ASTROMAN: 关于天文

“纪念望远镜四百周年——科学大师演讲会”之个人感受

Mon, 13 Oct 2008 13:28:18 GMT

望远镜发明了400周年了，它为天文学做出了巨大的贡献，天文界的人士是得举办活动纪念一下。很走运，08年10月12日有幸去人民大会堂听了相关的报告。这次活动的全称为：隆重纪念望远镜发明四百周年 科学大师演讲会。详细的介绍大家可以登陆科普网去看，在此不再赘述。

说说自己的感受：

1、很兴奋；活这么大第一次去人民大会堂，这毕竟不是一般的地方，当然非常非常兴奋。

2、很幸运；见到各位天文、物理方面的大师，其中包括诺贝尔物理学奖得主、邵逸夫奖得主、中科院院士等。

3、长见识；听大师演讲本身就是一种享受。其实这种会议本身就有点科普的意思，所以只要语言没障碍谈不上听不懂，关键是我们要把握大师的思维方式。记得我以前引用过别人的一篇文章，讲的是如何做好研究生的，其中一点就是多听大师的报告（前提是要有那种机会）

4、锻炼英语；其实我的英语很菜的，会议开始的一些英语简单介绍还没问题，真到大师用英语演讲时有点蒙了，还好有同声传译，一个耳朵听英语一个耳朵听汉语（翻译的汉语很是垃圾）

5、李政道的讲话真是令人倍感亲切；李老总是在自己讲座说一些关于中国方面的东西，用他的话说：咱们中国如何如何，咱们的老祖先如何如何，我们都是炎黄子孙...其爱国情怀很是让人敬佩！

6、其实大师也是普通人；记得高中时有一次看到李政道老先生在做报告，那个时候觉得他就是个神，决不是一般人，这次看来并没那感觉了，呵呵，因为是只缘身在此山中才有点不识大师的真面目。

最后，我也引用一下李老的经典讲话做为结语：我们纪念四百年前望远镜的发明，我们纪念一百多年前1905年爱因斯坦对物理的贡献，我们也纪念五十多年前爱因斯坦的过世。我们更纪念伽利略和爱因斯坦一生对人类的贡献，为科学献身。我们地球在太阳系是一个不大的行星，我们的太阳在整个银行星云系四千亿颗恒星中也不是怎么出奇的星。我们整个银行系在整个宇宙里面也相当渺小的。可是因为我们有发扬炎黄文化的祖先，因为四百年前望远镜的发明，也因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过，我们这个黄土蓝水的地球，就比宇宙其他部分有特色，有智慧，有人的道德。

从仰望天空到走进宇宙

Sat, 26 Jan 2008 14:02:35 GMT

很多人都曾问我，搞天文可以干什么？有什么意义？我觉得这篇文章可以部分的回答这些问题，说部分是因为他貌似更倾向于把航天与天文联系起来，有两句话说的很好：

正因为天文学的革命，才有了牛顿三大定律为基础的力学体系，从而使工业革命有了可能；正因为力学体系对宇宙的重构，拉普拉斯才有可能发现“没有上帝，宇宙也能运行”，从而使“理性代替神学”的启蒙思想有了发动的土壤；也正因为天文学找到了确定经度的方法，大西洋贸易也才有了可能，从而开启了近代经济革命……

宇宙不但是人类精神前进方向的永恒指引，也是支撑人类经济前进、科技进步的“总源头”。

以下是正文

转载作者：杨问天

走进太空之后，当代人类对“天”的探索已经进入了科学考察与探索和平利用方式的新时代，宇宙起源、生命起源与近地空间科考成为三大主题。

　　“卿云烂兮，糺缦缦兮。日月光华，旦复旦兮。”——据说为五帝之一的舜所做的《卿云歌》是中华文明传世的最古老的一篇文字作品，有意思的是，它却不讲人事，而是歌咏天上的景象。实际上，舜所流传下来的最早比较可靠的事迹“舜在璇玑玉衡以齐七政”也是关于“天”的，意思是：舜亲自登上天文台，操作名为“璇玑玉衡”的天文仪器去观测被称为“七政”的日、月、金、木、水、火、土等天体的运行。无独有偶，号称现代文明源头的古希腊文明所崇敬的哲学家流传的最古老轶事，也是关于天空的：据说古希腊第一个大哲学家泰勒斯走路总是抬头看天，却不看路，结果有一次不小心栽倒在地沟里摔得够戗，于是流传下来古希腊最早的谚语：哲学家是只关心天上的事情却不知脚下发生什么的家伙。

　　中西文明源头同样流传着关于“天”的故事，绝非偶然。其实这正是星空、宇宙在人类心灵中第一主题地位的写照。浩瀚星空的第一主题地位，不仅仅体现在古老，更体现在其在人类文明发展史上始终不变的引领性、精神上最深远的高度和社会经济永恒的础柱三个方面。因此，探索天空，不能不成为人类活动永远的先行主题。

　　且不说“混沌初开、乾坤始奠”的原始文明时期的“乃命重黎，绝地天通”就是树立“天”的最高权威，也不表“观乎天文以察时变，观乎人文以化成天下”的国家制度初立时代的“国之大事，在祀与戎”的“祀”就是祭天，单说有明确沿革可以讲述的科学思想史脉络，哪一次重大革命不是由天文学引领？

