宇宙是什么

    英国著名博物学家托马斯·赫胥黎曾说过：宇宙现在是这样，过去是这样，将来也永远是这样。只要一想起宇宙，我们就难以平静——我们心情激动，感叹不已，如同回忆起许久以前的一次悬崖失足那样令人眩晕战栗。

    宇宙的大小和年龄不是一般人所能理解的。我们的小小行星只不过是无限永恒的时空中的一个有限世界。从宏观来看，大多数人所关心的问题都可以说是无关紧要的，甚至是微不足道的。但是，我们人类朝气蓬勃、勇敢好学、智慧无穷。几千年来，我们对宇宙及我们在宇宙中所处的地位做出了最惊人的和出乎意料的发现。人类对宇宙的探索，回想起来是很令人兴奋的。这些探索活动提醒我们：好奇是人类的习性，理解是一种乐趣，知识是生存的先决条件。因为我们在这个宇宙中只不过是天空中飞扬的一粒尘埃，所以，我们认为，人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度。

    我们探索宇宙的时候，既要勇于怀疑，也要富于想象。想象经常能够把我们带入崭新的境界，没有想象，我们就会束缚自己。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。宇宙神奇非凡，它有纷繁的事实，错综的关系，微妙的机制。

    地球是我们的家园，而地球仅是太阳系的第三颗行星；而太阳系又仅仅是定居于银河系巨大旋臂的一侧；而银河系，在宇宙所有星系中，也许很不起眼……这一切，组成了我们的宇宙——它是所有天体共同的家园。

    什么是宇宙？《淮南子·齐俗》日：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”宇就是空间，宙就是时间。从远古到未来，从巨大的宇宙天体到渺小的微生物，其大无外，其小无内，万物都包含在宇宙之中。

    人类对宇宙的认识可以追溯到远古时代。在中国有夸父追日的传说。而按照现代的观点，宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称，并且宇宙是处于不断的运动和发展之中的。也就是说人类目前所能及的地方以及人类还没有看到但是仍然存在的物质都是宇宙。

    人类对宇宙的认识，是从人类的家园——地球开始的，然后延伸到离我们并不太远的太阳系，从而进入到美丽的银河系，再扩展到河外星系、总星系。

    地球，在茫茫宇宙太空中，只不过是太阳系大家庭中一个普普通通的成员。地球与其他行星“兄弟”一起日夜绕着它们的“母亲”——太阳旋转，连同60多颗“月球”般的卫星、神秘莫测的彗星、数以千计的小行星和无数的流星，组成太阳系。

    尽管太阳系有这么多成员，但它所占的宇宙空间直径仅120亿千米，距离银河系中心约3.3万光年。

    比太阳系范围更大的是银河系。银河系呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。银河系包括1000多亿颗类似于“太阳”的恒星，它们在浩瀚的宇宙中发出璀璨的亮光。从远处看，银河系像一个体育锻炼用的大铁饼，大铁饼的直径有10万光年。

    然而，银河系也只是宇宙沧海中的一粟，并不是宇宙空间的尽头。在银河系之外，还有许许多多星系，人们管它们叫“河外星系”。天文学家已发现10亿多个河外星系，每个河外星系都包含有几亿、几百亿甚至几千亿颗恒星和大量的星云及星际物质。所有河外星系又构成更庞大的总星系。

    目前，通过射电望远镜和空间探测，人们已观测到距离我们地球约200亿光年的一种似星非星的天体，取名“类星体”。这种天体的发现，把今天人类视野拓展到200亿光年的宇宙深空。

    尽管人类对宇宙的探索在不断地深入，对宇宙的认识也在一步步地加深，然而，对人类来说，宇宙迄今为止还是一个无限的概念，还有很多未解之谜等着我们去揭示。

    宇宙起源之谜

    从地球上看宇宙，宇宙在向人类视线所不能到达的更深处伸展。宇宙之大，为众人惊叹。然而，宇宙又是从哪里来的呢？

    中非有一个传说：世界最初只有黑暗、水和伟大的上帝。某天，上帝胃痛发作，呕吐出太阳。水的一部分被太阳蒸发，留下土地。上帝的胃痛未止，又陆续吐出了月亮和星辰，然后吐出动物，例如豹、鳄鱼、乌贼，最后吐出人。

    难道，我们的宇宙真是上帝从胃里吐出来的吗？这显然带有神话的色彩。

    若干世纪以来，很多科学家认为宇宙除去一些细微部分外，基本没有什么变化。宇宙不需要一个开端或结束。英国天文学家霍伊尔就是宇宙稳态理论的创建者之一。他认为，宇宙不断膨胀，而同时物质也在不断生成，从而使整个宇宙基本保持稳定不变。

    稳态理论的优点之一是它的明确性。它非常肯定地预言宇宙应该是什么样子的。此后，科学家还根据相对论，为稳态的宇宙构筑了一系列数学模型。尽管如此，结果还是遭到宇宙观测者的质疑或反驳，当宇宙背景辐射被发现后，这一理论基本上已被否定。

    千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。科学家们认为，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。

    “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。他认为，在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后就发生了大爆炸。

    大爆炸使物质四散喷发，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降。后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。

    我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一个很小、温度极高、密度极大的原始火球。在150亿～200亿年前，原始火球发生大爆炸，从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。

    宇宙原始大爆炸后0.01秒，宇宙的温度大约为1000亿摄氏度。物质存在的主要形式是电子、光子、中微子。后来，物质迅速扩散，温度迅速降低。大爆炸后1秒钟，下降到100亿摄氏度；大爆炸后14秒，温度约为30亿摄氏度；35秒后，为3亿摄氏度，化学元素开始形成。温度不断下降，原子不断形成。宇宙间弥漫着气体云，它们在引力的作用下，形成恒星系统。恒星系统又经过漫长的演化，成为今天的宇宙。

    科学家还发现，大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争。爆炸产生的动力是一种斥力，它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力，它会阻止天体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

    然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释这一问题：“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？

    因此，霍金在1982年又提出了量子宇宙论。宇宙中的一切在原则上都可以单独地由物理定律预言出来，而宇宙本身是从无到有而来的。这个理论建立在量子理论的基础之上，涉及量子引力论等多种知识。

    如果人们不特意对空间引入人为的拓扑结构，则宇宙空间究竟是有限有界的封闭型，还是无限无界的开放型，取决于当今宇宙中的物质密度产生的引力是否足以使宇宙的现有膨胀减缓，以至于使宇宙停止膨胀，最后再收缩回去。

    然而，天文观测包括可见的物质以及由星系动力学推断的不可见物质，其密度总和仍然不及能使宇宙停止膨胀的量的1／10。

    迄今为止，人类还在探索之中，宇宙的起源仍然是一个谜。

    宇宙大爆炸之谜

    宇宙不是从来就有的，也不是永恒的，难道真是大爆炸产生的吗？人们不得而知。

    早在1929年，埃德温·哈勃做出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。这意味着，宇宙正在不断膨胀，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，在100亿～200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫作大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。

    1950年前后，伽莫夫第一个建立了大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是地球上常见的那种发生在一个确定的点、然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开始就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其他粒子飞奔。

    根据大爆炸宇宙论，早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，并且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。

    持相反意见者认为，暴涨、暗物质和暗能量等是大爆炸理论所不能解释的。没有这些东西，我们就会发现，在实际的天文学观测和大爆炸理论的预言之间存在着直接的矛盾。这种不断求助于新的假设来填补理论与现实之间鸿沟的做法，在物理学的任何其他领域中是不能被接受的。

    离开了暴涨之类的假设，大爆炸理论就无法解释宇宙中相距遥远的各部分何以会有着相同的湿度并发出同量的微波辐射。

    离开了暗物质，大爆炸理论的预言与宇宙中实际的物质密度就是矛盾的。暴涨所需的密度是核聚变所需的20倍，离开了暗能量，根据大爆炸理论计算出来的宇宙年龄就只有80亿年，这比银河系中许多恒星的年龄还要小几十亿岁。

    在反对者不断质疑的同时，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射，并通过研究证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。

    20世纪，霍金又对于宇宙起源后10～43秒以来的宇宙演化图景做了清晰的阐释，从而为我们勾画出这样一部宇宙历史：

    大爆炸发生在150亿～200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。大爆炸后0.01秒温度为1000亿摄氏度，光子、电子、中微子为主，质子、中子仅占十亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。

