阿西莫夫的科普世界

符礼科

什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？“弯曲空间”是什么意思？这些比较尖端的科学词汇，你听说过吗？对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态，有没有希望得到解决……阿西莫夫以通俗的语言，深入浅出地为我们作出了解释。

拓展训练

什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？

根据最新的天文学理论，星系最初是一团团巨大的气尘凝聚体，这些气尘凝聚体缓慢地旋转，分裂成为湍动的涡流，最后凝结成为恒星。在大量形成恒星的天区，所有的气尘实际上都会分别和其中某一颗恒星结成一体，因而气尘很少会或者完全不会留在星系空间中。在球状星团中、椭球星系中，以及在旋涡星系的中心部分，情况确实是这样。

但是在旋涡星系的外缘，这种过程就不会进行得这样彻底。由于所形成的恒星为数较少，所以留下的气尘就会多一些。正因为我们处在银河系的旋臂上，所以我们能看到尘云在银河的辉光中形成一些暗斑。银河系的中心也正是被这些尘云遮住，才显得模糊不清。

形成宇宙的物质，绝大部分是氢和氦。氦原子一般是不会彼此结合的。氢原子虽然会彼此结合，但一般只彼此结合成对而形成氢分子（H2）。这就意味着，处于恒星与恒星之间的绝大多数物质是由一个个很小的氦原子和一个个很小的氢原子、氢分子组成。这些物质形成了大量散布在恒星与恒星之间的星际气体。

星际尘（或者宇宙尘）的数量比星际气体少得多，它们是由粒子组成的。这些粒子虽然也很小，但却比单个原子或分子大得多，因此它们一定含有除了氢和氦以外的其他原子。

除了氢和氦以外，宇宙间另一种最普通的原子是氧。氧原子能和氢原子结合而形成氢氧基（OH）和水分子（H2O）。氢氧基和水分子具有能够同它们所遇到的任何其他基因及分子结合的倾向。正因为如此，宇宙间会逐步形成由许许多多这样的分子所组成的微粒。绝大部分宇宙尘很可能就是由氢氧基和水分子所组成。一直到1965年，天文学家才开始在宇宙间探测到氢氧基，并开始研究它们的分布情况。从这以后，不断有报道说，宇宙空间存在既含有氢和氧，也含有碳原子的更复杂的分子。

由此看来，宇宙尘中一定也含有不及氢、氧、碳那么普通的原子所组成的原子团。科学工作者已经在星际空间探测到钙原子、碘原子、钾原子和铁原子，他们是通过这些原子所能吸收的光而探测到它们的。

在我们的太阳系内，也存在类似的宇宙尘，这些宇宙尘很可能是由彗星造成的。在太阳系可见范围以外，可能有一个由大量彗星所组成的彗星壳，其中有一些彗星（也许是由于附近恒星的引力作用）向太阳的方向掉落。彗星是一团金属和岩石小碎片，这些碎片由冰加上冻结的甲烷、氩和其他物质结合成松散的团块。每当彗星走近太阳时，彗星中的某些物质便会因受热而融化，结果，其中的微小固体颗粒便获得了自由，并以一条长长的尾巴的形式散布在宇宙空间中。最后，这个彗星将完全崩解。

在太阳系的历史中已经有无数彗星发生了这样的崩解，正因为如此，太阳系的内圈才会到处散布着这样的宇宙尘，每天都有数十亿这样的宇宙尘粒子（“微陨石”）落到地球上。从事宇宙研究的科学家都对这些“微陨石”感兴趣，其中的原因之一，是有一些较大的微陨石可能会给未来的宇航员或登月移民造成危害。

（选自阿西莫夫《你知道吗？——现代科学中的一百个问题》，有改动）

“弯曲空间”是什么意思？

当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”字眼时，恐怕会感到困惑——真空怎么能是弯曲的呢？怎样使它弯曲起来呢？

为了弄明白这是怎么一回事，先让我们这样想象：在一艘宇宙飞船里，有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星的表面完全被深深的海洋覆盖着，因此有着像台球那样的光滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着。现在再进一步设想一下，这位观察者根本看不见这颗行星，而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时，他会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的出发点，从而描绘出一个完整的圆周。

如果这条船改变路线，航道就会变得弯弯折折的，不再是个简单的圆周。但是，不管它怎么改道，无论它怎么行进，它的航线总是在一个球面上。

根據这些事实，这位观察者可能会推断出，这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上，而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不，他就可能会认为，这条船被限制在一个特殊的空间里面。这个空间是弯曲的，而且弯曲成一个球形，从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说，我们必须在一个力和一种空间几何形态之间做出选择。

你大概会认为这是一种想象出来的局面，但实际上并非如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的，正像一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线，我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的，正是这种引力使地球保持在它的轨道上。

不过，我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察物体在空间里的运动方式来确定这种空间的几何形态。如果空间是“平坦的”，各种物体就会走直线从这个空间中通过；如果空间是“弯曲的”，各种物体就会走出弯曲的路线来。

一个具有确定质量和速度的物体，如果在离其他物体很远的地方运动，那么，它的路径真的可以说是一条直线。而当它走近另一个有质量的物体时，它的路径就会变得越来越弯曲，显然，是质量把空间弯曲了。质量越大、离质量越近，空间弯曲的曲率就越大。

把万有引力看作是一个力，看来要比用空间几何形态去解释它方便得多，也自然得多。但是，如果在考虑光的行进时，情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点，光是不受重力影响的，因为它没有质量。然而，当光在弯曲空间里穿过时，它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来，它在太阳这个巨大质量的附近经过时，路径的弯曲率就能计算出来了。

1919年，爱因斯坦的这一理论在一次日食期间得到了检验：人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置，与太阳不在此处时这些恒星的位置进行了比较，结果，爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力，看来比力学术语更为精确。

不过，我们还应该提一下，1967年，人们对太阳的形状进行了精密测量，发现爱因斯坦的引力理论出了问题。今后将会发生些什么情况？还得等着瞧。

（选自阿西莫夫《你知道吗？——现代科学中的一百个问题》）

思考探究

1.阅读《什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？》，请你回答，什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？

2.阅读《“弯曲空间”是什么意思？》，请你简要归纳其写作思路。

3.两篇文章的结尾有何共同点？

4.阅读了《阿西莫夫短文两篇》（《恐龙无处不有》《被压扁的沙子》）和以上两篇选文后，请你试着评论阿西莫夫的科普文章的特点。