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第一章2（第4页）

这片臭氧空洞扩大到了智利南部城市蓬塔阿纳斯上空，致使智利的天空“漏”了。当地居民暴露在强度极高的紫外线辐射下。这是科学家首次观测到一个城市遭受臭氧层空洞的影响。

距地球表面25公里上空的臭氧层能吸收阳光中对生物有害的紫外线，是地球生态环境的保护伞，因此科学家十分关注南极和北极上空的臭氧层。人类工业活动产生的一些化学物质如氟利昂等对臭氧层会造成破坏。

科学家们分析说，2000年南极上空臭氧层空洞规模空前，与南极早春气候条件及南极上空同温层涡流过度密集有关。

直至当年10月31日，阿根廷国家气象局发布的一份通告指出，南极上空的臭氧空洞已经缩小，基本恢复到11月前后的正常面积。

通告说，据观测，10月29日南极上空臭氧空洞的面积已缩小到1500万平方公里，是2000年最高时期的一半。根据历年的经验，空洞面积在今后的几个星期里将继续缩小。

曾发现南极臭氧空洞的英国科学家乔纳森·尚克林预测说，到2020年北冰洋上空也会出现类似的臭氧空洞。

尚克林是1985年发现南极臭氧空洞的3名科学家之一。他说，地球的臭氧层日渐稀薄，且很难恢复到以前的状态。温室效应气体不断地释放出来，导致臭氧层稀薄。这样发展下去，北冰洋匕空在20年后可能出现与南极上空同样大的臭氧空洞。

与此同时，2001年初，美国宇航局的科学家首次发现黑洞存在的直接证据，他们利用哈勃望远镜看到了黑洞正在“吃”东西。

美国宇航局的科学家说，他们对哈勃望远镜1992年的一批观测数据进行分析，发现了两列特殊的紫处线脉冲，可能是物质跌人黑洞的“事件视界”之前所发出的紫外线。科学家在正于美国圣迭戈举行的美国天文学会年会上报告说，这可能是人类首次观测到黑洞存在的直接证据。这个黑洞名叫天鹅座XR-1，离地球约6000光年，它是最早被人类用间接方式确认为黑洞的天体。

黑}同是一种体积极小、质量极大的天体，具有非常强的引力，在它周围的一个区域里，连光也无法逃逸出去，这一区域称为“事件视界”。

此前科学家一般通过间接方式确认黑洞的存在，例如观察黑洞引力对邻近天体运动的影响，或观察物质在接近黑洞的过程中释放出的大量X射线等。

据美国宇航局发布的新闻公报说，科学家对哈勃望远镜上的高速光度计在1992年对天鹅座XR-1的一批观察数据进行分析，发现了两个迅速衰减并很快消失的紫外线脉冲阵列，一列包含6个脉冲，另一列包含7个，在消失之前，脉冲阵列仅持续了0．2秒左右。

科学家认为，这两个脉冲阵列的特征，与理论所预言的物质团块旋转着落人黑洞“事件视界”时释放的紫外线脉冲阵列特征相符。假如物质跌落的方向不是一个黑洞，这些脉冲就不会消失，反而会增强。因此这两个脉冲阵列很可能就是两块炽热的气体跌人黑洞“事件视界”之前最后发出的“死亡之光”。“事件视界”可以理解为黑洞区域的边界。不过，研究人员也不排除这是统计误差造成的偶然事件的可能性。

在银河系的中央隐藏着一个“超大型”黑洞，其强大的重力吞没了光线，并像摆弄玩具一样摆弄着附近的3颗恒星。

在此之前，人们就一直怀疑那里可能存在黑洞：其依据是一团气体和宇宙尘埃释放出来的微弱辐射——据认为，这团气体和尘埃在围绕黑洞运转。

但是，到目前为止还缺少确认这一现象的证据。

洛杉矶加利福尼亚大学物理和天文系的一个研究小组说，夏威夷的凯克望远镜（全世界最大的望远镜之一，口径达10米）拍下的超速图像似乎为这种猜测提供了所需的根据。

这些在4年中拍摄的图片表明，3颗在近距离围绕人马座A口运转的恒星似乎在其重力的影响下逐渐加速。这些恒星现在的运转速度几乎达到地球围绕太阳的转速。这表明，它们被一团质量巨大的物质所吸引。科学家估测，其质量是太阳的260万倍。

大爆炸前宇宙已存在

创世大爆炸之前发生了什么?如果你向宇宙学家求教，他们通常都会搪塞你说这个问题根本就没有意义。斯蒂芬·霍金曾经作过一个非常著名的比喻——这就像是在问“北极的北面是什么?”一样。根据创世大爆炸理论，大爆炸就是字宙的开始。时问和空间都是在那个时候产生的，所以根本就没有什么“以前”。

但是这个理论可能根本就是锗误的。一位大胆的物理学家已经对这个应该不会有人问的问题作出了回答。如果他是对的，那么宇宙诞生的时间应该在大爆炸发生之前，而且两者之问的时间跨度应该长得令人难以想象。日内瓦附近的欧洲粒子物理学实验室的加布里埃莱·韦内齐亚诺指出：“大爆炸绝对不是时问的开始，它只是宇宙历史上一个重要的转折点。”

