宇宙之“最”

前往宇宙中最熱之地，一定得首先經(jīng)過太陽。

身為太陽系的烈焰中心，太陽表面溫度高達(dá)580K(K表示開氏度單位，開氏度K與攝氏度℃之間的換算公式是K=273+℃)。不過，就算溫度如此之高，太陽也并非是宇宙溫度的創(chuàng)紀(jì)錄者。藍(lán)超巨星用自己比太陽更大的質(zhì)量壓縮內(nèi)核，為內(nèi)部的核反應(yīng)司爐，溫度超過50000K。

但50000K也算不了什么，一些白矮星的溫度超過了它。白矮星是較小的恒星在燃盡自身能源后剩下的致密熱球，它們被稱為宇宙的灰燼，其中一個(gè)灰燼——，HD62166的溫度高達(dá)200000K，它用自己耀眼得“痛苦”的大氣層點(diǎn)亮了一片巨大的星云。

墜入一顆恒星內(nèi)部，你會(huì)發(fā)現(xiàn)更熱的煉獄。最大超巨星的內(nèi)核溫度可能超過10億K。對(duì)一顆穩(wěn)定的恒星來說，溫度上限的理論值約為60億K。

在這樣的溫度下，恒星內(nèi)部的物質(zhì)開始釋放光子，這些光子的能量高得極具危險(xiǎn)性，它們相撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子和正電子對(duì)，其結(jié)果就是在一次巨大爆發(fā)中消滅恒星的時(shí)空反應(yīng)。

2007年，科學(xué)家首次觀測(cè)到疑似這類的“成對(duì)一不穩(wěn)定超新星”。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家注意到了一次明亮且持續(xù)時(shí)間異常久的恒星爆發(fā)，這暗示存在一顆很大的恒星，這個(gè)“很大”遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過科學(xué)家此前認(rèn)為的恒星可能的最大體積。

在超新星爆發(fā)期間，恒星溫度可以短暫躍升到大大超過60億K。大麥哲倫云是距離地球大約16萬光年的銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系。

1987年，科學(xué)家觀測(cè)到這里的一顆恒星爆發(fā)，在地球上探察到的這次爆發(fā)產(chǎn)生的中微子表明，這顆恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)約2000億K!

然而，與產(chǎn)生_次伽馬射線暴的溫度相比這也不值一提。伽馬射線暴是超高能量光線的短暫閃耀，運(yùn)用特別調(diào)制的望遠(yuǎn)鏡一天可觀測(cè)到一兩次。

伽馬射線暴被認(rèn)為是黑洞誕生的標(biāo)志，當(dāng)一顆巨型恒星的內(nèi)核坍塌，或者當(dāng)兩顆超高密度的中子星碰撞時(shí)，就會(huì)形成黑洞。

引力能可以某種形式轉(zhuǎn)化成由伽馬射線和其他輻射構(gòu)成的一股致密的巨大光柱，這一過程的細(xì)節(jié)迄今仍不明朗，但它一定與被加熱到1萬億(10的12次方)K左右溫度的由相對(duì)論粒子構(gòu)成的一個(gè)巨大火球有關(guān)。

而在地球上，有一個(gè)地方甚至比1萬億K還熱。這就是位于瑞士日內(nèi)瓦郊外地下1130米左右深度的一個(gè)探測(cè)器洞穴。

在這里，從2010年n月8日～12月6日，鉛原子核由歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)首次砸在一起，由此模擬宇宙開篇的一些場(chǎng)景。其結(jié)果是產(chǎn)生了溫度高達(dá)數(shù)萬億K(迄今為止在地球上記錄到的最高溫度)的亞原子火球。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)于“宇宙極端高熱之地在哪里?”這個(gè)問題給出了線索。

它不是在現(xiàn)在、在這里，而是在以往、在那里——宇宙大爆炸的腹心，一個(gè)由溫度和密度組成、宇宙由此發(fā)端的奇點(diǎn)，其最高溫度恐怕得以10的32次方來計(jì)量，在這個(gè)數(shù)量級(jí)上，現(xiàn)有的物理學(xué)知識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。

太空本身既不熱又不冷。在缺少帶熱振動(dòng)的東西的條件下，溫度毫無意義。不過，太空中確實(shí)有豐富的冷東西。

在太陽系里，最冷的地方可以說近在眼前。2009年，美國(guó)宇航局“月球勘測(cè)者軌道器”發(fā)現(xiàn)，在月球南極附近太陽光照不進(jìn)的永凍坑中，溫度竟然只有33K(-240℃)，比在既陰暗又遙遠(yuǎn)的冥王星上探察到的溫度還低。

隨著探測(cè)范圍的擴(kuò)大和測(cè)量精度的提高，這項(xiàng)紀(jì)錄完全有可能被改寫，一些更加遠(yuǎn)離太陽的衛(wèi)星或矮行星可能有著自己的永凍坑。

