科学家为了搞明白世界那些神秘事儿,可没少下功夫。2008年9月27日那天,翟志刚就成了第一个出舱溜达的中国人。他那一小步啊,对咱中国人探索太空来说,那可是老大的一步。等回到地球呢,翟志刚说,当时瞅着地球和飞船都在空中悬着,自个儿也在那儿飘着,心里真担心地球一飘就跑没影了,自己可就回不来喽。从太空里看啊,不只是地球,像太阳、月亮这些天体都在天上飘着呢。地球这质量大概是5.97乘以10的24次方千克,算下来差不多是60万亿亿吨。瞧见这数儿,好多朋友心里肯定都犯嘀咕,地球这重量到底是咋算出来的呢?
1896年的时候,亨利·贝克勒尔瞅见了元素的衰变。后来的科学家把不同元素的半衰期都给算出来了。卢瑟福呢,就照着铀样本的衰变期算出地球已经存在5亿年了。嘿,这答案可不对呢,不过就当时的科学和思想来说,知道地球这么老,那也是够让人惊掉下巴的。一直到20世纪的1953年,克莱尔·彼得森从陨石上测出来地球已经有45亿年了。陨石可是太阳形成时候的原始材料,挺有说服力的。随着科学不断进步,也证明这岁数靠谱。科学家琢磨着,地球是在太阳之后诞生的。大概50亿年前,太阳系那叫一个乱哄哄的。太阳诞生之后,把周围大量物质都给吸走了,所以太阳的质量占了太阳系总质量的99.86%。
太阳系里剩下的八大行星还有别的物质啊,总共也就占了太阳系总质量的百分之0.14呢。就这占比,您就能瞧出来太阳的质量那是老大了。嘿,这么沉的天体,咋就能在天空里飘着呢?1687年的时候啊,特有名的物理学家牛顿,在【自然哲学的数学原理】里头,头一回把万有引力定律给讲明白了。按照牛顿这万有引力定律来说啊,随便哪两个物体之间都有引力。这引力大小呢,跟物体的质量是成正比的,跟它们之间的距离是成反比的。说大白话就是,地球有质量,就产生了引力,这引力就把东西都吸到地球表面上来了。牛顿可厉害喽,头一回就把人类对天体运动和普通运动那种老大的误解给打破了。他就指出啊,不管是苹果掉到地上,还是雨水掉到地上,那都是遵循着同一种力的作用呢,这个力就是万有引力啊。
以前啊,大名鼎鼎的科学家亚里士多德有个说法,说是轻的东西落得慢,重的东西落得快。嘿,这说法可让人类信了老长时间了,差不多1500年呢。这期间虽说也有人心里犯嘀咕,觉得这事儿可能不对劲儿,可就是没人能证明它错了。直到伽利略冒出来,这才把这个谜团给解开喽。其实啊,要是不考虑摩擦力的话,轻的东西和重的东西一块儿往下落,那肯定是同时着地啊。最早发现亚里士多德说错了的就是伽利略。在1590年的时候,伽利略在比萨斜塔上扔下两个重量不一样的球,这一下,大伙就明白了,物体落地的速度和重量没啥关系,关键是和阻力有关。
牛顿提出万有引力以后啊,就拿这万有引力去解释天体运动的规律了。嘿,他还说呢,木星、土星的那些卫星绕着行星转的时候啊,也是这个规律。他琢磨着月球呢,除了被地球引力拽着,还得受太阳引力影响,这么着就把月球运动里发现的二均差给解释通了。按照牛顿的万有引力定律,科学家们后来顺利地发现了海王星。牛顿的万有引力这一套里觉得啊,时空就跟板子似的是平的,不管离得多远,引力这玩意儿作用起来那就是瞬间的事儿,而且他认为引力和物体的质量是成正比的。万有引力对人类的影响那可大了去了,不过呢,在人类科技发展的进程当中,科学家们也发现万有引力定律有点小毛病。要是说引力就是一种力,那这引力得靠啥当介质呢?
