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，星系最初是一團團巨大的氣塵凝聚體，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)，所有的氣塵實際上都會分別和其中某一顆恒星結(jié)成一體，因而氣塵很少會或者完全不會留在星系空間中。在球狀星團中、橢球星系中，以及在旋渦星系的中心部分，情況確實是這樣。

但是在旋渦星系的外緣，這種過程就不會進行得這樣徹底。由于所形成的恒星為數(shù)較少，所以留下的氣塵就會多一些。正因為我們處在銀河系的旋臂上，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。氦原子一般是不會彼此結(jié)合的。氫原子雖然會彼此結(jié)合，但一般只彼此結(jié)合成對而形成氫分子（H2）。這就意味著，處于恒星與恒星之間的絕大多數(shù)物質(zhì)是由一個個很小的氦原子和一個個很小的氫原子、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。正因為如此，宇宙間會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到氫氧基，并開始研究它們的分布情況。從這以后，不斷有報道說，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。科學(xué)工作者已經(jīng)在星際空間探測到鈣原子、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)合成松散的團塊。每當(dāng)彗星走近太陽時，彗星中的某些物質(zhì)便會因受熱而融化，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，正因為如此，太陽系的內(nèi)圈才會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)中的一百個問題》，有改動）

“彎曲空間”是什么意思？

當(dāng)你第一次在愛因斯坦的相對論里見到“彎曲空間”字眼時，恐怕會感到困惑——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，因此有著像臺球那樣的光滑表面。再假設(shè)有一條船在那個行星的海洋上沿赤道線朝正東方向行駛著?，F(xiàn)在再進一步設(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)他研究這條船的運動路線時，他會驚訝地發(fā)現(xiàn)這條船走的是一條圓弧。它最后會回到自己的出發(fā)點，從而描繪出一個完整的圓周。

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

根據(jù)這些事實，這位觀察者可能會推斷出，這條船被束縛在一個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，他就可能會認為，這條船被限制在一個特殊的空間里面。這個空間是彎曲的，而且彎曲成一個球形，從而迫使這條船走出這樣的路線來。換句話說，我們必須在一個力和一種空間幾何形態(tài)之間做出選擇。

你大概會認為這是一種想象出來的局面，但實際上并非如此。地球這顆行星是沿著橢圓路線繞著太陽運行的，正像一條船在某個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動方式來確定這種空間的幾何形態(tài)。如果空間是“平坦的”，各種物體就會走直線從這個空間中通過；如果空間是“彎曲的”，各種物體就會走出彎曲的路線來。

一個具有確定質(zhì)量和速度的物體，如果在離其他物體很遠的地方運動，那么，它的路徑真的可以說是一條直線。而當(dāng)它走近另一個有質(zhì)量的物體時，它的路徑就會變得越來越彎曲，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時，情形就會顛倒過來。按照比較舊的觀點，光是不受重力影響的，因為它沒有質(zhì)量。然而，當(dāng)光在彎曲空間里穿過時，它的路徑也會彎曲起來。把光的速度考慮進來，它在太陽這個巨大質(zhì)量的附近經(jīng)過時，路徑的彎曲率就能計算出來了。

1919年，愛因斯坦的這一理論在一次日食期間得到了檢驗：人們把太陽位于空間某處時靠近太陽的某些恒星的位置，與太陽不在此處時這些恒星的位置進行了比較，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，人們對太陽的形狀進行了精密測量，發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的引力理論出了問題。今后將會發(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)中的一百個問題》）

思考探究

1.閱讀《什么是宇宙塵？它們是從哪里來的？》，請你回答，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？》，請你簡要歸納其寫作思路。

3.兩篇文章的結(jié)尾有何共同點？

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，請你試著評論阿西莫夫的科普文章的特點。