冷暗星空不胜寒

冷暗星空不胜寒

“明月几时有，把酒问青天。不知天上宫阙，今夕是何年？我欲乘风归去，又恐琼楼玉宇，高处不胜寒。起舞弄清影，何似在人间。”宋代才子苏东坡的一首《水调歌头》，千余年来，不知扣动了多少人的心扉，引发了人们对人生和宇宙环境的深沉的思索，成为千古佳唱。然而，即使豪放如苏东坡者，其想象力的驰骋，也难以描绘出浩瀚苍穹到底有多么寒冷。

19世纪中叶以后，现代自然科学飞速地发展。在这个过程中，科学家经过近百年的努力，才逐步弄明白了我们所看不见的宇宙空间的大体状况。

话还得从物理学的热力学第二定律的确立说起。19世纪的后期，热力学第二定律的确立，是人类对温度认识的巨大飞跃。该定律揭示出：我们可见宇宙中的所有的物质，都处于永恒的运动状态，这些运动的能量，最终都不可避免地要转化为热量；而热量在自然的、非生命的状态下，必定而且只能从高温物体向温度更低的物体传递。这种传递过程，一直到相邻的物体的温度差最后消失，才会停止。缜密的计算得出的另一个重要结论是，在我们的物理学的领域内，低温是有极限的，物理学家将低温的极限称为绝对温标的0K，它大约相当于－273．16℃。在绝对温标下，温度没有负值。

在这之后的约三分之一世纪里，热力学第二定律被运用于解释宇宙空间的温度状况。天文学家几乎一致地倾向于认为，无限的宇宙空间中，除了天体之外的地方，都是没有物质的“真空”。因此，在这些地方也就没有一丝一毫的光亮，温度也毫无疑问地应该是0K。恒星在这个冷暗的宇宙空间中，是显得那么渺小，不管它们向周围的宇宙空间释放多少热量，有限的热量，对于无限的寒冷空间来说，始终是趋近于零。也就是说，恒星不能使宇宙的温度升高，而只能在发展过程中，走向自己冷寂的未来。在亿万年之后，我们的宇宙将是一片冷暗和寂静，运动和时间都将终结于这无涯的冷寂之中。这就是轰动一时的“宇宙热寂论”。

不管人们对宇宙热寂论的最终结论有多少怀疑，在20世纪30年代之前，人们普遍认为，宇宙空间是绝对的零度的地方，也就是最冷的地方。

从边缘处看到的银河系模型

1930年，一些天文学家在观测银河系的宇宙空间时，注意到一种情况：光线在穿过银河系的所谓真空区域时，有“丢失”的现象。如果这种情况是真实的，那么原来所认为的真空，就一定是不正确的。因为，按照物理学的规律，既然是真空，光线就应该是可以完全没有阻碍地通过。既然光线“丢失”了，那在星际空间中就必然存在着我们尚未认识的物质。在20年的时间里，天文学家经过大量的观测，最后在1950年证实了，冷暗的宇宙空间的的确确存在着物质。

不久，科学家又进一步发现，在宇宙空间中，温度也不是绝对温标的零度，而是存在着3K的温度。按照物理学的观点，有温度，就有热辐射。所以，人们又称这一发现为宇宙的“本底辐射”。

这一发现告诉我们“高处不胜寒”的寒冷程度：如果在宇宙空间有和我们地球表面一样的压力，那么我们所知道的一切液体和气体，都将冷冻成为固态。

这一发现在理论方面具有更为重要的意义。它向理论天文学提出了一系列极其深刻、重大的问题。

首先，宇宙的基本温度是怎么来的？如果它是由低温上升到现在的温度的，那么，是什么物质为如此恢弘的宇宙空间提供热量。如果它是由高温冷却到今天这样的温度，势必就得回答一个问题，宇宙原来的温度状况如何，什么原因使宇宙发生了冷却。

其次，宇宙空间温度的物质载体到底是什么？我们都知道，温度是物质存在的表现形态之一。宇宙中有温度，就证明了没有真正意义上的真空。冷暗的宇宙空间中的物质什么样，有多少，对我们宇宙的发展变化极其可能起着至关重要的作用。

在近半个世纪的时期里，天文学界对与上述问题相关的天体物理现象进行了大量卓有成效的研究工作，取得了长足的进展。如果读者有兴趣，可以翻阅一下本书的下面几篇文章，如“宇宙的诞生”和“神奇的中微子”等。