　　科学的起源，来自对农业、贸易至关重要的“一年有多少天”以及“一天的确切长度”等问题的测算，为此需要一套能够解释星空运行的理论模型，从而产生了最早的科学范式——亚里士多德-托勒密的地心说宇宙范式，这也代表了人类第一个文明高峰——古希腊文明的最高成就。而近代文明能够兴起，则肇端于哥白尼的日心说科学体系革命。从哥白尼、伽利略、第谷到开普勒、牛顿，科学史上前五百年最光辉的名字，无一不是“仰观天文”的人。正因为天文学的革命，才有了牛顿三大定律为基础的力学体系，从而使工业革命有了可能；正因为力学体系对宇宙的重构，拉普拉斯才有可能发现“没有上帝，宇宙也能运行”，从而使“理性代替神学”的启蒙思想有了发动的土壤；也正因为天文学找到了确定经度的方法，大西洋贸易也才有了可能，从而开启了近代经济革命……在人类文明的最重大转折——启蒙运动和工业革命时代到来的18与19世纪之交，一位站在哲学最高峰的智者康德在他最重要的思考总结处说了一句至理名言：“有两样东西，我们愈经常愈持久地加以思索，它们就愈使心灵充满始终新鲜不断增长的景仰和敬畏：在我之上的星空和居我心中的道德法则。”这句话的意思是说：人类的心灵的法则能够理解宇宙运行的规律，就像整个宇宙在我心中一样，这是多么神奇而伟大的力量！毫无疑问，这是对于人类的最高精神和智力成就总是源自浩瀚星空的哲理感言。而康德自己也是一位宇宙理论的探索者——他是太阳系起源的星云说开创者。

　　而20世纪人类文明成就的取得，是与新科技革命分不开的，追溯新科技革命起因，则又不能不追溯到20世纪初爱因斯坦相对论的横空出世，颠覆了牛顿机械论的宇宙。核能、激光、计算机、航天技术这四大当代文明的“元技术”，无一不与相对论有着理论上或人事上的“近亲”血缘关系。

而直接促进了“仰观天文”的理论转化为实用技术的，是二战之后“大科学”的兴起。所谓“大科学”就是以国家或者大公司的组织、资金力量为支持，把成千上万科学家、工程师以及许许多多协调起来，分工合作完成重大课题突破。被称为大科学典范的阿波罗登月工程，又恰恰是用于“天上”的。整个阿波罗计划从1969年开始到1972年结束，历时多年，动员了2万多家企业、200多所大学以及80多个科研机构，总参与人数达30万人。整个工程没有开发一项新技术，全部通过已有技术的集成，就完成了人类登月的壮举。阿波罗最大成果不在于理论的发展，而在于探索成熟理论大规模转化为实用技术的模式。正是由于这些模式的成形，才有了20世纪六七十年代大量科学家和工程师“从阿拉莫斯到华尔街”的转型，来自天空的理论变成金融实践的利器所带来的金融革命，为20世纪90年代之后的“新经济”创造了可能。

　　可见，宇宙不但是人类精神前进方向的永恒指引，也是支撑人类经济前进、科技进步的“总源头”。（其实这也是投资基础科学研究的意义所在，个人观点非作者的）因此，美苏冷战时期，最大的竞赛方式，就是把大把大把经费投入到看似“只有投入没有产出”的太空竞赛，从1957、1958年苏美竞相发射第一颗人造卫星，1961、1962年各自把第一名航天员送入太空到1969年美国阿波罗11号飞船登月、1981年美国第一架航天飞机哥伦比亚号升空，人类开创了走进太空的新时代。也就是这个时代，经济从工业时代飞速进入了信息时代，而探索天空的技术，无疑是这场巨变的“火车头”。航天，也成了大科学时代的象征。值得我们高兴的是，随着神舟五号的升空和嫦娥一号的“奔月”，中国也有了自己的科技进步“发动机”。

　　走进太空之后，当代人类对“天”的探索已经进入了科学考察与探索和平利用方式的新时代，宇宙起源、生命起源与近地空间科考成为三大主题。其中，选址中国贵州，建造面积达1平方公里的射电望远镜阵列的SKA计划，将与美国的哈勃太空望远镜一起，成为探索宇宙起源的领先项目。而从美国1962年启动的“水手”探测器计划探测金星开始，到今年1月赫尔墨斯“星使”发回水星“暗面”照片，数十颗行星和彗星探测器表明：大科学的探索正取代书斋中的冥想，成为人类“仰观天文”的主要方式，而他们也可以看作是人类未来大规模进入太空的“先驱者”。

　　有观察家预言，“信息革命”之后，人类将迎来“第四次浪潮”——太空时代。太阳能等新能源的开发可以看作这一浪潮的前兆，而随着月球上存在水源的确实证据的取得以及“月球南极永久基地”计划的提出，太空时代的到来似乎已出现一缕曙光。

与沈阳同好的会面与交流

Tue, 17 Apr 2007 15:18:57 GMT

4.14号，凌晨3点多赶火车去了趟沈阳，跟一去参加招聘会的同学一起去的，我上午也在招聘会待了一上午，但此次目的是为了参加当天晚上的一天文同好的观星活动。为了此活动，我拒绝了一家公司的应聘面试，但是我觉得值！真他娘的值！不好意思，一激动就不太文明了。