出了太陽系，肯定有一些更寒冷的巖石，而其中最冷的“孤魂野鬼”很可能存在于星系際空間。由于只被宇宙大爆炸后微弱的微波余輝和遙遠(yuǎn)星光的微亮加溫，這些天體的溫度可能不超過3K。

因?yàn)闇囟葍H為2.7K的微波背景沐浴著整個(gè)宇宙，你也許會(huì)認(rèn)為再?zèng)]有比這更冷的了。但實(shí)際情況是，距離我們5000光年、被稱為回飛鏢星云的一團(tuán)氣云的溫度只有1K。

這團(tuán)星云正迅速膨脹，并在此過程中不斷降低自身氣體的溫度，其降溫方式與家用電冰箱或空調(diào)器中冷卻劑的膨脹降溫是一樣的。

回飛鏢星云能否保住自己在已知天然物體中的最冷頭銜還有待觀察，但在創(chuàng)造最冷方面，人類輕而易舉地勝過了大自然。

2003年，在美國(guó)麻省理工學(xué)院一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，一團(tuán)鈉原子云被降溫到0.45納開，也就是不到絕對(duì)零度(-273℃)以上10億分之0.5K。如此低的溫度在宇宙中迄今未被見到，甚至就連這么低的溫度對(duì)宇宙有什么用處或者有沒有用處，這個(gè)問題也至今沒有答案。

在中世紀(jì)歐洲天文學(xué)中，宇宙是攜帶著太陽、月球、行星和恒星的一系列內(nèi)嵌水晶球，而我們現(xiàn)在已經(jīng)知道，真正的太空是相當(dāng)凌亂的。不過，宇宙中有沒有什么東西接近完美的球形呢?

行星在自身引力下被塑造成比較標(biāo)準(zhǔn)的球形。地球上最突出的隆起和凹陷部位分別是珠穆朗瑪峰和馬里亞納海溝，但它們的高度或者深度都不到地球半徑的0.2％。要不是被地球本身天天的自轉(zhuǎn)所“壓扁’，_—兩極稍凹，上腹略鼓，地球就會(huì)是一個(gè)不折不扣的宇宙圓球。

與中子星相比，地球的表面應(yīng)該算得上“崎嶇不平”。巨大的密度使得中子星表面引力相當(dāng)于地球的2000億倍，足以壓平幾乎一切褶皺：在中子星上，珠穆朗瑪峰的高度很可能不超過5毫米。中子星的直徑一般為10～15千米，因此，這樣的“珠穆朗瑪峰高度’，還不到中子星半徑的百萬分之一。

從2004～2005年的16個(gè)月中，人類向太空發(fā)射了堪比中子星圓滑度的球體。“引力探測(cè)器B’堤設(shè)計(jì)來探尋時(shí)空扭曲的人造衛(wèi)星，愛因斯坦的相對(duì)論預(yù)測(cè)地球自身的龐大質(zhì)量會(huì)造成這種扭曲。

這類扭曲之一是參考系拖拽效應(yīng)，即空間被圍繞著地球自轉(zhuǎn)軸拖拉。“引力探測(cè)器B”搭載的四部陀螺儀基于一些小石英球，這些小球被打磨得極為光滑，其不規(guī)則度不超過百萬分之0.4。

相對(duì)論預(yù)測(cè)了一個(gè)甚至比“引力探測(cè)器B”的小球還圓滑的天體。黑洞的視界標(biāo)志著沒有任何光線能逃逸至遙遠(yuǎn)觀測(cè)者眼中的黑洞區(qū)域，但這并不是一個(gè)有形的表面，你不可能一邊用手觸摸它一邊驚嘆它的光滑程度。

不過，科學(xué)家或許很快就能辨識(shí)一些黑洞視界的圖像，甚至最終給出這些假表面的清晰畫面，而這些假表面或許才是自然界中最最接近于正圓的東西。

對(duì)愛因斯坦相對(duì)論的最嚴(yán)峻考驗(yàn)，也許就是觀察到物質(zhì)墜入黑洞視界。哪怕只是觀測(cè)到軌道中有少量氣體略微偏離相對(duì)論的預(yù)測(cè)，我們可能都需要一種全新的引力理論。當(dāng)然，假如黑洞被證實(shí)根本就不存在預(yù)想中的視界，那我們就肯定會(huì)被驚呆。

星系被認(rèn)為是熠熠發(fā)光的珠寶，其間點(diǎn)綴著數(shù)十億顆明亮的恒星和閃亮的星云。而位于獅子座的球狀星團(tuán)(矮星系)“塞格韋1”卻并非如此。

“塞格韋1”距離地球僅75000光年，是銀河系的一個(gè)近鄰，但直到2006年，這匹真正的“黑馬”才被發(fā)現(xiàn)——它的總光亮竟然只有太陽的300倍。