    大爆炸0.1秒后温度为300亿摄氏度，中子、质子比从1.0下降到0.61。

    大爆炸1秒后温度为100亿摄氏度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足以束缚中子和质子。

    大爆炸13.8秒后温度为30亿摄氏度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。

    大爆炸35分钟后温度为3亿摄氏度，核过程停止，尚不能形成中性原子。

    大爆炸30万年后温度为3000摄氏度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。

    然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。

    宇宙究竟是不是通过大爆炸而产生的呢？迄今为止还是一个谜。

    宇宙的大小之谜

    如果有人问：“世界上最大的东西是什么？”回答肯定是“宇宙”。那么，你知道什么是宇宙吗？为什么说宇宙最大呢？

    宇宙是一切物质及其存在形式的总体，它包括地球及其他一切天体。宇宙也叫世界，按照我国古人的说法，上下四方无边无际的空间为“宇”，古往今来无始无终的时间为“宙”，宇宙即无限的太空世界。

    古时候，人们缺乏宇宙的科学知识。他们习惯把自己居住的地表称为地，相对于地表的空间称为天。有人把天地形成的原因解释为：混沌初开的时候，清气上升成为天，浊气下降成为地。并认为天是圆的如斗笠，地是方的如棋盘，这就是古代有名的天圆地方说。唐代大诗人李白说：“天地者，万物之逆旅；光阴者，百代之过客。”

    千百年来，人们不断地探索，企图揭开所谓“天地”之谜，宇宙渐渐被人们认识。宇宙是广阔无垠的，我们居住的地球，在宇宙这个大海洋中也不过是“沧海一粟”。

    我们的宇宙到底有多大？

    法国巴黎天文台的天体物理学家让－皮埃尔·卢米涅等人基于WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）的数据提出了宇宙有限的猜想。他们认为，宇宙的直径可能仅仅是600亿光年。在他们的模型中，宇宙的样子就像是一只大足球：它由12个两两相对而略微弯曲的正五边形组成；但它没有边界，当你从任何一个五边形走“出去”的同时，你立即会从与其相对的另一个五边形走“进来”。

    然而，很多持反对观点的科学家对“足球宇宙”的猜想提出了质疑。假如宇宙真如卢米涅所言是个小宇宙的话，那么到今天，宇宙中早期的星光就有可能环绕宇宙传播了不止一圈。这样的情况所造成的现象是，我们能够在天空中不同的位置看到同一个天体的影像，我们甚至有可能看到早期的银河系。

    科学家经过研究并没有发现宇宙中存在这样的景象。这为小宇宙假说留下的余地已经很小了。与此同时，科学家研究发现，宇宙的直径至少是780亿光年，而进一步的研究可能会使这个下限提高到900亿光年左右。但这样的研究结论并不表示宇宙就一定是有限的，它仅仅是给出了一个下限，而真实的宇宙有可能比这要大得多。

    关于宇宙存在几维的问题，大众的普遍观点是三维。然而，天体物理学家最新研究宇宙暗物质时发现，宇宙除了有人们普遍知道的三维外，还有第四、第五和第六维。长久以来，由于这些维隐藏得很好，所以一直没有被科学家发现。英国牛津大学的约瑟夫·西尔克及其同事研究分析了宇宙暗物质的复杂运动，认为其中一些古怪行为可能说明宇宙中存在隐藏的维。

    虽然暗物质是一种不可见的物质，但是其施加在可见星体上的力量却暴露了它们的行踪，所以科学家希望通过跟踪这些力量“顺藤摸瓜”就可以找到暗物质并进行研究。结果，科学家发现，暗物质似乎更倾向于“同性相吸”，换句话就是自我吸引。而这种趋势和力量在小星系中表现得更加明显：小星系里的暗物质反而表现出了比大星系暗物质更强的吸引力。

    所以，研究人员猜测，除了我们所熟知的三维——长、高、宽，宇宙中还存在另外三维隐藏在暗物质里，这第四、第五和第六维悄悄影响着暗物质的引力，导致出现上述结果。

    宇宙究竟有多大？人类还在不断的猜想与验证之中，相信在将来，这个谜团会被解开的。

    宇宙之外还有什么

    我们所能知道的一切事物，乃至整个宇宙是否只是某个巨人肩膀上的一小粒尘埃？是否存在其他宇宙？

    尽管听起来有些不可思议，但这却是从量子力学中得出的。

    量子力学认为，物质和能量能够借助量子扰动同时在真空的宇宙中出现。宇宙哲学家认为量子扰动引起了大爆炸。因此，理论家认为，如果我们的宇宙是由量子扰动所产生的，那么其他的量子扰动就很可能能够产生出其他宇宙。

    一些科学家认为有其他宇宙存在，这是唯一能够解释为什么我们的宇宙会存在的理由。根据人择原理，有无限数量的宇宙存在，而且每个宇宙都有自己的一套物理定律。而其中之一也是我们所在的宇宙所拥有的。

    如果真的有其他宇宙存在，我们有没有办法探测到呢？

    亚利桑那大学天文学家尹培指出，由于来自极度遥远的区域光线无法到达我们这里，因此我们自己的宇宙有些部分是无法观察得到的。而且，我们知道，我们自己的宇宙要比目前所能看到的大得多。

    如果存在其他宇宙的话，我们是否真的永远无法探测到呢？一些理论家猜测，其他宇宙的引力能量有可能渗透到我们的宇宙中，或许我们在未来某个时候就可以探测到这些。对于这一猜测，宇宙哲学家认为需要很长很长的时间。

    依据是，这纯粹是猜测，或许是一种合理的猜测，但这种猜测与人们所提出的关于虫洞、时间旅行以及白洞、黑洞的猜测一样，是由具有相当高水平的物理学家所做出的理论猜测。

    美、英物理学家曾提出在“五维空间”中可能“隐藏”着另外一个宇宙的理论，这引起宇宙学家的普遍关注。他们认为，我们的宇宙和一个“隐藏的”宇宙共同“镶嵌”在“五维空间”中。在我们的宇宙早期，这两个宇宙发生了一次相撞事故，相撞产生的能量生成了我们宇宙中的物质和能量。

    科学家认为，这一学说将为宇宙起源的研究开创一个新的局面，因为多年来不断发现的实际天文观察支持这一点，“宇宙大爆炸”学说如今已被科学界普遍接受。大爆炸发生1秒之后的宇宙膨胀历史都符合这一学说，但是如果追溯到150亿年之前宇宙年龄为10－35的时候，宇宙应该被压缩到一个直径3毫米的区域中，但是在这么早的时候，速度最快的光线只能行进大约10－25厘米。因此这一时间段宇宙究竟发生了什么人类一直不得而知。

    有趣的是，有人提问，如果这一学说是正确的，那么会不会有另外一个宇宙从“五维空间”中出来将我们毁灭？提出这一学说的普林斯顿大学天文物理学家斯坦哈特教授认为是可能的。在人类不断寻找的物质世界各种规律中，宇宙的起源是其中的主要方面。

    人类尝试着去了解宇宙，人类要去思考那些超越了我们视线的，甚至超越了未来我们所能见到的东西。

    宇宙的年龄之谜

    宇宙是一个关于时间空间的概念，然而，在宇宙的时空跨度里，它的年龄又应该怎么计算呢？我们的宇宙有多大了呢？

    在科学宇宙理论诞生以前，关于宇宙的年龄问题只能是臆想。宇宙的范围如此巨大，那么，宇宙的年龄又怎样测算呢？是不是只笼统地说“无始无终”就可以了呢？

    目前，天文学上有很多关于宇宙年龄的说法，而且关于宇宙年龄的测量手段也各种各样，但是所有关于宇宙年龄的估计值都还没有进行过严格验证，而且误差都很大。宇宙年龄是和宇宙起源联系在一起的问题，首先承认宇宙是有年龄的也就承认了宇宙是有开端的，那么怎样寻找宇宙的开端呢？

    科学家通过逆推算宇宙膨胀的过程，根据宇宙的膨胀速度（即哈勃系数和减速因子）计算从密度达到极限的宇宙初期到扩展为如今这种程度究竟需要多少时间，即为宇宙年龄。

    大爆炸宇宙诞生理论为计算宇宙的年龄提供了物理基础。“哈勃常数”是大爆炸理论（即膨胀宇宙）的主要依据，测算宇宙年龄的一个关键因素正是计算哈勃常数。所谓哈勃常数，是星系的红移量（远离我们而去的速度，也就是星系的分离速度）与星系到地球的距离（也就是星系之间的距离）的比值。因此，计算哈勃常数，就是计算星系之间的距离和分离速度。由于星系的分离速度可测量出来，因而宇宙年龄最后决定于星系之间距离的测量。

    由于星系之间距离很难准确地测量出来，所以哈勃常数也存在很大的误差。20世纪90年代以前，人们根据哈勃常数估算宇宙的年龄为150亿～200亿年。随着天文测距技术的提高，多数天文学家认为宇宙比原来估算的年龄要年轻一些，应在100亿～150亿年之间。