直接说正题，不多说去白清寨的农家的途中，也不多说一些准备工作，更不多说下午还坐车小小的兜了一次风！就从镜子说起！

我没什么设备，仅有一前年买的一便宜货，双筒的7*50的镜子，没什么名字，应该是军用的；还有一花了大半奖学金的带镜头的MP4，像素400万，数码调焦2倍的。我应该是最早拿出自己镜子看风景的人，当其他人拿出自己的装备时，我傻眼了。牛，真牛！（因为对镜子接触的时间少，很多仪器叫不上名来，咱也就不现眼了）只知道老皮的镜子最昂贵，最帅！其次的应该是党3的，他二人的镜子功能差不多，只是价格上有些差异，但是到了晚上真正观测时，老皮的镜子有点不争气了！还有其他同好的大炮式筒镜，有博冠、天狼、天极等。我最喜欢的应该是深蓝大哥自己制作的牛反了。镜片是一北京磨镜高手帮他磨的，其他的基本都是他自己设计的。虽其貌不扬，但性能应该是最好的（起码我是这么认为的），我用这个镜子重点看的对象是土星，因为没有自动跟踪设备，所以我就一直手动跟踪，不过中途由于一些原因也跟丢了好几次。但再次找回土星时都是他们找的，这也就是我跟他们的差距，这里面不仅仅需要耐心，也需要一些基本功。看来应该弥补此不足。

我不能说自己的知识知道的很多，但由于在寒假中我曾花了一些时间查看冬季星图，所以对于前半夜的星空我还是有点了解。而我又没自己的好镜子，所以我也就只能耐心的跟两位家长及小朋友讲解星座的相关位置及知识，还有关于恒星与行星的区别。这让我对自己有点信心，可铭儿的“你普通话发音太差”又给了我一定的打击。哎，看来我要想当老师就必须弥补这个缺陷了。

由于傍晚时下了一场雨，导致了午夜时分天气很冷，我虽然穿了一件袄，但还是扛不住这么冷的天气。再加上一些潮气，镜片上的水分也导致了今晚的观测应该会有一些遗憾。我由于连续将近24个小时没休息，感觉也有点疲惫了，还有其他人的镜子都拿回了房间，我也只好拿了一位小朋友的观星指南的书“相拥而睡”了。其他人也陆陆续续的睡着了。只有老皮和一辽大同好坚持了一通宵的观测。他们的执着态度需要学习，更应该懂得要想晚上有个好的观测，之前的休息也是必需的。毕竟上了“岁数”，精力有限啊！这也是通过这次活动学到的！

第二天早晨，其他人什么时候起来的我全然不知，睡的太死了，也是太累了，当我起来时，他们都已经准备收起设备了，起来后有一种服罪感！为什么自己这么爱睡！哎！后悔死了，后来一想，自己应该是最累的，毕竟半夜坐车赶去沈阳，24小时没合眼，这样的话好象也不为过哈。