理论缺陷

韦内齐亚诺是从本世纪90年代初开始对大爆炸之前的历史时期进行探索的，当时他和他都灵大学的同事毛里齐奥·加斯佩里尼正在设法修补标准的大爆炸模型中存在的一些重要缺陷。这样的缺陷非常多。例如，如果像倒放电影一样倒过来想象宇宙的扩张，它的密度和温度就会永无休止地增加直到它们迅速上升到无穷大。

这个被称为奇点的无穷大的点对于物理学家来说是一个非常重要的问题。韦内齐亚诺指出：“奇点告诉我们，我们对于宇宙的描述——爱因斯坦的引力理论，或者说广义相对论——并不适用于宇宙形成的最初时刻。”这是因为在大爆炸开始后10—43秒内有一个被称为普朗克时间的点，在这个时间点上引力的强度是完全可以与其他的自然力相提并论的。因此，在处理与奇点有关的物理学问题时，科学家必须提出从量子角度对引力进行描述的理论——目前这样的理论并不存在。

超越障碍

韦内齐亚诺发现弦论可以消除时问起点处的奇点问题。虽然宇宙仍然会随着时光的倒流而收缩，但是因为弦的体积是一定的，所以宇宙的体积永远不会为零，因此奇点也就永远不会出现。在标准的大爆炸模型中，奇点就像是一道难以逾越的障碍。而在弦宇宙论中，这样的障碍却根本就不存在，这使科学家有可能对大爆炸之前的时代进行探索。

大爆炸之前的时代的存在还可以解决标准大爆炸模型中的另一个问题。如果你倒过来想象宇宙的扩张，并且一直追溯到广义相对论能够进行可靠描述的最早的时期，你会发现一些与宇宙有关的非常奇怪的现象。虽然我们今天可以观察到的宇宙已经被压缩到了只有大约1毫米宽，但是光自t=0开始所经过的距离却只有1毫米的1031分之一。

这一点对于早期宇宙来说具有非常深远的意义。一个宇宙区域要想“了解”另一个宇宙区域中的情形，惟一方法要看是否有时间让某种影响力来回作用于两个宇宙区域之间——而任何影响力的最大速度都是光速。因此，早期的宇宙是由1093个宇宙区域组成的，这些区域完全相互独立，或者说是“由于某种原因而互相分离”。

问题是今天的宇宙是“均匀”的。不仅宇宙中各个地方的物质密度基本相同，而且大爆炸残留下来的辐射的温度也大致相当。与所有人的想法正好相反，上面提到的1093个相互分离的宇宙区域一定已经找到了某种相互“了解”的方法。

膨胀理论

标准的大爆炸模型并没有给这些宇宙区域提供足够的时间进行相互“了解”，而是在极短的时间里（从宇宙诞生到普朗克时间）就完成了宇宙区域密度和温度的均一化过程。因此宇宙学家后来除了对标准的大爆炸模型进行修改之外没有其他的选择，他们假定了一个短暂的超高速扩张过程，这个超高速扩张过程使一个由于某种原因而连接在一起的宇宙区域“膨胀”成为我们今天看到的整个宇宙。膨胀理论不仅可以解释为什么今天的宇宙如此均一，它还为微小的量子波动放大成为我们在今天的宇宙中看到的巨大星系团提供了理论依据。但是，“膨胀”理论也有自己的问题。例如，导致空间放大的物理过程（“膨胀”区）完全是理论学家的凭空臆想，为了让这个物理过程合乎逻辑，你必须非常仔细地精心选择“膨胀”区的初始状态。

那么大爆炸发生之前的宇宙又是怎样的情形呢?韦内齐亚诺指出，通过观察宇宙的对称性，你可以找到解答这一问题的线索。宇宙哲学根据爱因斯坦的广义相对论方程式得出的标准解法（被称为弗里德曼大爆炸模型）带有非常简单的对称性。弗里德曼模型在时间反转的情况下可以保持恒定不变：换句话说，如果你首先选择广义相对论方程式的一个解法，然后在代表时间的数值前面加上一个负号，你就可以得到另一个解法。在这种时间反转的情况下，宇宙不再表现为从大爆炸开始扩张而是不断缩小直至发生大崩塌。

宇宙哲学根据弦论提出的解法也带有同样的对称性，除此之外还有另一种对称性：如果你用表示宇宙体积的比例因子的倒数来取代比例因子本身，你就会发现这些解法也是对称的。如果同时运用这两种变化——时间反转和比例因子改变——你就会得出一种不同寻常的宇宙扩张模式，在这种模式中，宇宙扩张的速度正在加快而不是减慢。换句话说，这是一个处于膨胀状态的字宙。韦内齐亚诺指出：“我们发现原来每一个大爆炸模型的解法都有另外一个解法与之相对应，根据后一种解法的描述，空间在从t=一∞到t=0的过程中一直在不断膨胀——也就是说在朝着大爆炸前进的过程中一直在不断膨胀。”

现在我们可以从一个新的角度出发来认识大爆炸了。它是宇宙从加速膨胀向我们今天在自己周围看到的减速扩张过渡的时期。韦内齐亚诺指出：“大爆炸发生时，宇宙的曲度、扩张速度和温度都达到了最大值。大爆炸的出现并不是宇宙的开始而是宇宙历史上一个重要的转折点。”