嘿,就这个问题啊,牛顿自个儿都讲不明白呢。牛顿那万有引力定律啊,在太阳系的大多数天体那儿都挺管用,可单单水星这儿出了岔子,水星公转100年能差出50秒来。按牛顿那引力的说法呢,天体能稳稳当当在太空里飘着,靠的就是引力。引力你拉我、我扯你,地球才能在宇宙里这么飘着。可真相真就如此吗?在爱因斯坦冒出来之前啊,牛顿的经典物理学可是统治人类好几百年呢。结果爱因斯坦一出现,嘿,牛顿的引力定律就被打破喽。1915年的时候,阿尔伯特·爱因斯坦就提出了广义相对论。
广义相对论里呀,引力可不是牛顿力学里说的那种相互吸引喽。咋回事呢?是时空弯曲捣的鬼,毕竟质量和能量能让时空弯起来嘛。物体在弯曲的时空里运动的时候,就跟受到一种力似的,我们平常就管这个叫引力。引力的老底儿其实就是时空的几何结构,物体沿着时空的「弯弯曲曲的道儿」走,这就弄出了我们能感觉到的引力那效果。照爱因斯坦的说法呀,咱们的宇宙就像一张老大老大的薄膜,所有的天体都贴在这张大薄膜上呢。可咱瞅不见这薄膜啊。要是按爱因斯坦这么说的话,咱地球可不是在太空里飘着,而是贴在宇宙薄膜上呢。
爱因斯坦广义相对论讲啊,物质和能量能把周围时空结构给改变喽,弄出一种像「凹坑」似的时空弯曲。在这弯弯曲曲的时空里,物体受引力影响,就沿着弯弯曲曲的道儿运动。这道儿可不一定是直的,为啥呢?因为在弯曲时空里直线可不是最短的道儿。别的物体在这个有凹坑的时空里运动的时候,也会沿着弯的道儿走,这么一看就好像是受到引力作用了,这就是那个几何跌落效应。这就跟咱们平常玩蹦蹦床似的,人越重,往蹦蹦床上一压,蹦蹦床凹下去得就越厉害,周围的人就不由自主地往凹得厉害的地方掉。为了验证爱因斯坦猜得对不对,科学家可做了不老少实验呢。
有几个挺有名的现象,像水星近日点进动啊,光线在引力场里弯曲呀,还有引力红移呢。就靠着这仨实验,科学家就证实爱因斯坦那理论没错。1919年日全食的时候,科学家在不同地儿搞观测,最后得出的结果和爱因斯坦预测的一模一样。爱因斯坦觉得,引力是像波一样传播的,当时他就预言有引力波这东西存在。可那时候人类的科技不咋发达呢,好多人都不信有引力波。可能不少人都不晓得引力波是啥。引力波就跟咱往水面上扔石头,水面荡起的涟漪差不多,又像是地震的时候,检测仪表上一层一层往外扩散的波浪线。那波浪线扭动的幅度和频率啊,就是引力波的振幅和频率。所以呢,要是能测到天体扭动,那就能测到引力波喽。
1974年那会,科学家瞅见一颗叫PSR1913+16的脉冲星发出的引力辐射,跟爱因斯坦广义相对论的预言严丝合缝。到了2016年呢,科学家又观测到双黑洞碰撞弄出的引力波,这可是人类头一回瞅见引力波。照着爱因斯坦的理论,科学家把水星进动这事儿解释得那叫一个完美。按这理论啊,水星运动有个偏移的情况,是为啥呢?是因为太阳把周围的时空给弄弯了,水星就在这弯曲时空的测地线附近绕着转呢,这么一转,水星就慢慢朝着太阳那「掉」下去了。拿广义相对论的效应来算,水星的轨道进动就是每一百年偏移43弧秒,水星进动的计算,不过是广义相对论实验证据里的一个罢了。