    宇宙究竟有多老？这个简单而基础的问题已经困扰了天文学几个世纪。有些测量方法并不能直接测量宇宙的年龄，它们都要依赖于对被观察的对象的性质的假说。

    科学家们也尝试了各种各样的办法来测算宇宙的年龄。有的根据恒星演化的情况求恒星的年龄。通过理论推导恒星内部的核聚变反应，就可以知道恒星这个天然的原子反应堆的结构和它的发热率是怎样随时间变化的。将观测和理论相核对，就可求出恒星和星团的年龄，再由最古老的恒星年龄推算宇宙年龄。

    宇宙测时法依赖于测量在恒星上发现的放射性元素钍的丰富程度。科学家在一颗非常古老的叫做CS31082－001的恒星上，发现了放射性元素钍和铀，促进了该方法的一大进步。放射性宇宙测时法在未来的某天可能会被证明是对宇宙年龄的所有其他评价的一个依托。

    科学家通过对这颗古老的恒星CS31082－001上的放射性元素钍和铀的测量，显示其年龄为大约125亿年，从而推测宇宙的年龄至少为125亿年，当然包括了33亿年的误差。

    还有一种方法是同位素年代法，这种方法已广泛运用于测定月岩和陨石的年代。就是利用放射性同位素发生的自然衰变，由衰变减少的情况推测母体同位素的生成年龄。放射性同位素只有在特别激烈的环境中才能生成，所以一旦被禁闭在岩石中就只有衰变了。测定母体同位素与子体同位素之间的量比，测定具有两种以上不同衰变率的同位素的量比，就可以决定年代，由此推算宇宙的年龄。

    与此同时，科学家从WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）观察到的宇宙中最早的光线到达我们这里需要130多亿光年。这很容易让人产生迷惑：这样的话，宇宙的直径难道不应该是130多亿光年的两倍，也就是大约270亿光年吗？

    随着科技的进步，人们正在寻求更科学更精确的测量宇宙年龄的方法。

    宇宙的中心在哪里

    宇宙有多大？宇宙的中心又在哪里呢？从人类诞生起，这些问题就一刻不停地萦绕在求知者的心中。

    人类对宇宙的想象一刻都未曾停止过。中国古代盘古开天的混沌宇宙图像、西方的叠乌龟驮天地的宇宙图像等在人类探索宇宙奥秘中都是多彩的一笔。

    公元前340年，随着古希腊哲学家亚里士多德《论天》的发表，地球是宇宙的中心这一观点就备受关注。

    托勒密描述出了一个八天球的宇宙图像，这是人类历史上最早的比较完整的宇宙模型。后来基督教引用了这一图像，认为这与《圣经》很吻合，至少人们可以随意想象在固定恒星球之外的天堂和地狱。

    哥白尼、开普勒、伽利略又提出了太阳中心论，这使人类第一次把自己的地位从中心移开。牛顿的万有引力定律出现后，人们一度认为宇宙是无限的，而每一点都是宇宙的中心。而且，对每一点来说，各个方向都是没有任何区别的。

    随着爱因斯坦的广义相对论的发表，1922年俄国物理学家发现，不论我们往哪个方向看，也不论在任何地方进行观察，宇宙看起来都是一样的。此后，科学家观测到各个星系相对于我们快速退去，也就是说宇宙在膨胀，从各个方向看去宇宙膨胀速度是等同的。

    人们迷惑了，难道我们真的仍是宇宙的中心吗？事实上，这种情形很像一个画有好多斑点的气球被逐渐吹胀。当气球膨胀时，任何两个斑点之间的距离加大，但是没有一个斑点被认为是膨胀的中心。也就是说宇宙没有中心。

    宇宙真的没有中心吗？

    随后，科学家又发现，宇宙开始斥力膨胀后，宇宙中心区域的物质在斥力的作用下不得不离开中心，从而形成空洞，而且空洞越来越大。在空间上，各种物质的分布也是对称的。

    在斥力假设的基础上，科学家断言，小宇宙的中心就是离我们最近最大的空洞。空洞的周围布满星系，也可以说是被大的超星系团包围着，因为沿周边的引力仍阻碍着膨胀。空洞中有时有少量的天体，原因是天体的爆发物可以射入空洞。

    科学家认为，人类是宇宙中心得天独厚的观测者。

    人类一直在进行对宇宙中心的探索，虽然我们今天已经得到了某些答案，也许有一天这些答案会像我们认为地球绕着太阳运动那样显而易见——当然也可能像乌龟塔那般荒唐可笑。不管怎样，唯有让时间来判断了。

    宇宙会死亡吗

    19世纪70年代，一位英国诗人斯温朋曾写了一首令人感到恐怖的诗：

    无论是星星还是太阳都不再升起，到处是一片黑暗，没有溪流的潺潺声；

    没有声音，没有景色，

    没有冬天的落叶，

    也没有春天的嫩芽；

    没有白天，没有劳动的欢乐，在那永恒的黑夜里，只有没有尽头的梦境。

    这首诗是斯温朋根据一位著名物理学家的“理论”，对人类和宇宙的未来做的一番描述。这位著名的物理学家是德国人克劳修斯，他主要因为他的热力学和气体动理学理论而著名。他的主要贡献是热力学第二定律——“热不能自动地从较冷的物体传到较热的物体”。这一定律说明自然界中的一切热现象有关的过程都是不可逆的。克劳修斯建立的热力学第二定律有着极深刻的物理意义，它提出了自然界的过程都是有方向的，并把这个定律外推到无限的宇宙。1867年，他在德国自然科学家和医生的集会上发表演说中说“宇宙会进入一个死寂的永恒状态”。不久，这一说法就被人们遗忘了。

    作为自然界不可抗拒的客观规律，人们不禁要问，宇宙真的会死亡吗？

    科学家认为，宇宙会逐渐耗尽所有能量并慢慢地停止膨胀。恒星、星系、行星和所有原子都会开始坍缩，紧缩成针尖大小。

    多年来一个众所周知的事实是，宇宙正在迅速膨胀，而且这种膨胀速度即便还不足以撕碎宇宙，也足以使遥远的星系以超光速的速度远离我们。银河系以外的任何星系都有可能在1000亿年内消亡。

    宇宙在向外膨胀时，“光高”会变长、减弱。科学家认为，尽管光的波长能达到我们星系大小的长度，但也会慢慢被吸收掉。

    刚刚诞生的宇宙是炽热而且致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度会迅速下降。最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿摄氏度，这时的宇宙是由质子、中子和电子组成的。随着温度继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。

    宇宙死亡和重生的循环是很可能的，或者说，当宇宙的真空突然变成某种完全不同的物质时，宇宙可能会有一个非常奇特的结局。

    宇宙可能在一次大坍塌中向内坍缩，或者我们将迎来另外一种结局，它被称为大撕裂，慢慢陷入黑暗。但是恐惧却不必：漫长的黑夜将会比你想象的有趣一些。

    宇宙中的支配性的力量是恒星和其他物质之间的引力，这就意味着宇宙的未来只有两种可能，要么宇宙的密度大到使其引力能够克服大爆炸以来的膨胀并且把所有的物质在一次大坍塌中重新拉到一起，成为“大坍塌”；要么宇宙的密度不足够大，膨胀将会永远持续下去。

    要了解宇宙是否会发生坍塌，就必须先弄清宇宙是否仍在膨胀，或膨胀的速度是否正在减慢。科学家研究发现，两颗恒星在重力的作用下互相绕行，其中一颗是缩小的高密度恒星，发出高热和白光，它就是白矮星。另一颗恒星则膨胀成庞然大物，它就是红巨星，它的燃料即将耗尽。这两颗恒星互相绕行时，白矮星会吸取伴星的气体，开始年复一年地长大。白矮星的质量达到一定量时，就会崩溃、坍缩，接着爆炸，释放出耀眼的光线和能量。而且，宇宙各处都有相同的亮度和可见度。

    通过比较不同时空的超巨星的位置和年代，可以计算出宇宙的膨胀是否在变慢。天体物理学家发现，宇宙的膨胀速度并未变慢，膨胀的速度不但没有减缓，反而是正在加速。

    大约在1000亿年后，太阳燃烧殆尽，所有的星系都会瓦解。宇宙中将只剩下孤立的恒星，这些恒星的能量也将用尽。有些恒星会变成白矮星或褐矮星，有些会坍缩成中子星或黑洞。大爆炸之后数千万亿年，就连黑洞也会消失。所有的物质都会分解成最基本的成分。原子也会分解。最后，连构成原子的质子也会发生衰变。

    宇宙的未来很可能非常凄凉，成为寒冷、黑暗和空虚的地方。随着宇宙的不断膨胀，星系也开始互相远离。太空会变成一片废墟，死一般寂静。我们的星系团将以超越光速的速度远离我们，并消失在黑暗中。最后，一切都会陷入停顿，这就是宇宙的结局。宇宙最后将会死亡，剩下的，只有冰冷、黑暗、死气沉沉的空虚。