至于回来的事就不赘述了，此次的结果是老皮跟辽大的猎户23拍到了好的照片，弥补了我在睡梦中没有看到的天象。

在此期间我也拍了好几张照片，不过都是人物景，但是回学校时相机借给铭儿了，只能等几天以后把照片弥补上来了！

太晚了，也累了，匆忙之间赶写的日志水平肯定很次！但还好，进来看的人不多，献丑了也没多少人知道。呵呵，到此告一段落了！

原初黑洞（选摘）

Sun, 22 Oct 2006 13:37:23 GMT

                                   原初黑洞
    　
团块
    让我们返回到宇宙的极为遥远的过去，即150亿年以前。刚刚形成的宇宙并不是一
种均匀平静的“汤”，由于微小涨落的激发，物质在自身引力作用下趋于聚集成团块。
但是，像炉子里的蛋糕一样，宇宙由于大爆炸的力量而在膨胀。这种总体膨胀与局域凝
聚之间的对立是当代物理学最大的问题之一：某些团块究竟是怎么发展成星系的呢？似
乎宇宙的膨胀终究应该足以阻止局域的凝聚，以至于在宇宙的历史上，没有任何星系、
恒星、行星以及处在这个链条终端的生命能够出现。
    星系的存在“实验”地证明，原初宇宙中的某些涨落能够增长，并与整体膨胀相脱
离。在这种凝聚过程中，密度反差，即团块相对于周围环境的质量超出，将无限制地增
大。在初始阶段这种反差很小，即使团块总质量已有几百M时，密度的相对超出也只不
过千分之一。而今天，对同样质量而言，密度反差已在ic万倍以上。引力干得多勤奋！
（太阳型恒星与星际介质的密度反差还要大：10”比1。）
    厨师都知道，在火上搅动一锅酱汁时，小团块比大的更容易形成。因此也有这样的
可能，原初宇宙中那些大幅度的涨落使质量比星系小得多的物质首先凝聚成由引力控制
的物体。正是通过引人这样一种机制，史蒂芬·霍金于1971年建议了原初黑洞的存在。
    前面讲过，由恒星坍缩而形成的黑洞质量在3的量级，对原初黑洞没有这种制约，
各种形状和尺度的黑洞都可以在宇宙早期形成，尤其是大小如基本粒子的微型黑洞。
    有可能由天文观测来检验关于微型黑洞的思想吗？
    　
碰撞中的世界
    无疑地，最好是能在太阳系里找到微型黑洞。霍金提出，微型黑洞能被太阳捕获，
并逐渐地朝日心下落，与人们的直觉相反，太阳不会被这个小黑洞吃掉，小黑洞可以在
太阳里存在很长时间而没有任何可觉察的影响，只有在黑洞迅速增大的情况下太阳才有
危险。而事实上，被黑洞吞噬的太阳物质在消失之前会发出很强的辐射，辐射压对外部
物质的推斥作用将限制黑洞的增长速度。被吞噬的物质流与被释放的能量流相互调节，
使得黑洞周围区域就像一个极其稳定的核反应堆。这个有着“黑心”的太阳将平静地继
续着它的主序生涯，很难觉察到它的活动有什么改变。
    这个独特的方案曾被用来解释地球上探测到的太阳中微子数与核反应理论预言的数
目之间的差异，不过它后来被抛弃了，因为能更好地解释这种差异而又更常规性的机制
占了上风（例如，中微子可能有非零质量，于是由假定零质量所计算的中微子流就会与
观测值不一致）。
    还要指出的是，微型黑洞同我们地球碰撞的可能性是很小的，还不及大陨石撞上地
球的机会大。不过，小黑洞撞击已被作为俄罗斯通古斯卡那场著名灾祸的可能解释之一。
1908年6月30日，西伯利亚的叶尼塞河流域遭到一个自天而降的物体的破坏，伴随爆炸
而来的有光、声和力的现象。冲击波毁坏了周围的大片森林，杀死了数百只驯鹿，1000
公里以外的人听到了声响，窗户被击碎，房屋被晃动，天空被照亮，有一段时间亮得在
高加索都能半夜在户外看书。按照地震仪的记录，爆炸威力相当于1500颗扔在广岛的原
子弹。但是，20年后才对爆炸的地方作科学考察。15公里以内的树木被烧焦，30公里内
的树木被推倒，全都由爆炸中心向外倒伏，但是并没有标记撞击点的陨石坑。
    对这场灾变的起因已经有了许许多多的说法，有的平庸，有的新奇。目前普遍接受
的一种是归于一颗流星，或者更准确地说是一块管星的碎片，一块由冰和石头组成的数
百米大小的碎片，逆着地球转动的方向以50公里／秒的速度落到地面上，就会产生在通
古斯卡所见到的效果。在大气中的蒸发以及大量粒子的注人使得没有一个坑或别的大痕
迹留下。最好的证据来自对在当地收集的碎石的化学分析，那些碎石主要由硅和镍铁块
组成，与管星的成分极为一致。
    然而，这种证据并未能阻止两位美国天体物理学家提出一个根本不同的解释，即一
个微型黑洞穿过了地球，就像一把热刀穿透了黄油，又从地球的与通古斯卡相反的一侧
钻出来，而那一侧却碰上是南大西洋的中央，没有树或是窗户留下见证来告诉人们发生
了什么。
    更深入的分析表明，黑洞在地球中穿过会导致地震波，但是没有观测到；黑洞钻出
来时还会伴随有大气冲击波，这也没有观测到。看来这种漂泊的微型黑洞的解释确令人
难以置信（不过还赶不上反物质块或是遇难的外星人飞船之类的解释那么离奇），只不
过是作为一种宣传材料而已。黑洞专家们是不会从这种宣传中获益的，如果黑洞随处可
以见到，那么反而显得不可信了。
    　
短暂的生涯
    由霍金依据量子力学所揭示的微型黑洞的基本特征，即以黑体辐射形式的质量蒸发，
看来才是探测这类黑洞的主要希望之所在。
    密度涨落理论表明，低质量黑洞只能在宇宙早期形成，而黑洞的质量越小，蒸发得
就越快（黑洞的寿命与其质量的立方成正比）。质量为1吨的黑洞会在10’‘秒内蒸发
光，而质量为100万吨的黑洞则能存在10年。只有那些寿命比宇宙年龄（150亿年）长的
微型黑洞才能维持到今天，这些黑洞的初始质量最少得有10亿吨，这大约是一座山的质
量，而黑洞半径只有10－‘’厘米，同质子一样。
    质量更大的黑洞的蒸发时间就比宇宙年龄要长得多，例如，IM黑洞的寿命大约是10
“年。这个巨大的数字并不出人意外，因为蒸发是一种量于现象，只发生在与基本粒子
直径相当的极小尺度上。因此，对于那些质量比一座山大的黑洞来说，蒸发是完全无关
紧要的，无论这些黑洞是在宇宙早期形成的还是后来在超新星爆发时形成的。实际上，
大黑洞质量增大的速率超过蒸发的速率。现在的问题是，目前正在蒸发的黑洞应当有多
大的初始质量。
    要回答这个问题，首先要明白，黑洞并不是存在于完全的真空里，而是处在具有一
定能量的媒介物质之中。介质的能量至少等于作为原初大爆炸遗迹的宇宙微波背景辐射
的能量。这个宇宙“浴池”的温度是开氏27度。按照热力学定律，那些今天仍存在的原
初黑洞中，只有质量小于10’‘克的（相当于月亮的质量，而半径只有0．l毫米）才能
有高于开氏27度的温度，因而才能蒸发，把能量给予周围介质；而质量更大的黑洞则只
会吸收宇宙能量而增大自己的尺度。总之，质量小于矿5克的黑洞已经蒸发掉了，质量
在1015克到1026克之间的黑洞现在正在蒸发，而质量在1026克以上的，包括由恒星演化
形成的“第二代”黑洞，则都正在增大。
    　
最后时刻
    怎样才能观测到一个质量适当因而正在蒸发的黑洞呢？霍金的计算表明，在最后的
议1秒，蒸发变成爆炸，黑洞被突然地摧毁，其质量被转变成能量。这种能量以一种高
强度的伽玛射线爆发的形式消散，至少原则上距离为30光年以内的伽玛射线暴是可以探
测的。
    由第一章　中的表1可以看到，伽玛辐射所转移的能量平均要比可见光辐射强100万
倍。这种辐射因而有着强穿透性，如果不”是被地球的上层大气阻挡，它对地球上的生
物将有致命危险。观测宇宙伽玛辐射的一种方法正是把大气本身作为探测器，伽玛射线
光子在穿过大气上层时，会把自己的能量转变成物质，产生粒子和反粒子的簇射。这些
粒子在产生的瞬间的运动速度等于真空中的光速，因此就比在空气中穿过的光还要快。