广义相对论可牛了,它能预测星光弯不弯、引力波有没有、黑洞存不存在、暗物质暗能量啥样、宇宙大爆炸咋回事儿等等一堆事儿呢。现在相对论和量子力学那可是现代物理学的两大顶梁柱。你想啊,咱们地球可不是在宇宙里瞎飘着的,而是趴在一张老大老大的薄膜上,那这薄膜是咋冒出来的呢?为啥宇宙里那些天体运动起来都那么有规矩呢?科学家就琢磨啊,觉得是暗物质在捣鬼呢。1933年的时候,美国有个叫弗里茨.兹维基的科学家,研究了后发座星系团里速度是咋分布的。他一研究发现,要把测到的速度解释明白,产生引力所需要的质量得是星系团质量的10倍呢。得嘞,天文学里就出现了质量缺失这个让人迷糊的事儿,而且往后这50年啊,一点进展都没有。
2013年啊,科学家靠着卫星把将近10亿颗恒星的数据都给量了一遍。这一量就发现,在星系和星系团里头,质量缺失那可是相当普遍的事儿,整个宇宙都没跑儿。还有一种招儿呢,就是用光谱学那一套来琢磨像银河系这样的螺旋星系咋旋转的。咋琢磨呢?就看圆盘上恒星光线的多普勒频移,再根据恒星离旋转中心有多远,就能算出圆盘的转速了。这么着,整个圆盘的引力场和质量分布也就能够推算出来了。1936年的时候,有个叫辛克莱尔.史密斯的科学家在研究处女座星系团的时候发现,星系团里边有那种质量老大的星云间物质。可就算把气体啊、尘埃啊、等离子体啊啥的都算上,也就多了百分之15的质量,离填补那空缺还差得远呢。经过这些个研究啊,科学家就琢磨着,暗物质肯定在宇宙里存在着,宇宙空洞就是暗物质捣的鬼。
科学家琢磨啊,暗物质这玩意儿可神秘透顶了。它呢,跟别的物质一概不发生化学反应,就这么神。所以啊,咱既瞅不见它,也摸不着它。可您猜怎么着?暗物质在宇宙总质量里占了百分之90呢,咱能瞧见的物质才占百分之10。这不明摆着嘛,暗物质才是宇宙里的「老大」啊。科学家还觉得呢,暗物质能释放出老强大的暗能量。这暗能量可不得了,能让宇宙一个劲儿地膨胀,还能管着天体咋运行。您想啊,咱们地球不停地自转公转,保不齐就和这暗能量有牵连呢。就为了找到暗物质和暗能量,科学家可没少下功夫。
咱中国在四川弄了个实验室,嘿,这实验室可深了,足足2400米呢!它就在锦屏大河湾的地底下。这可是全世界最大的地下实验室哟。您说为啥把实验室搁这儿呢?嗨,这儿安静呀,宇宙射线都几乎干扰不到它。只有在这么安静的地儿,才有可能逮着暗物质呢。这个实验室的地儿呀,是当时清华大学的副校长发现的。经过好多回考察、研讨,这才定下来。2010年的时候,这实验室就开始正式干活儿了。可一晃十几年过去了,科学家们还是没找着暗物质。这暗物质可真够神秘的,不过即便这样,科学家们也没停下探索暗物质的脚步呢。
小编觉着啊,宇宙那可老大了,还神神秘秘的呢。宇宙里肯定藏着老多人类还蒙在鼓里的秘密了,这些个秘密都得靠人类一个劲儿地去研究、去摸索。人可是地球上最机灵的家伙,那在肩膀头子上就得扛着探索宇宙秘密这活儿。虽说现在人类还没法把宇宙的秘密全解开,可只要人能吭哧吭哧不松劲儿地努力,等以后人类的科技进步了,说不定就能把宇宙里的秘密全扒拉清楚呢。小编盼着人类能早点儿实现这梦想,嘿,大伙对这事儿有啥想说的不?