    宇宙到底会不会死亡呢？是最后紧缩成针尖大小还是最终解体消失得无影无踪呢？迄今为止还没有谁能说清楚。

    宇宙是由什么组成的

    宇宙是有限的还是无限的？有没有中心，有没有边？有没有生老病死，有没有年龄？宇宙是由什么组成的？这些恐怕是自从有人类的活动以来一直被关心的问题。

    那么，宇宙到底是由什么组成的呢？

    行星

    我们居住的地球是太阳系的一颗大行星。太阳系一共有八颗大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星（注：2006年8月24日于捷克首都布拉格举行的第26届国际天文学联合会大会上，位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星，最终以237票赞成、157票反对、17票弃权的表决结果，被逐出太阳系九大行星之列。至此，传统意义上的太阳系九大行星，变为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星八大行星）。除了大行星以外，还有60多颗卫星、为数众多的小行星、难以计数的彗星和流星体等。它们都是离我们地球较近的，是人们了解的较多的天体。那么，除了这些以外，茫茫宇宙空间还有一些什么呢？

    恒星和星云

    晴夜，我们用肉眼可以看到许多闪闪发光的星星，它们绝大多数是恒星，恒星是像太阳一样本身能发光发热的星球。我们银河系内就有1000多亿颗恒星。恒星常常爱好“群居”，有许多是“成双成对”紧密地靠在一起的，按照一定的规律互相绕转着，这称为双星。还有一些是3颗、4颗或更多颗恒星聚在一起，称为聚星。如果是10颗以上，甚至成千上万颗星聚在一起，形成一团星，这就是星团。银河系里发现1000多个这样的星团。

    在恒星世界中还有一些亮度会发生变化的星——变星，它们有的变化很有规律，有的没有什么规律。现在已发现20000多颗变星。有时候天空中会突然出现一颗很亮的星，在两三天内会突然变亮几万倍甚至几百万倍，我们称它们为新星。还有一种亮度增加得更剧烈的恒星，会突然变亮几千万倍甚至上亿倍，这就是超新星。

    除了恒星之外，还有一种云雾似的天体，称为星云。星云由极其稀薄的气体和尘埃组成，形状很不规则，如有名的猎户座星云。

    在没有恒星又没有星云的广阔的星际空间里，充满着稀薄的星际气体、星际尘埃、宇宙线和极其微弱的星际磁场。随着科学技术的发展，人们必定可以发现越来越多的新天体。

    银河系及河外星系

    随着测距能力的逐步提高，人们逐渐在越来越大的尺度上对宇宙的结构建立了立体的观念。

    其中第一个重要的发展是认识了银河。它包含两重含义，一是了解了银河的形状，二是认识了河外天体的存在。

    银河系是太阳所属的一个庞大的恒星星系，大约包括1011颗恒星。银河系中大部分恒星分布呈扁平的盘状。盘的直径为25000秒差距，厚度约为2000秒差距。盘的中心有一球状隆起，称为核球。盘的外部由几条旋臂构成。太阳位于其中一条旋臂上，距离银心约7000秒差距。银盘上下有球状的延展区，其中恒星分布较稀疏，称为银晕。晕的总质量约占整体的10％，直径约为30000秒差距。太阳就其光度、质量和位置讲，只是银河系中一个极普通的成员。

    此外重要的是，并非天穹上一切发光体都是银河系的一部分，对天穹上的某个光点，只有测定它的距离，才能区分它是银河系内的恒星还是银河系外的另一个星系。实际上，天穹上的大多数光点是银河系的恒星，但也有相当大量的发光体是与银河系类似的巨大恒星集团，历史上曾被误认为是星云，我们称它们为河外星系，现在已知道存在1000亿个以上的星系，著名的仙女星系、大小麦哲伦星云就是肉眼可见的河外星系。星系的普遍存在，表明它代表宇宙结构中的一个层次，从宇宙演化的角度看，它是比恒星更基本的层次。

    20世纪60年代以来，天文学家还找到一种在银河系以外像恒星一样表现为一个光点的天体，但实际上它的光度、质量和星系一样，我们称它为类星体。现在已发现了数千个这种天体。

    星系团

    当我们把观测的尺度再放大，宇宙可看成是由大量星系构成的“介质”，而恒星只是星系内部细致结构的表现。这样，为了了解宇宙结构，需关心星系在空间的分布规律。

    星系的空间分布不是无规则的，它也有成团现象。上千个以上的星系构成的大集团叫星系团。大约只有10％星系属于这种大星系团。大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。星系团代表了宇宙结构中比星系更大的一个新层次。

    大尺度结构

    今天人们把10兆秒差距以上的结构称为宇宙的大尺度结构（目前观测到的宇宙的大小是104兆秒差距。至今大尺度上的观测事实远不是十分明确的。有迹象表明，星系在大尺度上的分布呈泡沫状，即有许多看不到星系的“空洞”区，而星系聚集在空洞的壁上，呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫超星系团。它的典型尺度为几十兆秒差距。

    从演化理论来考虑，尺度大到一定程度，应不再有结构存在。这是否符合事实，以及这尺度多大，都是十分重要，并需要有大尺度观测来回答的问题。现今对宇宙在50兆秒差距以上是否还有显著的结构现象存在这个问题，是人们热烈争论中的焦点。若把星系看成宇宙物质的基本单元，那么，星系的分布状况就是宇宙结构的表现。

    上面只是我们对宇宙面貌的初步认识，对宇宙更深层次的了解需要科学技术的进一步发展。

    宇宙中的暗物质之谜

    茫茫宇宙中，恒星间相互作用，做着各种各样的有规则的轨道运动，而有些运动我们却找不到其作用对应的物质。因此，人们设想，在宇宙中也许存在着我们看不见的物质，人们称之为暗物质。可到底什么是暗物质呢？

    加利福尼亚大学欧文分校的天文学家弗吉尼亚·崔伯认为，人类知道这种物质的存在已经几十年了，但却不知道它到底是什么。

    暗物质与一般的普通物质有着根本性的区别。普通物质就是那些在一般情况下能用眼睛或借助工具看得见、摸得着的东西，小到原子，大到宇宙星体，近到身边的各种物体，远到宇宙深处的各种星系。普通物质总是能与光或者部分波发生相互作用或者在一定的条件下自身就能发光或者折射光线，从而可以被人们感知、看见、摸到或者借助仪器测量得到。但是暗物质却恰恰相反，它根本不与光发生作用，更不会发光，因为不发光又与光不发生任何作用，所以不会反射、折射或散射光，即它们对于各种波和光是一些透明体。

    天文上用光的手段绝对看不到暗物质，不管是电磁波、无线电还是红外射线、射线、X射线这些统统都毫无用处。它不被人们的感官所感觉，也不被目前的仪器所观测，为了区分普通物质和这种特殊的物质，人们将这种特殊的物质称之为“暗物质”。

    100多年前，曾经有科学家认为，看似真空的宇宙空间并不空虚，而是有一种被称为“发光以太”的物质充斥着。这种神秘的东西从未被在地球上任何一个实验室里看到过，它被认为能够用来解释一个天体的引力是如何对另一个产生作用的。

    虽然到19世纪末，“发光以太”也像无数其他的科学误解一样退出了历史舞台，但今天，另一种神秘的物质令天文学家们着迷，而它并没有随时间的推移而消失。

    科学家们为何如此肯定暗物质的存在呢？

    通过对星球及星云运动方式的观察以及在这方面长达几十年的不断研究，科学家认为，如果星球和气体云只是受到星云中所能看见物质的引力作用的话，那么它们旋转的速度就显得过快了。而星系群也有同样的情况，单个星系的运动无法通过目前天文学所能看到的物质的引力来解释。

    因此，天文学家推论认为，星云被一个由不同于以往的不可见物质组成的巨大的晕圈所包裹着。虽然人们无法看到这种所谓的暗物质，因为它不具有放射性能量，但它却有质量，这使得它能够提供支撑星云及星云群所需的所有额外引力。现在，即便是在宇宙哲学中它也是一个非常奇怪的命题。

    天文学家并不能直接看到暗物质，但他们能通过观察星系群的引力透镜效果发现暗物质的作用。事实上，天文学家认为宇宙中存在着大量的暗物质，其数量与普通物质的比例可能为10∶1，远远超过普通物质的数量。大约65年前，科学家第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管人们对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了20世纪80年代，存在占宇宙能量密度大约20％的暗物质这一说法已被广为接受了。