这种“超相对论”粒子进人地球的电磁场，类似于超声速的飞机那样，也会形成冲击波，
不过不是产生声撞击，而是产生一种可见光闪耀，称为切论可夫（Cerenkov）辐射。这
种辐射很容易在地面上探测到，因而长期以来被用以测量从宇宙空间到达地球的伽玛辐
射流。
    由切伦可夫“光”探测到的伽玛辐射暴平均每年有几次，但是，它们并不具有微型
黑洞爆发的特征。当然，微型黑洞并不是天空中唯一的伽玛辐射源，事实上，除了这种
突然的辐射爆发外，还有一种强度较低的连续伽玛辐射已被在大气以外运转的卫星上的
仪器探测到。这个重要的发现表明，许多天文现象都能向星际空间发射高能辐射。关于
这种弥漫的背景伽玛辐射的起源还在争论之中，不过多数人相信是由中子星（见第16章）
这样的致密星，或者在更大得多的尺度上由活动星系核所产生的。
    尽管如此，仍可能有许多微型黑洞已在不久前爆发，并为背景伽玛辐射作出了部分
贡队一个名为SASZ的卫星已对弥漫伽玛辐射作了精确测量。这种辐射的强度非常低，即
使假设全都是来自黑洞爆发，平均说来每立方光年体积内包含的原初黑洞也不可能多于
200个。这样看来，最靠近地球的做到黑洞也在远离太阳系的地方。
    原初黑洞的真实密度还要小得多，因为可以作出比基于伽玛辐射的推断更为严格的
限制。微型黑洞爆发时发射的粒子将与银河系的磁场作用，产生出特征射电波。由于对
射电波的探测比对伽玛辐射要容易得多，微型黑洞的爆发应当能用大型射电望远镜探测
到，然而却从来没有过。这一事实对微型黑洞爆发的额度作出了一个很严格的限制：平
均每立方光年体积每300万年里不可能超过一次。
    总之，质量像一座山的原初微型黑洞可能存在，但是极为稀少。
    　
引力幻景
    微型黑洞爆发的踪迹难寻，并不排除质量超过10”克因而尚未爆发的原初黑洞的存
在。这样的黑洞又怎样探测呢？
    由第10章中描述的“照明”实验已经看到，即使是一个完全孤立的黑洞也能使来自
遥远源的辐射聚焦，起着“引力透镜”的作用。
    假设地球、一个黑洞和一颗恒星碰巧排在一条直线上，按照广义相对论定律，黑洞
附近的时空弯曲将使来自远处恒星的光在到达地球之前沿几条可能路径之一运动（图
56）。于是，望远镜就必然会看到同一个光源的几个像：一个对应着弯曲最少的光线的
“主”像，以及若干个对应着弯曲较严重的光线的“次”像。这种表观像相对于真实像
的移动就叫做引力幻景。
    有时在沙漠里可以见到的幻景是这样造成的：由沙里散发出的热使不同层次空气的
温度得到不同的升高，因而不同气层就有不同的折射率，由沙所反射的光线就会沿不同
的路径到达远处的旅行者，于是就会形成各种神秘的幻景，可以被看作是绿洲、城市或
是海洋，完全取决于旅行者最想看到什么。
    探测由宇宙空间的弯曲所造成的引力幻景无疑要困难得多，不妨先考虑一下银河系
外的巨型黑洞的情况。远处的源，例如类星体或宇宙背景辐射（这种辐射的确是唯一的
在天空中到处都存在的电磁辐射源），就可能会被黑洞的引力透镜效应所影响。
    天文学家已经掌握了一批引力幻景给出类星体多重像的实例，但是，造成这些幻景
的并不是巨型黑洞，而只不过是中介星系而已。所有的物质集结都能使时空连续体出现
一定程度的弯曲，因而都能起引力透镜作用。大多数测量（像的分离等等）只能给出透
镜的质量，所以如果透镜本身没有被探测到，当然就不可能说出那究竟是个巨型黑洞还
是个暗弱的星系。
    1985年，一对名为哈利德（Hazard）1146＋lllB和C的类星体在天文界引起了轰动。
它们的红移乍看起来是相同的，因而很像是同一个天体被一个插入透镜造成的双像。但
是与其他引力幻景不同的是，哈利德1146＋fll有着极大的角分离：2．6角分，比已知
的其他多重类星体要大20倍。如果它们确是同一个天体的像，引力透镜的质量就得相当
于几千个星系。
    有三种类型的天体可以成为这种大质量的透镜：极密集的星系团，“超巨型”黑洞，
以及“宇宙弦”。没有任何观测证据显示在这个方向上座落有星系团。“宇宙弦”是基
本粒子理论家发明的一种优美构造，这是一种在宇宙的最初时刻形成的、很长而半径几
乎为零的弦，能够输送引力能。但是．没有任何实验方案可以用于证实这种东西的存在，
或是证实这个理论的合理。于是只剩下黑洞，它反而成了最少离奇性的解释。哈利德
1146＋111的情况所需要的黑洞质量在”2到10”M之间，而且只能是原初黑洞，这个巨
大的质量远远超出黑洞学家的想象
    但是在接受这种极端的解释之前，必须肯定哈札德1146＋111的确是引力幻景。更
精确的测量表明，它们的光谱并不一样，也就是说这两个像并不是源于同一个类星体，
而是相互靠得很近的两个类星体。这是宇宙弦和超黑洞的梦的终结。这里细述这个故事，
只是想说明科学研究中常有这种混乱。一个轰动性发现的宣布（并引起新闻媒介的注
意），其背后常常只是对不精确的资料作了错误的解释，随后所作的更好的测量又把这
个发现送回到“正常”的行列，从而再次证明简单性原理的中肯：最“经济”的即最
“平凡”的（没有任何贬义）假设，几乎总是正确的。
    在巨型黑洞之后，再来看看恒星级质量黑洞的情况（包括原初的和后来形成的）。
这种黑洞的直径只有几公里，所以即使是处在我们银河系内并且近到只有几十光年的距
离上，其视直径也会很小，以至与一颗更远处的恒星排成一线的可能性就微乎其微。即
使这种排列真的发生，由黑洞质量所决定的恒星不同像之间的角分离，也会小得使目前
和将来的望远镜无法分辨，那么就毫无希望了吗？不是。因为透镜（即使是微型的）效
应，并不只限于造出多重像，而是还能使像的强度增大，使光谱变形。考虑我们银河系
或邻近星系的晕里的一个微型透镜，它相对于遥远的（因而被看作是固定的）类星作背
景就有很缓慢的运动，排列成线的可能性就不再是可忽略不计的了，引力幻景就会使类
星体的光度和光谱出现短暂的变化。这个主意还挺不错，以至于有些学者把整个一类有
活动核心的星系（见第对章）都解释为微型透镜的积累效应。几个深入细致的观测计划
正在进行之中，其目的主要倒不是探测恒星级黑洞，而是要证实在星系晕里聚集着大量
很小而暗弱的恒星。
    　
暗物质
    现代宇宙学尚未解决的问题之一是所谓下落不明的质量。对星系运动的观测表明，
“可见”物质（无论是在光学、射电、红外或X射线波段可见）只占总质量的一部分。
可以举一个简单的例子来描述这个问题。许多星系聚集成团，形成束缚的引力结构，并
不散开到周围的宇宙介质里。如果这些星系团只由可观测到的单个星系和星系际气体组
成，则引力将不足以使它们聚集在一起，因此就必然存在暗物质，在电磁辐射这种形式
上是不可见的，但是能提供引力以维持星系团的存在。
    黑洞显然是这种暗物质的候选者（最新的说法是“褐矮星”，有时被不大礼貌地称
为“衰败星”，指的是质量小到只有太阳的百分之一，因而核心不能发生热核反应的暗
弱天体。关于微透镜的观测计划的基本目的正是要找到这种星），但是，各种由观测得
出的制约排除了大量巨型黑洞聚集的可能性（如在第门章将要看到的，很可能所有星系
的核心都有一个质量很大的黑洞，但要解决下落不明的质量问题，在星系核外就还得有
许多巨型黑洞）。比如说，如果质量远大于100万M的黑洞存在于旋涡星系的晕里，即在
聚集着绝大部分可见物质的星系核球和星系盘（见第17章）之外，这种黑洞的存在将至
少会以两种方式表现出来：第一，它们将作为引力透镜而使遥远恒星的像多重化；第二，
它们将使星系盘中恒星的速度增大，因而使盘变厚。然而这些现象都从未被观测到。
    另一方面，质量为100万M的原初黑洞存在的可能性并未被排除。绝大多数星系都是
在宇宙历史的早期形成的，其核心的黑洞也可能是原初型的，甚至有可能黑洞正是使星
系得以形成的种子。

