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第一章 征兆
在“真空”的宇宙中,根据海森堡不确定性原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想,如果在黑洞外产生的虚粒子对,其中一个被吸引进去,而另一个逃逸的情况。如果是这样,那个逃逸的粒子获得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮灭,可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想中的辐射被命名为“霍金辐射”。由于它是向外带去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的质量也会渐渐变小,消失;它也向外带去信息,所以不违反信息定律。
根据霍金辐射理论我们知道:黑洞的质量越小,温度越高,辐射也越强。显然,蒸发只有对微型黑洞来说才有特别的影响,而微型黑洞的温度是很高的。在黑洞中,质量越大的黑洞,温度越低,蒸发的越慢;质量越小的黑洞,温度越高,蒸发的也越快。
对于微型黑洞来说,温度非常之高,可达千万开甚至上亿开,随着蒸发的加剧,质量丢失的很快,温度会迅猛地上升,随着温度上升的加快,质量丢失的就更厉害,这种过程会以疯狂的形式演变,最终黑洞被摧毁,以猛烈的爆发而告终,所有粒子都得到了大赦。
对于星系中心的巨型黑洞来说,其蒸发的过程将远远超出宇宙的年龄,假定宇宙有足够长的寿命,并且不回缩,那么这类黑洞最终也还是要蒸发掉。不过这类黑洞目前还是吸积远大于蒸发,以吸积为主。只有当宇宙后来的温度降到比这类黑洞的温度还低时,它们才开始以蒸发为主。然而这个过程太慢长了,等到它们开始蒸发,也将远远超出宇宙的年龄,而它们要蒸发完毕,大约要十的九十九次方年……
他在国内首屈一指的天文物理研究站的其中一个观测站里向各大学前来参观的物理系研究生们解释着银幕上展示的黑洞理论。就在这时他的脑袋里突然一股巨疼,只见他的身体直直的倒了下去。亏得站在前排的几位学生见状及时扶了一把。同学们发现老师已经昏厥了过去,三两个同学合力把他抬去了研究站的医务室。经过一阵的急救措施后还不见其醒来。研究站的医务人员又将他送去附近的一所大型医院。
研究站的站长在得知此消息后立刻联系了他的亲属。
他的妻子在第一时间接到通知并赶往了医院。妻子来到了他的病房已经泣不成声。此时医生还在病房内对他做一些身体的检查工作。医生见她进来便问道:“你是病人家属?”她回答道:“是!我丈夫怎么了?”
医生说:“你丈夫是心源性昏厥。有心脏病的可能性。现在还没有完全恢复意识,我们需要做进一步的检查。目前没有生命危险。你可以和病人多说说话,有助于意识的恢复”。说完后,医生笔直的朝门外走去。
妻子看向病床上的丈夫轻声道:“咱们都一把年纪了,也是时候享享清福了。研究院的工作你也该交给他们年轻人了。你想想咱们的凌儿,她的天赋不比你差,有的研究你就让她去帮你好了。你的身体已经不如从前那样健朗,我们俩老口也应该过几天清闲的日子吧。”说到这里她的眼眶已经湿润。
她还记得他们初次相遇的场景,那是在一个仲夏的清晨。在大学的校园里,她赶去听一名著名教授的讲堂。就在教室门口迎面而来的是一个戴着眼镜看上去弱不禁风的男同学。她好奇的看着他,那个男同学也看向了她,顿时男同学有些害羞的闪躲着她的视线扭转了头,径直向教授的课堂中走去。
她看了看时间,发现已经快迟到了。便紧跟在刚才那个男同学的后面走进了教室。
教授即刻也来到教室,看见他们两个便轻声道:“你们两个赶紧找位置坐下吧”。此时教室里已经坐满了各个年级的学生和部分大学老师。雷明教授是当时国内知名的天文物理学专家。来听课的学生大都是男同学居多,也是在这方面学科比较感兴趣的同学。雷明教授也是校方特地请来做专业讲授的特约教授。慕名而来的学生很多,也包括一些相关专业的学校老师。
她应声赶忙坐在了那位男同学的后面一排。
“关于暗物质的猜想,弗里茨·兹威基是先驱者”雷教授随即引出了话题。
“兹威基估算了后发座星系团内部大概有多少星系,这些星系总共有多大的质量,同时能提供多大的引力。他发现这个引力根本支撑不了外围星系旋转的速度。那么高的速度,那些星系都应该被甩出去才对。兹威基非常相信自己计算的准确性,他提出,星系团内部必定还有一些我们看不到的物质,提供了额外的引力。此后天文学家们陆续考察了别的星系团,结果每个星系团都有同样的现象。”
暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中,其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型(ΛCDM模型)可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。
目前一种被广泛接受的理论认为,组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”,其质量和相互作用强度在电弱标度附近,在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。此外,也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的,例如轴子,惰性中微子等。
雷教授一堂课下来,台下的学生已经个个没了先前的精神。这些知识对学生们来说,实在过于复杂。
此刻她看见前面的男同学在笔记本上记着什么。从后面轻轻推了一下他:“你在写什么呢?”他像是被从睡梦中惊醒般答道:“没——没什么,就是记一下笔记。”“你知道老师讲的什么吗?”她戏虐的说。“不是很明白”他羞涩地看着她声音压得很低。
就在此时。雷教授提高了嗓音:“这些理论你们大概还不能完全理解,这些理论是比较艰深的,不能完全理解也实属正常,感兴趣的同学可以下来后多向老师请教,也有相关方面的书籍可以查阅。教授在课堂上讲授了许多前沿的知识,台下的同学也是听得云里雾里。雷教授的课讲了一个小时还多。
就在那一次他们初次相遇后,他们的命运注定会被捆绑在一起。也在那一刻他们知道了彼此的名字。她叫陈丽,现在已经退休。而他的名字叫夏宇是现在知名的天体物理学家。
那时的他们是那么的年轻稚嫩。而如今,他们已经结婚30年了。女儿也长大成人。岁月已经夺走了他们的青春。
夏凌在接到校方电话后丢下了手头的工作也冲忙赶往医院。夏凌是他们结婚两年后生下的一个女儿。夏凌在物理学方面的天赋遗传了她的父亲。父女俩的感情一直很好,也会经常在一起讨论天文学课题。而夏凌读完博士学位后就进入了父亲教授的研究站进行研究工作。
夏凌赶往医院,来到父亲的病房看见母亲正擦拭着眼泪。“妈!父亲的病情怎么样了?严重吗?”她几乎扑倒在母亲的怀里,她看着躺在病床上的父亲紧闭着双眼。“没有什么生命危险,但是还在昏迷。医生说需要住院观察情况。”母亲抚摸着孩子的头温柔的说着。
在医院忙碌了一天的母女俩相互依偎在父亲的病床边。母亲见天色已晚便叮嘱女儿先回去,自己一个人留在了医院陪伴丈夫。
夏凌离开医院后先回了一趟研究站。走到父亲他们的天文观测站门口发现里面的灯还亮着。夏凌有些好奇,走进了观测站看看情况。走进观测站看见了她父亲的助理常教授,他手忙脚乱的在纸上记录着什么。常教授见夏凌走了进来,随即他把刚记录的那张纸从本上撕了下来。径直走向了夏凌:“你父亲怎么样?没什么大碍吧?”“哦!没有什么危险,但是还在昏迷状态。”“这张纸上记录了我们刚发现的数据信息,等你父亲醒过来后交给他。提我向你父亲问好。”常教授把刚撕下的纸条递给夏凌,便离开了观测站。
夏凌看着手中那些奇异的公式和图形,也没有多看,随手把它放进了衣服的口袋里。她先回去了自己所在的实验站,之后又翻看了一些档案资料,差不多一个多钟头后她才回到家中。她看了看时间,差不多晚上11点了。
没过多久母亲打电话过来了。“妈,爸爸醒了吗?”夏凌接到电话便问。“醒了,你爸没事。现在他又睡着了。你到家了吗?”母亲担心的询问道。“嗯,刚到家。那您也早点休息吧。明天一早我就过去。”母女俩又说了一会儿话便挂断了电话。
夏凌收拾一下房间便休息去了。
第二章 M星系的异常现象
第二天夏凌一早赶到了医院。走到病房前,父亲看见女儿进来了,便扶着床沿准备起身。夏凌见状赶忙过去扶起父亲靠在床头坐直身体。
“凌儿!怎么这么早就过来了?”父亲慈祥的看着女儿。“爸!你身体感觉怎么样?”夏凌关切的说。“没事,医生一早又给我做了检查。”父亲面色比起昨天好了很多。“妈去哪了?”夏凌见母亲不在病房。“你妈说去买点早餐,应该快回来了。”父亲说。“对了,爸!这是昨天常叔叔让我转交给你的纸条”夏凌从口袋里拿出常教授给她的那张纸条。