    如果暗物质能够被看到的话，那么大多数星云，包括我们所在的银河系要比现在在望远镜中所看到的大10倍，所有大家熟悉的恒星、星云、行星以及尘埃气体云只不过是很小的一部分了。

    暗物质的存在是如此普遍又被证实是非常难以琢磨的。一部分原因是因为暗物质极少与普通的物质发生作用。

    到目前为止，科学家对暗物质的探求努力仍无法进行。现在，只能在理论中推测它们可能的样子，而它们很可能与某种（或者几种）亚原子微粒非常相似。

    暗物质存在与否，虽然已经得到初步证实。但暗物质由什么样的物质所组成？它们是什么样的粒子或是场，或是二者的统一体？仍然需要进一步的研究。

    宇宙论的理论认为，暗物质可能有两种形态，一种称为热暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者仍然保持其相对论性粒子状态；另一种称为冷暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者已经是非相对论性的粒子。这两者将在宇宙演化过程中起着不同的作用，但都不能没有。

    如何探索、寻找和研究已被天文观测所证实的暗物质呢？这是21世纪科学面临的又一难题。

    宇宙中的暗能量之谜

    暗能量，一个无人知晓的神秘力量，正是它使得宇宙以越来越快的速度向各方飞散。

    越来越多的天文学家认为暗能量是真实存在的。然而，人们却不能够解释它。1998年，两个天文学家小组对大量远距离星云中的爆炸恒星，或称超新星进行了调查。研究者发现，这些超新星比此前所认为的要暗，这也就意味着它们的距离比此前所认为的要远。天文学家意识到，唯一能够解释这种现象的原因就是宇宙膨胀的速度在过去的某个时间加快了。

    此前，天文学家普遍认为由于各个星云之间的相互引力作用，宇宙膨胀会逐渐减缓，但是，这次超新星的观察结果却显示有某种神秘的力量在与引力抗衡，使星云以更快的速度分散开去。

    这是个令人吃惊的发现。当研究人员将各种可能性排除之后，暗能量的假设也由此建立起来。

    暗能量是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量。宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。暗能量之所以具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73％，占绝对统治地位。

    有两大主要证据支持暗能量的存在。

    一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的“暗能量”。

    二是近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。我们知道，所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1／3左右，所以仍有约2／3的未知成分。这一未知成分称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中均匀分布或完全不结团。

    数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。

    科学家还发现，宇宙运动是旋涡形的，所以，暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现。在暗能量的旋转范围内形成一种旋涡场，我们称之为暗能量旋涡场，简称为旋涡场。我们用En表示太阳系的暗能量，用Ep表示物质绕太阳系中心运动的总动能。当En＝Ep时，太阳系旋涡场处于平衡状态，它既不会膨胀也不会收缩。但当En后退时，太阳系旋涡场就会收缩，太阳系中所有的行星就会向太阳靠近。

    与暗物质相比，暗能量比暗物质更加奇特，它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征，所以都称不上物质，因此称为暗能量。暗能量虽然既不被人们所感觉也不被目前各种仪器所观测，但是人们凭借理性思考，可以预测并感知到它的确存在。

    暗能量的发现，填补了过去一个世纪以来第二伟大的宇宙论发现所留下的一个漏洞。这个观点认为，宇宙不仅在扩张（这是埃德温·哈勃在20世纪20年代提出的，被广泛认为是过去100年内最伟大的宇宙论发现），而且它的扩张还在加速之中。

    隐秘能量的发现，连同近年来天文学的许多发现，都在支持着宇宙加速扩张的观点。

    迄今为止，暗能量之谜还没有解开，相信随着科学的发展人类会了解更多的宇宙奥秘。

    宇宙中的黑洞之谜

    1789年，法国著名数学家拉普拉斯提出一个震惊世界的预言，他认为有一种天体，能够吸收包括光线在内的所有物质，看上去像一个黑漆漆的洞，即黑洞。

    什么是黑洞？

    “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”是一种非常神秘的天体。它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更大。由于它的密度大，所以引力也特别强大。不管什么东西，只要被它吸进去，就休想“逃”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力。

    由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞。尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞。如果小黑洞的体积只有原子核那么大，其质量与一座山差不多，可达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站的发电量。

    黑洞本身不会发出任何可见光。虽然它曾经是宇宙中最明亮的物体，但在它们生命结束时的爆发中抛掉了明亮的外壳，只留下了超压缩的内核。这个内核的引力极其强大，以至于光也不能从它那里逃逸。所以也就不会有人看到它。它不仅不可见，而且还能吞噬所有靠近它的物质。

    爱因斯坦的广义相对论公布之后，黑洞问题引起了科学家们的普遍关注。德国天文学家史瓦西利用广义相对论重新对黑洞进行解释。1939年，美国物理学家奥本海默也对黑洞进行研究，肯定了它的存在。

    黑洞并不是实实在在的星球，而是一个几乎空空如也的天区。黑洞又是宇宙中物质密度最高的地方，地球如果变成黑洞，只有一颗黄豆那么大。原来，黑洞中的物质不是平均分布在这个天区。这些物质具有极强的引力，任何物体只能在这个中心外围。一旦不慎越过边界，就会被强大的引力吸向中心，最终化为粉末，落到黑洞中心。因此，黑洞是一个名副其实的“太空魔王”。

    黑洞内部之所以有这么强大的引力，这和它的形成有关。黑洞到底又是怎么形成的呢？

    科学家认为，银河系中的逃逸恒星在不断运行中相互撞击、挤压形成星团，而星团中心不断积聚的恒星在随后的爆炸和死亡过程中形成中等质量的黑洞。如果一颗闯入星团中心的逃逸恒星在爆炸成为超新星前质量达到太阳的800～3000倍，它就有可能在随后的爆炸中使星团形成质量为100～1000个太阳质量的中型黑洞。

    一颗质量超过太阳20倍以上的恒星，经过超新星爆发后，剩余部分的质量一般仍要超过太阳质量的2倍以上。这部分物质自身引力非常强大，从而发生急剧坍缩。尽管在坍缩过程中内部也会产生一些抵抗坍缩的压力，但在如此强大的引力面前，无异于螳臂挡车。随着坍缩加剧，分子、原子乃至原子核都会被挤破，最终形成极高密度的引力中心。

    有些黑洞被认为是非星起源的。理论上，当任何质量的物质被压缩到足够大的程度时，都可能形成黑洞。许多天文学家推测，在类星体和有爆发活动的特殊星系的中心，大量的星际气体可以集聚并坍缩成超大质量的黑洞。

    科学家通过估算得出结论，气体物质快速落入黑洞产生的能量，超过同等质量的物质在核聚变过程中释放能量的100倍。按照这一观点，几百万或几十亿个太阳质量的星际气体在引力作用下坍缩为一个巨型黑洞所产生的能量可以理解类星体和某些星系的巨大能量输出。20世纪80年代中期，已有越来越多的观测证据支持银河系中心存在一个质量为400万个太阳质量的超大黑洞的说法。

    甚至还有的科学家认为，应该还存在另一种类型的非星黑洞。在大爆炸期间，距今约200亿年前，当时的宇宙处在极高的温度和极大的密度状态，那时有可能产生为数众多的微型原生黑洞。这种所谓微型黑洞和大质量黑洞不同，它们不断地损失质量直到消失。在一个微型黑洞和极近处，可以形成诸如质子和反质子这类的亚原子粒子。当一个质子和一个反质子从微型黑洞的引力中逃逸，它们将湮灭并产生能量，即从黑洞中带走能量。如果这一过程一再重复，微型黑洞则耗损掉它的全部能量，也就是全部质量。这就是黑洞蒸发。

    黑洞具有一定的温度，其温度值与黑洞的质量成反比。如果考虑到黑洞周围空间中的量子涨落，则黑洞具有与它的温度相对应的热辐射。聚集量子效应后，黑洞不再是完全“黑”的了，它也会发射光线，甚至出现剧烈的爆发。

    孤立的黑洞难以观测，因此，观测工作着重于双星体系。目前认为，最有可能是黑洞的天体是天鹅座X－1。天鹅座X－1是密近双星中的一个星体，它所发射的X射线没有规则的脉冲结构，但却具有短时标的脉动涨落，脉动时标在几毫秒到10秒范围内。它的质量大于5.5个太阳质量，大于致密星的临界质量。这些特征都符合黑洞的特性。

    此外，观测还表明，在椭圆星系M87的核心，可能有质量为9×109倍太阳质量的大型黑洞。M87的核心处有异常的亮度分布，颜色较蓝，弥散速度也较大。这些都与黑洞模型相符合。

