APP 在遙遠的宇宙中，星系演化、黑洞和神秘的宇宙膨脹塑造了我們所知的時空。第六部分將帶你走進這充滿神秘的領(lǐng)域，從宇宙的起源、膨脹到黑洞的熾熱能量，了解科學家如何揭示這個宇宙的奧秘。
望遠鏡：看見遠方，穿越歷史
當你抬頭仰望星空，實際上看到的是遙遠過去的光景。由于光需要時間才能到達地球，我們觀測到的一切都來自于過去。例如，距離我們9光年的天狼星，其光芒到達地球已花費了9年。如果某一天天狼星消失了，我們要等9年后才會察覺到！
天文學家在觀察中發(fā)現(xiàn)，遠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。
在宇宙觀測中，科學家注意到一個奇怪現(xiàn)象——遠方的星系光譜向紅端偏移，仿佛這些星系在遠離我們而去。這個現(xiàn)象被稱為“紅移”，最初被認為是星系的多普勒效應(yīng)，即類似于火車鳴笛時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展。
在宇宙的“時光倒流”之旅中，科學家們還發(fā)現(xiàn)了一種極為明亮的天體——類星體。類星體光芒強烈，看上去應(yīng)該離我們很近，但它們實際上遠在幾億光年之外。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，還有“活動星系”，其能量輸出遠超普通星系，顯示出劇烈的活動跡象。類星體和活動星系的存在讓科學家認識到，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
科學家們逐漸接受了宇宙膨脹的概念，但其來源為何？著名科學家伽莫夫提出了“火球模型”：早期的宇宙就像一個熾熱的核火球，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，并被證實描述了宇宙誕生的真實過程。
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)。他認為，宇宙最初只是一個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，它們在漫長歲月后可能會變成白矮星、中子星或黑洞。黑洞是宇宙中最奇異的天體之一，擁有極強的引力，連光都無法逃脫。物理學家霍金研究黑洞輻射時發(fā)現(xiàn)了黑洞溫度的新奇現(xiàn)象。
在這項研究中，我的科研團隊探索了黑洞表面溫度的計算方法。即使黑洞溫度不斷變化，甚至形狀不對稱，我們的方法也能準確測出不同時間點的黑洞溫度，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?？茖W家們通過不斷觀察、計算和模型構(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)于黑洞和時空的奧秘。在這條探索之路上，每一個發(fā)現(xiàn)都是科學的勝利，而每一個問題也將激勵我們繼續(xù)前行。
文章由科普中國-創(chuàng)作培育計劃出品，轉(zhuǎn)載請注明來源。
作者：《趙崢教授解讀物理世界》今朝文化 科普創(chuàng)作團隊
審核：周曉亮 北京交通大學物理學實驗室高級工程師