他接过女儿递来的纸条看了一会儿。“奇怪!怎么会这样。”“怎么了?有什么不对吗?”夏凌好奇的问。“你看啊。这里计算出这个星系的旋转速度在减缓。这与五年前的观测数据大相径庭”他指着纸条上的数据对着女儿说。
这时母亲带着早点走进了病房。“你们两个在瞧什么呢?先吃点东西。”母亲把早点端给病床上的父亲,父亲一边吃着东西一边思索着什么。
“凌儿,你今天去帮爸爸办一件事情。”父亲放下手中的食物对女儿说。“什么事?”夏凌好奇的问父亲。“你今天去找一下常教授,让他把最新的观测数据和图像信息全部整理出来,最好让他本人过来一趟,我有事情需要当面问问他”。夏凌应声道:“好。我也正要回实验站处理些事情”。父女俩交谈了一会儿,夏凌就离开了医院。
夏凌回到观测站,正巧常教授也刚来。夏凌把她父亲交代的事情转诉了一遍给常教授。“好的,我马上去处理,我也正想和你父亲见上一面”说完常教授就去准备资料了。夏凌也忙自己的学术研究去了。
差不多一个钟头过后常教授带上资料赶往了夏教授的医院。
“老常!快把资料和那些观测数据和图像资料给我看一下”他见常教授来到病房就急忙问道。
“这是距离我们30亿光年距离的M星系团的观测数据,经过M星系的光线弯折程度明显变小了,根据光谱分析,它的旋转速度也明显变暗了,这短短五年的观测数据不应该有如此大的数据差别。”常教授随即来到他的病床边坐下。
“如果不是仪器出了问题,那么M星系的质量一定发生了巨大的损失。M星系曾经有大量证据显示可能存在大量暗物质,也就是说暗物质的质量一定是在以我们不可知的方式消失”。他十分坚信的说。
“可是会是因为什么原因呢?”常教授好奇的问着。
“这或许已经超出了我们所能探测的时空吧。”他有些无奈的叹息着。“我女儿夏凌是研究额外维度的”他突然说道。
“那么可以让您女儿看看这些观测数据,让她看看能知道点什么。”常教授说道。
“嗯!也好。”他面色显得疲惫不堪。等他说完这些,常教授帮着他躺下身子休息。随后便起身离开了医院。
此刻夏凌正在研究所办公室研究高维空间的物理学原理。暗物质看不见也探测不到,确能对我们的世界产生实实在在的引力影响。额外维度也是我们看不见和不能测量的,但在粒子结构上又有着数学模型上的解释意义。假设暗物质是存在于高维度空间的物理实体。那么这一切都能很好的解释了。如果第四维空间存在,那么它一定是包含于我们的三维空间的更广阔的空间。在第四维空间的物质不与我们三维空间的物质发生反应,确有着对我们三维世界的引力场或更多其它方面的物理性质的影响。除了大尺度的引力影响外一定会有量子尺度的影响。如果是这样,那么一定有着一种可以共同存在于三维空间、四维空间以及更高维度空间的最基本物质单位。假设一维弦可以携带信息贯穿于所有维度空间。那么额外维度的物质的物理性质是否与我们三维世界的有着相似的特质或者完全有着完全不同的物理特性。夏凌思考着这些,心中充满兴奋感又无比的疑惑。
她看了看时间,时间已经过去一整天。她收拾了一些资料。准备去医院看看父亲。
刚到父亲病房。夏凌就被父亲叫到身边。“凌儿,我们有些新的观测发现,但是以我们现在的理论框架无法解释。这个图像是拍摄于30亿光年外的一个名叫M星系的星系团。从最近五年的时间来看它的质量急剧下降。我推测可能是这一区域的暗物质莫名的消失了。消失的原因就无法解释了。你看看能不能利用额外维度的空间理论来做进一步的分析解释。”他激动地对女儿说道。
“可是就算用额外维度空间理论来看,我们也无法了解那个维度的物质究竟发生了什么事。”夏凌看着父亲无奈的说。夏凌又接着说道:“不过您放心我会协助您去搞清楚为什么的。您这身体得快点好起来呀,这样我们才能一起去弄明白这一切。”母亲从医生那边咨询了检查报告刚回病房,听见他们父女俩的谈话声。“你们两个说什么呢?有什么开心的事情吗?”夏凌回答:“当然是学术上的事情啦。”母亲面带笑容的说:“你父亲再过两天就可以出院了,医生那边检查报告说你父亲的身体恢复得很好,已经没有什么问题了。”夏凌高兴的说:“那太好了!这样我们就能一起开始寻找答案了”母亲问:“什么答案?”夏凌笑着说:“这个嘛,研究上的事情您也不懂啦!”这时她父亲接话道:“哼!你呀别小瞧了你妈,她当年可也算是理论物理学的专家。可是自从我和你母亲结婚之后有了你,你母亲的心思都放你身上了。我们家的事业就我一人承担了。”夏凌傻笑着,撒娇的摆弄着母亲的头发。
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