亚哥的想法

Sat, 24 Jun 2006 01:40:22 GMT

亚里士多德提出我们之所以看到发展处于这个情形，那是因为洪水或者其它自然灾害，不断重复地让文明回复到萌芽阶段。

难道真如他所讲，熵的增加就是为了让宇宙回到初始阶段吗？要真是的话就好了，到熵增加到一定极限的时候我们就又可以有原始的那些能量了...

想想还是比较乐观的，如果他说的是对的话...

黑洞宇宙

Sat, 20 May 2006 14:19:31 GMT

我们已经寻找了比原子还小的微型原初黑洞的光亮，我们已经看到了半径为10公里上下的恒星级黑洞的诞生，我们也已经同尺度像太阳系那么大的巨型黑洞打过了交道，只剩下一个问题要问：可能的最大黑洞是什么？答案是现代科学中的一个最惊人的设想：宇宙本身。

　　要弄懂为什么这个答案并非妄言，必须介绍一些宇宙学的基本知识。现代宇宙学家已经超越了人类为求得一个可认识和无疑虑的宇宙图像所编过的神话和所作过的玄想，他们有三个观测事实，在对之作了仔细的物理解释后，就能据以反推出宇宙的过去历史。星系的运动，轻元素（指氢、氛和氦，它们不是在恒星中产生的）的相对丰度，以及均匀的宇宙辐射，全都表明宇宙在自极高密、极高温的大爆炸状态以来的150亿年中一直在膨胀。

　　观测已经提供了对宇宙历史的透视，然而只有理论才能猜测宇宙的未来。由于决定大尺度物理结构的是引力，爱因斯坦广义相对论给出了与过去的状态相符的宇宙学模型。关于将来，则有两个可能的解答：一个膨胀再收缩的宇宙，在时间上和空间上都是有限

的；或者是一个无限地膨胀的宇宙（与某些宇宙学家也有的流行观念相反，宇宙在时间上的无限并不意味着在空间上的无限）。

　　宇宙中物质的平均密度决定着宇宙未来的命运。如果密度小于临界值10《’克／立方厘米（相当于每立方米的空间里有六个氢原子），”则宇宙的引力场不足以束缚住物质，宇宙将继续无休止地膨胀。相反，如果平均密度大于临界值，则引力终将使宇宙停