    黑洞既然看不见摸不着，天文学家又是怎样发现和观察到它的呢？

    目前，科学家主要是通过黑洞区强大的X射线源进行探索的。黑洞本身不能发出任何光线，但它对于周围物体、天体的巨大引力依然存在。当周围物质被它强大的引力所吸引而逐渐向黑洞坠落时，就会发射出强大的X射线，形成天空中的X射线源。通过对X射线源的搜索观测，人们就可找到黑洞的踪迹。

    迄今为止，人类还没有真正捕捉到黑洞，没有人知道宇宙中到底有没有黑洞。从黑洞这个概念提出的第一天起，科学家关于黑洞存在与否的争论就没有停止过。尽管黑洞理论能够解释一些问题，但宇宙也因此变得越发“诡异”和难以捉摸。人们推测，也许一些星团的中心就是黑洞，银河系中心也可能是一个质量巨大的黑洞。除了大黑洞之外，很可能还存在比小行星还要小的黑洞。甚至有人认为，地球本身也存在着黑洞。随着科学的不断发展，总有一天人们会撩开黑洞的神秘面纱。

    宇宙中的白洞之谜

    白洞是广义相对论所预言的一种与黑洞相反的特殊天体。

    白洞和黑洞类似，它也有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质，只可以向外运动，而不能向内部运动。因此，白洞可以向外部区域提供物质和能量，但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。

    白洞是一个强引力源，其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。

    有人认为，类星体的核心可能就是一个白洞。当白洞内中心点附近所聚集的超密态物质向外喷射时，就会同它周围的物质发生猛烈碰撞，而释放出巨大的能量。因此，有些X射线、宇宙线、射电爆发、射电双源等现象，可能与白洞的这种效应有关。白洞目前还只是一种理论模型，尚未被观测所证实。

    宇宙中的虫洞之谜

    你对虫洞陌生吗？如果说虫洞真能让人类瞬间穿越宇宙，对虫洞你就明白了。

    早在60多年前，阿尔伯特·爱因斯坦提出了虫洞理论。可是到底什么是虫洞呢？

    简单地说，虫洞是连接宇宙遥远区域间的时空隧道，它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。

    在不平坦的宇宙时空中，黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞，也可以是白洞。这个弯曲的视界，叫做史瓦西喉，它是一种特定的虫洞。

    虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。在这里，虫洞成为一个阿尔伯特·爱因斯坦－罗森桥，黑洞的奇虫洞是连接宇宙遥远区域间的时空隧道，它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即阿尔伯特·爱因斯坦－罗森桥）被传送到白洞并且被辐射出去。

    虫洞还可以在宇宙的正常时空中显现，成为一个突然出现的超时空管道。

    虫洞没有视界，它只有一个和外界的分界面，虫洞通过这个分界面进行超时空连接。虫洞与黑洞、白洞的接口是一个时空管道和两个时空闭合区的连接，在这里，时空曲率并不是无限大，因而我们可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力摧毁。

    我们对黑洞、白洞和虫洞的本质了解还很少，它们还是神秘的东西，很多问题仍需要进一步探讨。天文学家已经间接地找到了黑洞，但白洞、虫洞并未真正被发现，还只是一个经常出现在科幻作品中的理论名词。

    虫洞也是霍金构想的宇宙期存在的一种极细微的洞穴。科学家认为，在爆炸以前的初期宇宙中，虫洞连接着很多的宇宙，很巧妙地将宇宙项的大小调整为零。结果，由一个宇宙可能产生另一个宇宙，而且，宇宙中也有可能有无数个这种微细的洞穴，它们可通往一个宇宙的过去及未来，或其他的宇宙。

    物理学家一直认为，虫洞的引力过大，会毁灭所有进入它的东西，因此不可能用在宇宙旅行之上。但是，假设宇宙中有虫洞这种物质存在，那么就可以有一种说法：如果你于12∶00站在虫洞的一端（入口），那你就会于12∶00从虫洞的另一端（出口）出来。

    随着科学技术的发展，新的研究发现，虫洞的超强力场可以通过“负质量”来中和，达到稳定虫洞能量场的作用。

    科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像虫洞一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过，目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。

    据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算，“负质量”可以用来控制虫洞。他们指出，“负质量”能扩大原本细小的虫洞，使它们足以让太空飞船穿过。他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣，许多国家已考虑拨款资助虫洞研究，希望虫洞能实际用在太空航行上。

    科学家认为，如果实验成功，人类将不会再被“困”在地球上。未来的太空航行如果能使用虫洞，那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。

    据科学家观测，宇宙中充斥着数以百万计的虫洞，但很少有直径超过10万千米的，而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用虫洞创造了新的契机，可以使用它去扩大和稳定细小的虫洞。如果把“负质量”传送到虫洞中，把虫洞打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。

    虫洞真能让人类瞬间穿越宇宙吗？迄今为止，还是一个谜。

    美丽的星云之谜

    广袤无垠的宇宙里，点点繁星照亮大地，有拖着尾巴的彗星时时掠过，还有飘浮在星际空间的美丽星云。星云又是怎样形成的呢？

    当提到宇宙空间时，我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实，这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的，但远不是真正的“真空”，而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等，人们把它们叫作“星际物质”。

    星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想，恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。

    星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。人们形象地把它们叫作“星云”。按照形态，银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。

    现已确认，恒星就是在一些物质密度较大的分子云中产生的。有些分子云至今还在形成新的恒星。通常，质量非常大而浓密的分子云，会碎裂成一些较小的团块。这些团块的大小等于恒星直径的几百万倍。这个云团因为来自内部物质的引力作用，开始迅速收缩，就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。在几十万年之后，在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球，并在其核心触发了由4个氢原子核聚变成一个氦原子核的反应，释放出大量的热和光，成为恒星。

    星云的主要成分是氢气。简单地说，星云可分为4类：发射星云、反射星云、暗星云及行星状星云。

    发射星云

    发射星云是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的，这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气，令它们发光。在天空中有很多为人们所熟悉的发射星云，如M42猎户座大星云，其目视星等为4等，肉眼可见。它距离我们1600光年，其直径为30光年。利用小口径望远镜已能轻易观测到气状的情况以及位于其中心部分的四合星（利用大口径望远镜可看到6颗），这四合星是在猎户座大星云中心形成的。

    反射星云

    反射星云与呈红色的发射星云不同，反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的，呈蓝色。反射星云的光度较暗弱，较容易观测到的例子是围绕着金牛座M45七姊妹星团的反射星云，在透明度高且无月的晚上，利用望远镜便可看到整个星团是被淡蓝色的星云包裹着的。

    暗星云

    暗星云是银河系中不发光的弥漫物质所形成的云雾状天体。和亮星云一样，它们的大小和形状是多种多样的。小的只有太阳质量的百分之几到千分之几，是出现在一些亮星云背景上的球状体；大的有几十到几百个太阳的质量，有的甚至更大。它们内部的物质密度也相差悬殊。

    行星状星云

    与先前提及的三类星云不同，行星状星云是恒星晚年时的产物。透过望远镜观测可知，大部分行星状星云呈行星般的圆盘状，实则与行星没有任何关系。

    当一颗低质量恒星步入晚年时便会膨胀成红巨星，而当膨胀至某一程度，便会再次向内坍缩，在这个过程中，部分物质会继续向外膨胀，形成气壳（即行星状星云），而中心则会形成白矮星。普遍行星状星云的生命是十分短暂的，通常这些气壳会在数万年之内便逐渐消失。不是所有行星状星云都是呈圆面的，有些行星状星云的形状十分独特，如位于狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等。

    随着科技的不断进步，人类对星云的诸多奥秘将会有更多的发现。

    “宇宙岛”的秘密

    如果说银河系是一个巨大的“星城”，那么宇宙间是否仅此一个“孤城”呢？

    科学家研究发现，在广袤无垠、浩瀚辽阔的宇宙空间，还有许许多多像银河系一样的“星城”。这些星城都是与银河系属于同一级的庞大系统。一般用肉眼看不见，就是通过一般望远镜去观察，也只是一片雾气，跟星云一样。此前，人们一直把它们也当作星云，后来经过深入的研究，天文学家才发现它们和星云完全是两码事。河外星云实际上是和我们银河系类似的星系的内部成员，是由气体和尘埃组成的。

    今天，人们估计河外星系的总数在千亿个以上，它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿，因此也被称为“宇宙岛”。

    看到这里，你也许要问：河外星系究竟是怎样被发现的呢？

    关于河外星系的发现过程可以追溯到200多年前。在当时法国天文学家梅西耶为星云编制的星表中，编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。

    初冬的夜晚，熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点，俗称仙女座大星云。从1885年起，人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星，从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云，而一定是由许许多多恒星构成的系统，而且恒星的数目一定极大，这样才有可能在它们中间出现那么多的新星。

    假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其他新星的亮度是一样的，那么我们就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远，远远超出了我们已知的银河系的范围。但是由于用新星来测定的距离并不很可靠，因此也引起了争议。

