APP 在遙遠(yuǎn)的宇宙中，星系演化、黑洞和神秘的宇宙膨脹塑造了我們所知的時(shí)空。第六部分將帶你走進(jìn)這充滿神秘的領(lǐng)域，從宇宙的起源、膨脹到黑洞的熾熱能量，了解科學(xué)家如何揭示這個(gè)宇宙的奧秘。
望遠(yuǎn)鏡：看見遠(yuǎn)方，穿越歷史
當(dāng)你抬頭仰望星空，實(shí)際上看到的是遙遠(yuǎn)過去的光景。由于光需要時(shí)間才能到達(dá)地球，我們觀測(cè)到的一切都來自于過去。例如，距離我們9光年的天狼星，其光芒到達(dá)地球已花費(fèi)了9年。如果某一天天狼星消失了，我們要等9年后才會(huì)察覺到！
天文學(xué)家在觀察中發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)處宇宙的星系密度比我們本地區(qū)域更大，這意味著在遙遠(yuǎn)過去，宇宙中星系的分布更加密集。這一現(xiàn)象表明，宇宙可能正處在持續(xù)的膨脹過程之中。
在宇宙觀測(cè)中，科學(xué)家注意到一個(gè)奇怪現(xiàn)象——遠(yuǎn)方的星系光譜向紅端偏移，仿佛這些星系在遠(yuǎn)離我們而去。這個(gè)現(xiàn)象被稱為“紅移”，最初被認(rèn)為是星系的多普勒效應(yīng)，即類似于火車鳴笛時(shí)聲音隨距離而變化的效果。然而，現(xiàn)在我們知道，這種紅移并不僅是簡單的速度效應(yīng)，而是宇宙膨脹的結(jié)果，說明宇宙在整體上不斷擴(kuò)展。
在宇宙的“時(shí)光倒流”之旅中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一種極為明亮的天體——類星體。類星體光芒強(qiáng)烈，看上去應(yīng)該離我們很近，但它們實(shí)際上遠(yuǎn)在幾億光年之外。類星體似乎出現(xiàn)在宇宙早期，現(xiàn)在我們附近的宇宙中幾乎已不存在。
同時(shí)，還有“活動(dòng)星系”，其能量輸出遠(yuǎn)超普通星系，顯示出劇烈的活動(dòng)跡象。類星體和活動(dòng)星系的存在讓科學(xué)家認(rèn)識(shí)到，星系也在不斷演化，呈現(xiàn)出不同階段的樣貌。
宇宙大爆炸模型的誕生
科學(xué)家們逐漸接受了宇宙膨脹的概念，但其來源為何？著名科學(xué)家伽莫夫提出了“火球模型”：早期的宇宙就像一個(gè)熾熱的核火球，不斷膨脹、冷卻，逐漸形成了今天我們看到的星系和星體。這一“火球模型”因爭議一度被戲稱為“大爆炸模型”，卻反而成為了主流觀點(diǎn)，并被證實(shí)描述了宇宙誕生的真實(shí)過程。
勒梅特最早提出的“宇宙蛋”設(shè)想也為大爆炸理論奠定了基礎(chǔ)。他認(rèn)為，宇宙最初只是一個(gè)乒乓球大小的熾熱物質(zhì)，逐漸膨脹，成為我們?nèi)缃窨吹降暮棋钪妗?/p>
恒星并非永恒不變，它們?cè)诼L歲月后可能會(huì)變成白矮星、中子星或黑洞。黑洞是宇宙中最奇異的天體之一，擁有極強(qiáng)的引力，連光都無法逃脫。物理學(xué)家霍金研究黑洞輻射時(shí)發(fā)現(xiàn)了黑洞溫度的新奇現(xiàn)象。
在這項(xiàng)研究中，我的科研團(tuán)隊(duì)探索了黑洞表面溫度的計(jì)算方法。即使黑洞溫度不斷變化，甚至形狀不對(duì)稱，我們的方法也能準(zhǔn)確測(cè)出不同時(shí)間點(diǎn)的黑洞溫度，為理解黑洞的“霍金輻射”現(xiàn)象提供了新工具。
從大爆炸到黑洞輻射，宇宙充滿了未解之謎。科學(xué)家們通過不斷觀察、計(jì)算和模型構(gòu)建，逐步揭開宇宙的歷史與本質(zhì)?；蛟S在未來，我們還將看到宇宙演化的新證據(jù)，理解更多關(guān)于黑洞和時(shí)空的奧秘。在這條探索之路上，每一個(gè)發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)的勝利，而每一個(gè)問題也將激勵(lì)我們繼續(xù)前行。
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作者：《趙崢教授解讀物理世界》今朝文化 科普創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)
審核：周曉亮 北京交通大學(xué)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師