止膨胀并重新收缩，在1000亿年内宇宙将坍缩成一种与大爆炸相反的状态，不妨叫做大挤压。

　　无论宇宙的最后命运如何（宇宙密度的实际测量值稍小于临界值，但还不能由此得出“开放”宇宙的结论，因为并非所有的物质都已被观测到），黑洞都将是其中的主角。普林斯顿高级学术研究所的弗里曼·戴森（Freeman Dxson）和伦敦大学的雅玛尔·伊思兰（Jamal Islam）已经研究了持续膨胀的宇宙的长时期演化（见伊思兰的著作《宇宙的最终命运》入剑桥大学出版社1983年）。虽然宇宙已经存在了150亿年，这种长时间的物理过程尚未开始，但迟早将会来临。在大约102’年里，所有已熄灭的恒星都将聚集在星系中心，成为10’他弹量的大黑洞。星系团中星系轨道运动的能量也将由于引力辐射而消散，在大约1031年里星系都将落到团的中心，并聚合成10”Mpe量的超巨型黑洞。在更大得多的时间尺度上，反过程即黑洞的量子蒸发将会发生。恒星级黑洞将在10e’年里蒸发光，星系级巨型黑洞需要100’年，超巨型黑洞则需要10’历年。作为能

量和滴的最后蓄积，黑洞将变得与白洞类似，把自己的物质散布到膨胀的宇宙中（以“合格”的黑体辐射的形式）。

　　戴森最后问自己，面对宇宙不可避免地变得稀薄和冷却这种不利的条件，高级文明能否通过从黑洞中提取能量来无限期地维持生存？这个设想使人回忆起一些典型的科学幻想故事，而与现代粒子物理的一个预测相抵触，那就是，质子并不是永存的，而是会

在大约收‘年后衰变（现有实验并未证实关于质子寿命的这个预测）。那么，远在黑洞开始释放其能量之前，所有的物理结构和生命组织就都已消亡。

　　现在来考查一下时间上和空间上都有限的膨胀一收缩宇宙的后果。使宇宙成为一个闭合系统所需的最低密度是一个质量1023M，半径为400亿光年的黑洞的平均密度（黑洞的平均密度是随其半径的增大而减小的），而对我们的宇宙而言，光所走过的最大距离不超过150亿光年。这就是说宇宙是在其史瓦西半径之内，能由此得出结论说我们是生活在一个极其巨大的黑洞内部吗？

　　更深入地作一番考虑，就会发现有一系列的理论证据支持黑洞宇宙的假设。请读者回想图47这一智力杰作，即是一颗坍缩的球形恒星内部和外部的时空图。外部是史瓦西几何片，而内部的几何则有赖于恒星物质的状态方程。广义相对论证明，如果恒星类似于一团压强为零、密度均匀的球状“云”，即类似于充满于宇宙的星系气体，则云的内部几何（图中的斜线区）与闭合宇宙的几何完全一致，而且内部和外部几何在云的表面完好地相连接。

　　另一方面，闭合的膨胀一收缩宇宙也有一个视界，即这样一个时空边界，在其之外的事件是我们所不可联络的，因为那些事件的光信号不能到达我们这里。这个宇宙学视界（不要与粒子视界相混淆，后者是指在一个给定时刻宇宙中可观测部分的空间边界）是与将来奇点（即大挤压）相联系着，从内部看，它就像黑洞视界从外部看时规定着黑洞的边界一样（事实上闭合宇宙的最大半径与它在外部观测者眼中的史瓦西半径精确相等）。

　　因此可以想象，如果宇宙是闭合的，就必定有一个外部世界，我们的宇宙是其中的一个隐藏在黑洞内的区域。显然，如果这（仍令人迷惑不解的）假设能得到证明，宇宙学将展开一个全新的领域。

　　例如，科学家们首先想知道的是，我们的宇宙是怎样成为一个黑洞的。它是外部宇宙中的一个原初黑洞呢，还是由一个102M质量的“超级恒星”的目力坍缩而形成的呢？这样看来，外部宇宙就不是真空，那里的星系（或许是由我们完全不知道的物质组成的）

可以整个地掉进我们的宇宙。

　　宇宙作为一个黑洞的最吸引人的结果将是黑洞内物质完全出乎意料的行为。广义相对论指出，恒星在史瓦西半径以内的引力收缩必定以中心奇点为终结。但是，广义相对论是不完整的。由于没有量子引力理论，我们必须承认对支配黑洞内物质行为的定律际上一无所知。膨胀一收缩的黑洞宇宙似乎暗示着，黑洞内的引力坍缩可以在奇点之前停止。物质的某种最后阻抗，例如一种只在很小距离上才显示出来的强排斥作用，可能造成坍缩恒星的物质“反弹”，类似地，整个宇宙就在极密状态和充满史瓦西球内部的膨胀状态之间无限地振荡。这种行为可能有一天会在所有基本相互作用的统一理论中出现，在这种理论中引力奇点已被消除。

　　黑洞宇宙理论最后提出的问题是关于我们宇宙的唯一性。我们的封闭宇宙相对于外部宇宙是处于什么地位呢？也许可以有一个套一个的宇宙等级，也就是黑洞之中又有黑洞。最新的物理理论允许这种“气泡宇宙”的存在。