    1923—1924年间，美国著名天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为“量天尺”的造父变星，并利用造父变星的光变周期和光度的对应关系推算出仙女座大星云与我们的距离。这一距离表明它是在银河系之外，是类似银河系一样的恒星天体系统，是由几十亿至上千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等组成的天体系统。因此，仙女星云应改称为仙女星系。

    从河外星系的发现，可以反观我们的银河系。它仅仅是一个普通的星系，是千亿星系家族中的一员，是宇宙海洋中的一个小岛，是无限宇宙中很小很小的一部分。

    星座里的星云有“亮星云”和“暗星云”两种。一般来说星云本身不能发光，而“亮星云”其实是借助别人的力量才“发”光的。假如一片星云附近有一颗恒星，那这片星云就能反射恒星发出的光而现出光亮来，这就像月亮反射太阳光一样，这样亮的星云我们也称它为反射星云。还有一类星云，在它们中间有一颗恒星，星云吸收恒星的紫外辐射，再把它转变为可见光发射出来，这样我们也能看见这个星云，这样的亮星云被称为发射星云。如果在星云附近和中央都没有恒星，那这个星云我们也就看不到，因此叫它暗星云。

    1926年，哈勃根据星系的形状等特征，系统地提出星系分类法，这种方法一直沿用至今。他把星系分为三大类，即椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。旋涡星系又可分为正常旋涡星系和棒旋星系。对星系的分类是研究星系物理特征和演化规律的重要依据。

    随着人类对外太空的不断探索，宇宙空间的真实模样就会越加清晰地呈现在我们面前。

    棒旋星系之谜

    神秘的宇宙中存在着大量的星系和星系团，它们因为各种优美的空中姿态而被命名。那究竟什么是棒旋星系呢？

    天文学家通过长期的观察发现，有一些星系和银河系的大小很接近，而且它们都有个棒状的核心，因此，它们都被归类成棒旋星系。

    棒旋星系是一种有棒状结构贯穿星系核的旋涡星系。在星系的分类中，用符号SB表示，以区别于正常螺旋星系S。

    在全天的亮星系中，棒旋星系约占15％。当统计到较暗的星系时，棒旋星系的比例提高到25％。棒旋星系在质量、光度和光谱上，在成员天体的星族类型、气体和尘埃的分布、星系盘和星系晕的结构以及空间分布的特性等方面，都和正常的螺旋星系相似。

    按照哈勃的分类法和沃库洛的分类法，棒旋星系可分为三类：正常棒旋星系SBa、SBb、和SBc；透镜型棒旋星系SBo；不规则棒旋星系SBd和SBm。

    正常棒旋星系的特征是棒状结构明显，旋臂从棒端伸出，通常与棒体成90度角。旋臂从a到e越来越展开。SBa和SBb的棒状结构光滑，而SBc的棒体和旋臂上都有明显可见的亮星、亮节或亮团。

    透镜型棒旋星系SBo与椭圆星系的不同之处则是没有旋臂，它的外形犹如希腊字母的“Θ”，即中心有一亮核，核外为一圈亮度较暗并与核共心的透镜型星系盘，棒体的两端一般交于盘体的周边之上。

    不规则棒旋星系SBd和SBm的棒状结构不一定在星系的中心位置上。棒状结构的光度占星系光度的10％～20％，颜色往往比旋臂红。

    棒旋星系在运动上有共同的特征，其核心常为一个大质量的快速旋转体，运动状态和空间结构复杂，棒状结构内部和附近的气体和恒星都有非圆周运动。

    星系盘在星系的外部似乎居主要地位，占星系质量的很大一部分。棒旋星系有许多谜团等待人们解答，如棒状结构是怎样形成的，它在星系演化过程中起什么作用，等等。

    随着科学的发展，人类会更加了解棒旋星系。

    恒星形成之谜

    绚丽的繁星，永远是夜空中最美丽的一道景致。

    恒星是指宇宙中靠核聚变产生的能量而自身能发热发光的星体。过去天文学家以为恒星的位置是永恒不变的，以此为名。但事实上，恒星也会按照一定的轨迹围绕着其所属星系的中心旋转。恒星是宇宙中最基本的成员。太阳就是一颗典型的恒星。

    恒星是由内部能源产生辐射而发光的大质量球状天体。在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质，主要由气体和尘埃构成。星际物质在空间的分布并不是均匀的，通常是成块地出现，形成弥漫的星云。星云中3／4质量的物质是氢，处于电中性或电离态，其余约1／4是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子，如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多，那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下，星云会向内坍缩并分裂成较小的团块，经过多次的分裂和坍缩，逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时，一颗新恒星就诞生了。

    现代天体演化理论认为，星际物质的吸积形成原恒星。当内核温度不断增高，密度不断增大，直到质子反应或碳循环反应开始时，原恒星便产能而发出辐射，成为恒星。正常恒星在主星序阶段度过整个生命史的绝大部分时间。随着内核的氢燃料枯竭，恒星外壳膨胀，光度增大，颜色变红而成为红巨星。此后的变化要看恒星的质量、角动量以及它是否为密近双星的成员而定。对于单星，当红巨星的外壳消散，残存质量小于1.3个太阳质量，它将变成高密度的白矮星。若剩余质量在1.3～2.0太阳质量之间，则会进一步坍缩为致密的中子星。若残存质量大于2.0个太阳质量，则根据理论将会坍缩到史瓦西奇点，形成一个黑洞。对于密近双星的两个子星，由于在演化过程中有物质交流，两子星各自的形态和结构都在迅速改变。当一子星演变为白矮星，又吸积另一子星的物质时，白矮星会爆发为新星或其他类型的激发变星。密近双星的演化还有可能导致灾变爆发，即一子星因失去平衡而变成超新星。坍缩的残核可能成为高速自转并向外发射射电、光学和（或）X射线等波段辐射的脉冲星。

    不同恒星的直径差别非常巨大。白矮星的半径约为太阳的百分之一量级，即地球半径的量级。中子星的半径理论值通常取为约10千米。红超巨星参宿四的半径约为太阳的900倍，比火星绕日轨道半径大得多。食双星仙王座VV中的红超巨星半径约为太阳半径的1600倍，比木星绕日轨道半径还大。某些红外星的半径大概比红超巨星还要大。

    恒星的结构从里往外，分为光球、色球和星冕。正常恒星的大气处于流体静力平衡态。光球之下直到内核中心叫恒星内部。内部结构用压力、温度和密度随深度的变化表示。恒星内核以核反应方式产能。

    恒星的生死之谜

    宇宙里，最耀眼的要属能发光发热的恒星了。但恒星会一直存在吗？

    恒星是由炽热气体组成的，能自己发光的球状或类球状天体。离地球最近的恒星是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出的光到达地球需要4.22年。晴朗无月的夜晚，在一定的地点一般人用肉眼大约可以看到3000颗恒星，借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星有一两千亿颗。恒星并非不动，只是因为离我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体，叫做恒星。

    恒星也有自己的生命史，它们从诞生、成长到衰老，最终走向死亡。

    恒星的生命历程极为规则。天空中的几乎所有恒星，无论是用肉眼还是用望远镜看到的，都是与太阳类似的恒星，它们的核心正熊熊燃烧着氢。这种极稳定的状态长达恒星整个核反应寿命的99％，并被称为主序。我们的太阳已经平静地处在主序态上50亿年了，不停地把它的氢转变成氦，它的生命之路正好走了一半。

    此后的几亿年里，恒星处于暂时的平稳，核区的氢在渐渐消耗，氢的燃烧越来越向更外层推进。之后，恒星的颜色会改变，因为其外层与高温的核心区相距很远，温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。

    红巨星时期的恒星表面温度相对很低，但极为明亮，因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星，如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在50亿年或60亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时，太阳就开始膨胀，那时水星将化为蒸汽，金星的大气将被吹光，地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会继续膨胀，并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能获得的最好的真空度还要低得多。