這就怪了。“塞格韋l”的一些恒星移動(dòng)速度很快，因此它的引力也必定很大，這暗示它包含至少100萬個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)。然而，如果從可見的恒星和氣體質(zhì)量來看，它們加起來的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠這么多，這意味著“塞格韋1”的幾乎所有質(zhì)量都被奇異的暗物質(zhì)占據(jù)。

對(duì)諸如“塞格韋1”之類的矮星系進(jìn)行探索，能夠揭示有關(guān)暗物質(zhì)的大量線索。例如，如果這些星系的核心比標(biāo)準(zhǔn)模型(標(biāo)準(zhǔn)模型是目前描寫基本粒子的最成功的理論)預(yù)測(cè)的冷暗物質(zhì)密度低，就可能說明暗物質(zhì)實(shí)際上并不冷，或者暗物質(zhì)有自毀傾向，又或者暗物質(zhì)是由具有內(nèi)在模糊性的超輕粒子構(gòu)成的。

如果能找到一顆“暗星”則更好。所謂暗星，是指由衰變暗物質(zhì)從內(nèi)部柔和加熱的低溫而龐大的氣團(tuán)。這類暗星被認(rèn)為存在于宇宙的極早期，今天或許仍然存在一些，不過科學(xué)家至今連一個(gè)也沒能發(fā)現(xiàn)。

與此同時(shí)，歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正在尋找可能的暗物質(zhì)微粒。如此看來，地球上最高溫的東西——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)或許很快將“照亮”太空中最模糊的東西——暗物質(zhì)。

對(duì)宇宙中最大的東西，我們不妨做以下細(xì)分：

最大的行星在太陽系中，木星是行星中的老大。與其他個(gè)頭超過一定值的行星一樣，木星是一顆主要由氫和氦構(gòu)成的氣態(tài)巨行星。

在已知所有的氣態(tài)巨行星中，氣體最多的是TrES-4，這顆于2006年發(fā)現(xiàn)的行星在距離地球1500光年的地方環(huán)繞一顆明亮的恒星運(yùn)行。TrES-4的直徑是木星的大約1.8倍，前者是迄今被準(zhǔn)確測(cè)量的最大行星。

奇怪的是，相對(duì)于其大小來說，TrES-4實(shí)在太過輕飄一它只有木星質(zhì)量的約88％，其密度差不多為每立方厘米0.2克，也就是比軟木塞的密度還小。一顆行星怎么會(huì)像TrES-4這般蓬松?這仍是一個(gè)謎。

最大的人造物

目前，太空中已知最大的人造物是國(guó)際空間站，其寬度是109米，重達(dá)370噸。

國(guó)際空間站是國(guó)際合作研發(fā)、正在低地球軌道(地面以上160～2000千米高度)中安裝的研究設(shè)施，其建造目的是研發(fā)和測(cè)試探索飛船系統(tǒng)，研發(fā)保持宇航員在低地球軌道外執(zhí)行任務(wù)期間的健康及工作能力的技術(shù)，獲取可能用于太空探索任務(wù)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。

國(guó)際空間站的建設(shè)始于1998年，預(yù)計(jì)2012年中期全部建成。該空間站的橫截面面積比此前任何空間站都大，因此在地面憑裸眼也可能看見它。

最大的恒星它就是大犬座YY星，距離地球5000光年，或許能吞下80億個(gè)太陽。它的直徑據(jù)估計(jì)接近30億千米，這使得它和其他為數(shù)不多的恒星贏得紅超巨星的頭銜。

不過，這一估計(jì)值仍存爭(zhēng)議，有科學(xué)家認(rèn)為，大犬座、YY星的直徑只有10億千米，它只是紅超巨星中的最矮小者之一。

最大的星系根據(jù)有關(guān)星系形成的標(biāo)準(zhǔn)模式，最大的星系就是從許多小星系碰撞中產(chǎn)生的橢圓巨無霸星系。已知最大的星系是透鏡狀的IC1101，它位于距地球10億光年外的“阿貝爾2029\"星系團(tuán)。IC1101的直徑接近600萬光年，其體積是銀河系的數(shù)千倍。

最大的洞換個(gè)口味吧，這里所說的洞并非黑洞，而是一片巨大的黑暗區(qū)域。從迄今探索的最大規(guī)模而言，星系就是寬達(dá)幾億光年的一面面巨墻和紐結(jié)，彼此間存在一定的空隙。

其中，已知最大的空隙發(fā)現(xiàn)于2037年前，其寬度竟然達(dá)10億光年左右。一個(gè)奇怪的觀點(diǎn)是，它是遠(yuǎn)古與另一個(gè)宇宙相遇而留下的一個(gè)“巨疤”。

(編據(jù)美國(guó)《科學(xué)之旅》)