初，球体之间的距离会慢慢改变，等到向心力（球体相互发出的吸引力）与离心力（圆周运动产生的垂直分力）达到平衡，两球之间的距离才维持不变，自此形成稳定的旋转体系。

　　当然，对宇宙而言，＂稳定＂是不存在的。把时间拉长到几十亿或几百亿年，宇宙之中没有一个系统能够维持稳定；太阳、银河终究会毁灭，整个宇宙也有被黑洞吞噬的一天。只不过，就人类短暂的生命来看，我们仍然可以说：这是一个稳定的球形对称宇宙。

　　伍、人体也是群聚的星系？

　　最后，我们可以做一个有趣又大胆的假设——人体也是群聚的星系！
　　试着把你的左手掌举起来，仔细看着它，它会是一个群聚的星系吗？
　　这问题似乎很荒谬、很可笑，但冷静想想，为什么不可能？
　　微观地看，所有物体的密度都很低——固体金属如此，人类的手掌更是如此，它的密度稀薄到近乎真空。

　　其次，诚如众人所知，手掌由无以计数的原子所组成，而每个原子又都拥有为数不等的电子绕着原子核旋转。这些小小的电子，会不会是一种＂极微小＂的＂电子星球＂？某些电子星球上面又住着＂极极微小＂的生物？

　　先别对这假设嗤之以鼻。假如你了解宇宙有多大、基本粒子有多小，可能你会有不同的想法。

　　人类生活在地球。地球属于太阳系。太阳系又属于银河系。

　　银河系拥有一千亿个类似太阳系的＂？甯P系＂。
　　一千亿是多大的数字？把银河系的？甯P系平均分配给全人类，每个人——不管他是美国总统或乌干达刚出生的小孩——可以分得十五个？甯P系！

　　银河系的外观像一颗荷包蛋，直径大约十万光年。倘若能乘坐以光速飞行的宇宙飞船，从银河的一端向另一端前进；那么，从黄帝轩辕氏诞生持续飞行到今天……，一分一秒不停息地以光速飞行到今天，也不过飞越银河系的二十分之一。

　　银河系实在浩大。但是，当我们把目光放大到宇宙，银河系又显得那么微不足道。

　　宇宙拥有一千亿个（又是这可怕的数字）类似银河系的＂星系＂。星系与星系之间的距离以＂百万光年＂计算。例如，距离银河系最近的星系是Ｍ31＂仙女座大星云＂，它拥有两千亿个？甯P系，距离银河系约两百二十万光年。

　　一千亿个星系散布在宇宙，彼此之间的距离都是几百万光年——想象一下那个规模，是何等的浩瀚无垠！然而，这还是受限于现今观测仪器所得到的结果。每当科学家制造出能看得更远的天文望远镜，他们就发现宇宙比原先＂认定＂来得更大。

　　宇宙到底有多大，至今还没有一个定论。

　　当一群科学家在研究宇宙到底有多大的同时，另一群科学家在研究宇宙的＂基本粒子＂到底有多小。这问题，同样受限于观测的仪器。每当科学家制造出能看得更小的＂超级电子显微镜＂，他们就发现一些＂更小＂的粒子。从最开始的分子、原子、质子、中子、电子，到后来的光子、夸克、胶子、微中子、缈子、涛子、μ 子、τ子……，今天物理学界发现的基本粒子大约有一百多种。

　　或许，电子绕着原子核旋转，一如行星绕着太阳旋转——电子不是相同的大小，也绕着不同半径的轨道，每个电子又有＂微电子＂像卫星一般绕着它旋转；而部分＂电子星球＂上面住着极其微小的生物，牠们的生命固然短暂，但是人类的生命和地球的寿命相比，何尝又不短暂？

　　宇宙虽然浩瀚，整个世界却遵循着＂球绕着球旋转＂的规律在运作——越是了解这简单的道理，越是惊讶造物主的伟大、人类的渺小！

　　渺小的人类有什么资格说：人体不是一个群聚的星系？

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离别无心