    红巨星还不是恒星生命的终结。引力现在变得比以往更为重要。一个恒星的命运完全是由其质量决定的，至少对单颗星是如此。质量越大的恒星演化得越快，核燃料也就消耗得越快。

    红巨星燃烧抛出的灰烬，最后形成了一个行星状星云，萎缩的残骸则成为一块“钻石”，这就是白矮星。

    白矮星是中等质量恒星演化的终点，在银河系中随处可见。它的质量越大，半径就越小。当物质积累到一定程度时，作为其主要成分的氢会突然发生聚变，白矮星外层会爆发。

    随后，恒星核里再没有任何“真空”留下，恒星核成了一种主要由中子组成的巨大原子核，这种远比白矮星紧密的新的物质叫做中子星。

    这时恒星中的物质已不可能再做任何进一步的压缩，开始发生坍缩，但最终形成的并不是中子星，而是黑洞。

    黑洞可从大质量恒星的死亡中产生。一颗大质量恒星坍缩后，当其引力大得无任何其他排斥力能与之相对抗时，恒星被压成了一个称为“奇点”的孤立点。

    恒星从产生到死亡经历了一个漫长的过程，其间究竟还有什么不为人知的秘密，还要随着科学的不断发展去做进一步的探索。

    恒星的颜色之谜

    当我们仰望灿烂的星空时，看到星星闪烁着一点点白光。我们看到的夜空中那些闪烁的星星不就是这种白色吗？其实，不是这样的，天上的星星不都是一个颜色。

    恒星的颜色可谓是五彩缤纷，比人类肉眼看到的要多得多。有红色、黄色、蓝色和白色等等，犹如五颜六色的明珠般诱人。恒星发出的光不仅有强有弱，而且它们的颜色也各不相同，天蝎α、猎户α色红如火；牧夫α金牛色橙可爱。可是，恒星为什么有多种多样的诱人色彩呢？

    如能搞清楚世界上为什么会有不同的颜色这个问题，那么恒星有各种不同颜色的原因也就不难理解了。

    早在1666年，牛顿用棱镜片把阳光分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。恒星光与太阳光一样，是由不同颜色（波长）的色光合成的。

    那么恒星的颜色又说明什么呢？

    科学家发现，星星是什么颜色往往取决于它的年龄。幼年的恒星发光明亮，呈蓝色或红色；青年的恒星呈现肉红或鲜红色；当恒星到中年和老年时，将呈现多变的色彩。

    星星的颜色还能表明该星的温度。

    如果你去参观过炼钢厂就会发现，当钢水在钢炉里的时候，由于温度很高，它的颜色呈蓝白色的，而出炉以后随着温度慢慢降低，它的颜色也慢慢转为白色，再变成黄色，再由黄色逐渐变成红色，最后变成黑色。由此可见，物体的颜色是由物体温度决定的。

    天上的星星也是如此，它们的不同颜色也代表星体表面的不同温度。天体的温度不同，它们发出的光在不同波段的强度也是不一样的。从恒星光谱型我们已经知道，不同颜色代表不同的温度。一般说来，蓝色恒星表面温度在25000摄氏度以上，如参宿七、水委一、腹一（甲星）、十字架二（甲星）和轩辕十四等。白色恒星表面温度在7700～11500摄氏度，如天狼星、织女星、牛郎星、北落师门和天津四等。黄色恒星表面温度在5000～6000摄氏度，如五车二和南门二等。红色恒星表面温度在2600～3600摄氏度，如参宿四和心宿二等。

    太阳的表面温度约为6000摄氏度，按理，太阳应是一颗黄色的恒星，为什么我们白天看见的太阳发出耀眼的白色呢？

    其实，这是因为太阳离我们较近的缘故。如果有机会乘宇宙飞船到离太阳较远的地方，你将会发现，太阳是一颗黄色的星星，而美丽的朝霞和晚霞绽放红光的原因是因为地球大气对太阳光7种颜色中红光折射偏角最大的原因造成的。

    美丽的星空绽放着奇异的色彩。也许，随着科学的进一步探索，恒星的颜色可能还远远不止这些，它们形成的原因可能比我们想象的更复杂。但是我们相信，终有一天这些神秘的恒星会被揭开面纱，呈现在世人面前。

    天狼星变色之谜

    天狼星是大犬星座中最亮的星，在整个天空中，它也是看起来比较亮的恒星之一，按其亮度可以排在第六位。它和地球相距8.7光年，是离我们较近的恒星之一。

    相传，在古罗马的时候，每年七月，当天狗星首次从晨曦中的地平线出现时，人们总要献上红毛的狗，作为他们的祭品。他们的诗人写道：“火星闪烁着温和的红光，而天狗星的红色却比它更强。”很多有名的古代作家都把天狗星的光芒描写成红色。甚至在公元前1000年以前，巴比伦人也用他们的楔形文字记录下这颗星的颜色是红色的。

    这颗天狗星，就是我们今天所称的天狼星。

    在古巴比伦、古希腊和古罗马的典籍中记载的天狼星是红色的，而今天人们所看见的天狼星却是白色的。这是为什么呢？难道古代天文学家都观察错了吗？

    有的科学家认为，这可能是视觉假象造成的错误。古代天文学家是在天狼星接近地平线时观察它的，因而它总呈现出红色，就像朝阳和落日一样。因此科学家推定，天狼星可能是因为地球大气的折射而呈现红色。

    但是，德国天文学家施洛夏和历史学家柏格文却提出异议，认为一直到公元6世纪，古代天文学家观察到的天狼星都是红色的。

    他们研究了中世纪前期法兰克王国都尔主教格里哥利在公元577年所创作的编年史。为了给当时各修道院提供正确的晨祷时间，格里哥利主教在他的卷册中列出了每一个月某些星座从地平线上升起的时刻。根据编年史中记载这些星星的上升时间及它们在晨曦中消失的时刻，可以分析出其中的一颗星就是天狼星。格里哥利主教把这颗星称为“卢比奥拉”，意思即是“红色”或“铁锈色”。他们指出，格里哥利没有用传统的星名，可能是因为他不熟悉古希腊古罗马的星象知识之故。

    因此，这两位德国科学家得出结论：天狼星在1400年前，还是红色的。

    然而，大约400年之后，在阿拉伯天文学家阿尔·苏菲所制作的星表中，天狼星并没有被列入红色星一类。所以天狼星大约是在400年的时间中改变颜色的。

    天狼星发生过什么样的重大变化吗？

    1844年，德国天文学家贝塞尔发现，天狼星在天穹上移动的轨迹是波纹状的，而不是像其他恒星那样沿着直线前进。贝塞尔认为，这种现象说明天狼星实际上是个双星，它们之间的相互引力使得天狼星一边旋转一边前进，所以看起来才像沿着波纹状的路线移动。因为天狼星的伴星太暗，我们用肉眼看不到，因此，天文学家推测，它很可能是一颗白矮星，是死亡中的星球。

    可是，当时人们还无法观测到天狼星的那个伴星在哪里，直到1862年，美国天文学家克拉克在检验用当时最大透镜（直径为47厘米）做成的望远镜的性能时，才在明亮的天狼星旁边发现了一个微弱的光点，它正好在预先推测的天狼星的伴星的位置上。

    天狼星的伴星是一个白矮星，它的表面温度很高，约为23000摄氏度，因而呈白色或蓝白色，但是由于体积很小（其质量比太阳大，可半径比地球还小），所以光度很小。在天文学上，这种光度很小的恒星被称为“矮星”，而白色的矮星就是“白矮星”。

    天文学家认为，年老的星球在变成白矮星之前，都会先变冷，膨胀成为红巨星。古天文学家观察到的正是变成红巨星的天狼星的伴星。因为古代天文学家是用肉眼观察的，所以他们不能把白天的天狼星从天狼星伴星耀眼的红光中分辨出来。由于两颗星的光芒相加，所以当时的天狼星特别明亮。古巴比伦人的楔形文字记载，当时可以从白天的天空中看见天狼星。

    从现有的星球演变理论得知，白矮星是天体中一种变化较快的巨星，它的前期阶段是红巨星，那时候其核心温度可达l亿摄氏度，可以说是相当明亮的。随着内部燃料逐渐耗尽，它逐渐暗了下来。这个过程需要几万年的时间。

    天狼星伴星演变为白矮星的过程可能是逐渐的，也可能是突然坍缩的。这取决于它原来的质量。大多数天文学家认为，一颗红巨星逐渐演变成白矮星大约需要10万年的时间。所以如果天狼星伴星在400年之内逐渐演变成白矮星，这段时间实在短得令人惊奇。

    如果说天狼星伴星是突然坍缩的，那么这个过程应伴随有一次天狼星伴星的大爆发，并且抛出它的大部分星体物质到空间。但是我们却观察不到这次爆发的任何蛛丝马迹。例如我们应该观察到围绕着天狼星伴星有一个向外扩张的气体云环。而且，天狼星伴星的爆发肯定会引起天狼星在几个星期或者几个月中突然变得十分耀眼，会在地球人心中留下深刻印象。但是到目前为止我们还找不到任何有关这方面的文字记载。

    通过对天狼星的光谱分析，天文学家猜想，天狼星的金属含量可能比同类星球的正常含量要高。这些多出来的金属成分可能是天狼星伴星爆发时喷到天狼星上的，并为天狼星所吸收。

    如果天狼星真能吸收其他星球的金属，那天狼星又会不会再改变颜色呢？这个问题还需要进一步探讨下去。

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