　　这些有点过度的猜测更像是幻想而不是真实。它们在学术机构的研究工作中并不怎么受重视，因为它们实在延伸得超出我们的实际知识太远，而对科学的真正进展又没有什么帮助。或许有一天我们能拥有赖以回答这些问题的理论工具，但是我们决不要欺骗自己：所有这些理论都建立在想象之上，而现实常常与想象大不相同。为了抓住真实世界的哪怕是一个碎片，我们必须用自己的脑和手工作，作千百次的测量，而不是依靠那些过于优美的主意

和理论。

　　到此为止，我们学到了什么东西呢？我想是的，黑洞的出现无疑标志着一场革命的开始。这是变化着的思想和理论世界的革命，也是恒星、星系和宇宙本身的命运正在缓慢地展示出来的真实世界的革命。但是所有的革命都有隐藏的危险。作为毛里斯·梅特林克（Maurice Mae比rlink）一句格言的释义，黑洞一词仍然常常只是掩盖我们无知的一件豪华伪装。

黑洞基本知识

Fri, 19 May 2006 15:23:38 GMT

黑洞和宇宙学的研究是具有重大意义的。基本粒子，天体演化和生命起源是当代自然科学研究中的三大课题。黑洞和宇宙学的研究与基本粒子，天体演化的研究有密切的关系。特别是黑洞的研究涉及到一些根本性的问题，有助于我们更深入的认识自然界。

到底嘛是黑洞呢？第一个提到黑洞思想的人是18世纪的著名法国数学家拉普拉斯。他与1795年根据牛顿的万有引力定律通过计算得出：当天体的质量很大时，其引力将极其强大，如果其上的“逃逸速度”大于光速，则光也不可能从这样的天体上射到外部空间中去。外部的观察者就看不到该天体发出的光，因而认为该天体是“黑”的，这就是一个“牛顿黑洞”。很容易得出“牛顿黑洞”的半径是RN=2*（G*M）/R

在爱因斯坦提出广义相对论的场方程之后，1916年施瓦兹西尔德得到了球对称的施瓦西解。其半径与“牛顿黑洞”半径相同。由解此方程得到的黑洞称为“施瓦西”黑洞。

由上面的半径公式我们还可以算出黑洞的密度。质量越大时黑洞的密度越小，当黑洞质量达到银河系的质量时其密度为0.00000078克/立方厘米。原因是黑洞质量是与半径成正比的。但一般的球体的质量是和半径的三次方成正比的。所以黑洞的半径随质量的增加而增加的特别快，体积就增加的更快了。结果就导致了密度随质量的增加反而迅速的下降。

今天先写到这里吧，还有一些关于奇点的知识下次再写吧。好累啊今天，先休息了，不然就对不起这双打架的眼睛了。

晚安，武子...

立体角

Sun, 07 May 2006 14:31:50 GMT

点状物体辐射通常是以球面波形式向外均匀传输能量。为定量化地在一个方向上的某个面接受到的辐射能量的大小，引出立体角概念。

定义：B=(s*4*pi)/(4*pi*R*R)为立体角

即辐射球面上的一个面S占全部球面，如此称为立体角。

今天建模论文终于结束了，写这个的最大感受就是：来大学里真的没有学到什么实用的东西！好郁闷啊，怎么办啊？只有努力！不要被外部环境所困扰！

关于天文同好

Sat, 06 May 2006 15:40:00 GMT

昨天晚上在天文群里跟一些同好聊了不少啊，跟他们聊天真的很爽啊！起码在精神上是一种另一种意义上的解脱！在里面聊天可以使我忘记不少烦恼啊！今年的5.1自己过的，虽说挺忙的没有感觉到无聊，可要是真闲一会儿的话真不知道干吗啊！那个时候真想找个人说说话啊，这也只能是想想罢了。...？？？

完了完了，看来真的老了，昨天想要写的东西现在全忘了，怎么记性就这么差啊？郁闷拉！明明是记着要昨天聊天感受记下来现在却没有那种状态了，好是悲哀，好是悲哀啊！

今天，去饭店帮忙，很渴，脚有疼，还带着个不好意思吃那么多，没吃饱！郁闷！

论文，剩下最后一题了，明天要解决掉它了！总体感觉不是太好，看来以后真该需要加强这方面了！一定，一定...

恒星光谱分类

Sat, 29 Apr 2006 01:40:18 GMT

20世纪初，美国哈佛大学天文台已经对50万颗恒星进行了光谱研究。并对恒星光谱根据它们中谱线出现情况进行了分类。结果发现它们与颜色也有关系，即蓝色的“O”型、蓝白色的“B”型、白色的“A”型、黄白色的“F”型、黄色的“G”型、橙色的“K”型、红色的“M”型等主要类型。实际上这是一个恒星表面温度序列，从数万度的O型到2-3千度的M型。丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素，根据恒星光谱型和光度的关系，建起著名的“光谱-光度图”，也称“赫-罗”图。大部分恒星分布在从图的左上到右下的对角线上，叫主星序，都是矮星。其它还有超巨星、亮巨星、巨星、亚巨星、亚矮星和白矮星等类型，而这一不同类型表示了它们有不同的光度。赫--罗图是研究恒星的重要手段之一。它不仅显示了各类恒星的特点，同时也反映恒星的演化过程。在恒星的光谱分类中，O、B、A型称为“早型星”；F和G型称“中间光谱型”；K和M型称为“晚型星”。20世纪90年代末期，天文学家越过M型把恒星光谱分类扩展到温度更低的情况，先提出了新的L型，继而又提出了比L型温度更低的光谱分类T型。